熱水供熱系統(tǒng)模擬分析法

根據(jù)管網(wǎng)恒定流動(dòng)過程中，任意回路中沿回路方向，各個(gè)分支管段壓降的代數(shù)和等于零。對于環(huán)路i，獨(dú)立回路壓力平衡方程為：

式中

對于一個(gè)有N個(gè)分支，J個(gè)節(jié)點(diǎn)的枝狀管網(wǎng)，有M=N－J 1個(gè)獨(dú)立回路方程，等于用戶數(shù)量。

所以，對于一個(gè)有N個(gè)分支、J個(gè)節(jié)點(diǎn)的枝狀管網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)流量方程和獨(dú)立回路方程加在一起，共有（J-1） （N-J 1）=N個(gè)獨(dú)立方程，可以求解N個(gè)分支的流量。

首先通過各種可能的方法來確定各分支的阻抗值，建立方程組，即建立了管網(wǎng)的模型，并求解各分支管段的流量。其次，確定各用戶通過理想流量時(shí)，用戶調(diào)節(jié)閥所需要的理想阻抗。最后通過逐一改變方程中“調(diào)節(jié)閥”的阻抗，也就是用理想阻抗值逐個(gè)替代實(shí)際“調(diào)節(jié)閥”的阻抗值，來模擬實(shí)際管網(wǎng)的初調(diào)節(jié)。根據(jù)水力工況原理可知，某一個(gè)閥門的阻抗被替代，全網(wǎng)的流量、壓力就重新分布一次。而第一次“調(diào)節(jié)閥”用理想的阻抗替代后，流過該“調(diào)節(jié)閥”的流量和設(shè)計(jì)流量不等，是一個(gè)確定的值，稱為過渡流量。但是，當(dāng)最后一個(gè)用戶的“調(diào)節(jié)閥”用理想阻抗替代后，該用戶以及其他所有用戶的過渡流量就達(dá)到了設(shè)計(jì)流量。因此，雖然實(shí)際工程無法直接測得理想的阻抗，但是可以測得過渡流量。按照計(jì)算過程阻抗替代的順序，記錄下替代后對應(yīng)調(diào)節(jié)閥的過渡流量，在現(xiàn)場按照替代順序，逐個(gè)調(diào)節(jié)熱用戶的調(diào)節(jié)閥，使其流量達(dá)到過渡流量。當(dāng)最后一個(gè)用戶閥門調(diào)節(jié)完畢后，全網(wǎng)各用戶的流量就達(dá)到了規(guī)定的工況，初調(diào)節(jié)完畢。 2100433B

根據(jù)質(zhì)量守恒原理，在恒定流動(dòng)過程中，與任一節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所有分支的流量，其代數(shù)和等于零，即供熱管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)方方程：

式中

i=1，2，3，

對于一個(gè)有N個(gè)分支、J個(gè)節(jié)點(diǎn)的枝狀管網(wǎng)，有J－1個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)流量方程。

從電路分析的角度看。最主要的有以下三種分析法。

（1）直流分析（DC analysis）；

（2）交流分析（頻域分析，AC analysis）；

（3）暫態(tài)分析（時(shí)域分析，Transient analysis）；

其他的分析法都是基于這三種模擬分析方法建立的。

電路模擬直流分析

求解電路直流工作點(diǎn)的運(yùn)算叫做直流分析。在信號放大電路中，直流工作點(diǎn)為大家所熟知。那就是電路帶電而信號為零時(shí)的工作狀態(tài)。此時(shí)電路各點(diǎn)的電流、電壓就稱為電路的直流工作點(diǎn)。其他電路并不一定實(shí)際存在這樣意義的工作點(diǎn)?？梢哉J(rèn)為，模擬仿真中的直流工作點(diǎn)的概念是信號放大電路的直流工作點(diǎn)的延伸。在電路模擬仿真領(lǐng)域中，這樣一個(gè)工作點(diǎn)為各種電路的分析提供了一個(gè)平臺。在進(jìn)行交流分析或暫態(tài)分析之前，都要進(jìn)行直流分析計(jì)算，以確定非線性元件線性化的基點(diǎn)。因此，成功的直流分析是電路模擬仿真成功的關(guān)鍵。

一般來說，直流工作點(diǎn)是一個(gè)靜態(tài)的工作點(diǎn)。所謂靜態(tài)就是沒有變化，即出di/dt，du/dt均為零，亦即是一個(gè)平衡點(diǎn)?？梢酝浦谄胶恻c(diǎn)工作狀態(tài)下，所有的電感、電容都不存在充放電，且所有電源都穩(wěn)定在一個(gè)定值上。因此，在進(jìn)行直流工作點(diǎn)計(jì)算時(shí)，電路作下列處理：

