§ 1. Особенности системы теплоснабжения как объекта автоматического управления

Для правильного решения вопросов автоматического управления режимами работы систем теплоснабжения необходимо располагать достаточно полной информацией о характере нестационарных процессов, происходящих в этих системах.

Особенностями системы централизованного теплоснабжения как объекта автоматического управления являются сложность и иерархический характер ее структуры, влияние многочисленных случайных факторов на режим работы.

Система состоит из большого числа последовательно и параллельно включенных однотипных элементов (звеньев), обладающих различными динамическими свойствами. Следует отметить значительное разнообразие конструкций этих однотипных элементов и широкий диапазон режимов их работы. При этом условии эксплуатации тепловые и гидравлические режимы системы влияют на динамические свойства отдельных элементов. Таким образом, свойства элементов не являются постоянными, а изменяются в течение отопительного периода в зависимости от условий работы.

К этому надо добавить, что физическая основа большинства звеньев делает обязательным учет распределенности параметров при описании их динамических свойств.

И, наконец, следует указать, что процесс управления режимами работы системы теплоснабжения характеризуется вмешательством человека на различных уровнях иерархии ее структуры: от главного диспетчера энергосистемы — у теплового источника до непосредственного потребителя тепла — в отапливаемых помещениях.

Указанные особенности системы теплоснабжения как объекта управления делают невозможным составление детальной формализованной модели всей системы в целом и заставляют ограничиться разработкой некоторого комплекса упрощенных математических моделей, рассчитанных на решение определенных конкретных задач.

При анализе динамических свойств системы централизованного теплоснабжения целесообразно ее рассматривать как совокупность большого числа теплообменных устройств, объединенных в единую систему генерации, транспорта и отпуска тепла, которые могут быть разделены по видам теплопередачи, физическим свойствам теплоносителей и конструктивному выполнению.

На основании результатов рассмотрения технологической схемы, режимов работы и возмущающих воздействий Ю. Я. Темпелем была составлена структурная схема системы теплоснабжения (рис. 4), охватывающая основные связи технологических параметров как отдельных элементов, так и системы в целом.

Рис 4. Структурная схема системы теплоснабжения 1 — источник тепла; 2 — магистральные трубопроводы; 3 — ЦТП; 4 — внутриквартальные трубопроводы; 5 — абонентский ввод; в — система отопления; 7 — участок системы отопления до рассматриваемого помещения; 8 — нагревательный прибор; д — отапливаемое помещение; РПДП — давление и расход пара; GT — расход воды; f,, t2, t}, Д., Д2, Д3 — температуры и расходы теплоносителя в различных точках системы теплоснабжения; f — температура среды, окружающей трубопровод; tT в, Дг в — температура и расход воды на горячее водоснабжение; Я — интенсивность солнечного облучения

Рассмотрение элементов системы как теплообменных устройств с распределенными параметрами позволило получить дифференциальные уравнения, описывающие процессы нестационарного теплообмена в этих элементах (табл. 8).

Таблица 8 Уравнения процессов нестационарного теплообмена в элементах системы теплоснабжения

При рассматриваемом методе анализа дальнейший процесс изучения динамических свойств системы сводится к интегрированию указанных уравнений, аппроксимации полученных выражений более простыми дробно-рациональными функциями и количественной оценке переходных процессов путем решения полученных уравнений на ЭВМ [7] для различных вариантов конструкций элементов и схем сетей.

Проверка адекватности математической модели системы (или ее отдельных элементов) осуществляется путем проведения экспериментальных исследований и сопоставления их результатов с результатами аналитических расчетов, выполненных для конкретных условий проведения эксперимента.