Моделирование процессов регулирования в системах теплоснабжения

Изучение опыта работы автоматических систем теплоснабжения показало, что подавляющее большинство процессов в таких системах – это автоколебания амплитудой в 6–10 °C с периодом 5–10 мин. Такие процессы приводят к завышению потребления энергоресурсов на 5–10 %, так как требуют перегрева входящего теплоносителя как минимум на величину амплитуды колебаний. Попытки снизить амплитуду этих колебаний наталкиваются на отсутствие методик и на необходимость непредсказуемых экспериментов в реальных энергосистемах. При реализации проектов оптимизации тепловых систем и создании методик оптимизации на первый план выходит методика создания математической модели системы теплоснабжения, с одной стороны, адекватной реальным системам, с другой – доступной для инженеров и наладчиков, позволяющей выбрать динамическую структуру регуляторов.

Математическая модель системы теплоснабжения

Как показал обзор источников информации, отапливаемое здание достаточно точно идентифицируется звеньями 2-го, 3-го порядка с комплексом звеньев чистого запаздывания, идентифицирующих трубопроводы. Важным элементом структуры является привод смесительного клапана, чаще всего односкоростного, который интерпретируется релейным элементом. Таким образом, структура модели выглядит, как представлено на рис. 1.

Тестовое моделирование заключалось в изменении параметров регуляторов, которое производится в регуляторах ECL Comfort фирмы Danfoss при наладке. Инструкция рекомендует устанавливать постоянную интегрирования Т _и и зону пропорциональности Х _р в таких пределах: Т и = 0,85 T , где Т – «критический» период ( T = 200…900 c); Х р =80 по заводским уставкам [1].

Как показали предыдущие исследования этих регуляторов, передаточная функция регулятора принимает вид:

ж = к +    .

1+Г 1 Р

Процессы регулирования – автоколебания амплитудой 5–10 °С, периодом 5–20 мин, причем они мало меняются при указанных изменениях параметров регулятора (рис. 2 и 3).

Краткие сообщения

Рис. 1. Структурная схема модели

Рис. 2. Процесс регулирования с рекомендуемыми параметрами

Рис. 3. АЧХ и ФЧХ регулятора ECLComfort 200 при различных параметрах:

1, 2 – «заводские» настройки; 3 – эффективные настройки

Кодкин В.Л., Качалин А.Ю., Аникин А.С.

Как показали исследования регуляторов ECLComfort , действие регуляторов могут быть существенно «усилены». Передаточные функции регуляторов в частотном диапазоне становятся более эффективными – АЧХ «усиливается» до 50, а ФЧХ возрастает до +45° (рис. 3, кривые 3). Следует отметить, что при этих параметрах удается существенно снизить амплитуду автоколебаний, что подтвердило моделирование (рис. 4) и последующие эксперименты. Переходные процессы в такой системе достаточно близки к оптимальным процессам в системе с релейным исполнительным элементом [2].

Рис. 4. Процесс регулирования с параметрами, соответствующими АЧХ 3 на рис. 3

Заключение

• 1.    Проведенные исследования показали, что предложенная модель автоматической системы достаточно адекватна реальной системе теплоснабжения с регуляторами и релейными приводами смесительных клапанов.

• 2.    Предложенная модель может использоваться в методиках оптимизации систем теплоснабжения с регуляторами и релейными приводами смесительных клапанов, а именно в процессах выбора параметров регуляторов, обеспечивающих регулирование с минимальными амплитудами колебаний температуры теплоносителя и, соответственно с минимальным потреблением энергоресурсов.