（1）所有電源都取定值。用戶可以按自己的需要決定一個(gè)初始值，如無須特別安排程序?qū)⒘泓c(diǎn)值取為初始值；

（2）所有的電容開路；

（3）所有的電感短路。

電路模擬交流分析

在電路分析中，一個(gè)重要的問題是電路的頻率響應(yīng)如何，或者說電路的傳遞函數(shù)是什么。交流分析就是為解答這個(gè)問題而設(shè)的。交流分析對電路進(jìn)行小信號頻域分析，其激勵(lì)信號為頻域正弦信號，因而可以使用相位法進(jìn)行計(jì)算。在相位法中，電感、電容都是復(fù)數(shù)，電流、電壓也是復(fù)數(shù)，整個(gè)運(yùn)算都在復(fù)數(shù)域進(jìn)行。

在進(jìn)行交流分析前，直流分析必須完成，以確定交流分析的基點(diǎn)。在進(jìn)行交流分析時(shí)，電路中所有的非線性元件即在這個(gè)直流工作點(diǎn)上進(jìn)行線性化。需知，因?yàn)榫€性化，所有非線性引起的畸變及限幅均未計(jì)入模擬，同時(shí)所有的時(shí)變效應(yīng)亦未計(jì)入模擬。而響應(yīng)是對正弦激勵(lì)而言的，整個(gè)電路的頻率是統(tǒng)一掃描的。

當(dāng)電路進(jìn)行交流分析時(shí)，程序自動(dòng)將電路中的電感、電容用復(fù)數(shù)輸入，這不需要用戶考慮。用戶需要考慮兩個(gè)方面的問題：一是激勵(lì)源在何處；二是頻率掃描的范圍和輸出的格式。

激勵(lì)源的位置就是用戶考慮為輸入的地方。激勵(lì)源可以有多個(gè)，但在計(jì)算中都是統(tǒng)一掃描的，不可能進(jìn)行混頻。在進(jìn)行交流掃描時(shí)，除了直流電源之外，所有電路中其他的時(shí)域電源都不激活。因此，在建立仿真電路時(shí)，頻域交流激勵(lì)源可以附設(shè)在其他電源上，一般采用單位幅值、相角為零的激勵(lì)源。這樣，在輸出端計(jì)算所得的響應(yīng)就是增益了。

交流分析的運(yùn)算成功率頗高。因?yàn)榉蔷€性元件都是在同一直流工作點(diǎn)線性化的，沒有新的收斂性問題。電感、電容只是隨頻率改變，亦無收斂性的問題。相位法的運(yùn)算，精度也頗高。因此交流分析的收斂性取決于此前的直流分析，其結(jié)果的正確性和精確度取決于元件模型的正確性和精確度。

交流分析的輸出量都是復(fù)數(shù)。在曲線圖輸出中，EESIM已作了后續(xù)處理，化為模和相角輸出。交流掃描的范圍就是用戶想要觀察的頻率范圍，輸出的格式也是隨用戶需要而定。EESIM配備了線性、對數(shù)及分貝格式輸出。交流分析的輸出就是電路的波特圖，很方便地用于觀察電路的增益、傳遞函數(shù)、輸入及輸出阻抗，以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

電路模擬暫態(tài)分析

暫態(tài)分析用于求解電路在運(yùn)行的不同時(shí)刻下的行為，由此可以觀察電路中的電流、電壓等電氣量的波形，也就能觀察電路中的波動(dòng)、干擾、噪聲、啟動(dòng)、故障、過渡過程等暫態(tài)現(xiàn)象。它是電路模擬仿真的重要手段。

非線性系統(tǒng)含非線性元件。暫態(tài)分析就是要在每一個(gè)瞬時(shí)求解非線性系統(tǒng)，因而每一步都需進(jìn)行線性化和數(shù)值積分。電路暫態(tài)分析的程序流程如圖1所示。

在前面的直流工作點(diǎn)分析中已經(jīng)指出，直流工作點(diǎn)分析為暫態(tài)分析提供一個(gè)初始狀態(tài)。從圖1可見，暫態(tài)分析開始之前就要進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，其結(jié)果作為暫態(tài)分析的初始條件。在某些情況下，暫態(tài)并不是從其直流工作點(diǎn)出發(fā)，如考慮時(shí)間零點(diǎn)時(shí)電容已充電、電感已儲能等，就要人為地設(shè)定初始條件，此時(shí)使用“．IC”指令。

數(shù)值積分的方法很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在電路模擬仿真中主要使用的有下列幾種：

（1）向前歐拉法；

（2）向后歐拉法；

（3）梯形法；

（4）基爾法。

常用的可分三大類；(1)定性預(yù)測法。包括特爾菲法、專家會(huì)議法、崗位分析法等。(2)數(shù)學(xué)模型法。包括回歸模型法、時(shí)序模型法、動(dòng)態(tài)需求系統(tǒng)數(shù)等。(3)模擬模型。包括交互影響模擬技術(shù)法、數(shù)字模擬仿真法。

在實(shí)際的預(yù)測工作中，可根據(jù)體育科研的實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ嗫芍T種方法同時(shí)運(yùn)用，以相互印證預(yù)測的結(jié)果