CN104864490A - 智能位式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能位式控制方法。本方法，包括：根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度；根据所述目标温度设定温度上限、温度下限；根据所述目标温度与所述实测温度的关系控制加压泵的阀位处于阀位上限、中限或下限；根据前一运行周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限；根据所述阀位中限确定所述阀位上限和下限；根据所述目标温度、实测温度、阀位中限、阀位上限和阀位下限控制一次网加压泵阀位，以使二次网实测供回水的平均温度达到所述目标温度。本发明不但实现了节能供热，提高了供热系统的效率，阀位的变动不频繁，减少了压力波动，保证一次管网压力在一个安全的范围内；而且延长了执行器的寿命。

Description

智能位式控制方法

技术领域

本发明实施例涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种智能位式控制方法。

背景技术

供暖就是将热源产生的热量输送到室内，使室内保持一定的温度，以创造适宜的生活条件或工作条件。供暖系统由热源(热媒制备)、热网(管网或热媒输送)、热用户(热媒利用)三个主要部分组成。供暖系统的基本工作原理：低温热媒在热源中被加热，吸收热量后，变为高温热媒(高温水或蒸汽)，经一次网供水管道输送往热交换站，高温热媒的热量通过换热器传递到二次网变为低温热媒，低温热媒从一次网回水管道输送往热源再次加热；二次网管道内水从换热器吸收热量升高温度，以二次供水管道输送往热用户，通过散热设备放出热量，使室内温度升高；散热后温度降低，变成低温热媒(低温水)，再通过二次网回水管道返回到热交换站，进行循环使用。如此不断循环，从而不断将热量从热源送到室内，以补充室内的热量损耗，使室内保持一定的温度。

现有技术中大多采用传统PID或P-P控制算法，将二次网回水温度作为被控对象控制一次网加压泵，调整从一次网取热的多少。

但是由于换热站温度控制具有很大的惯性、纯滞后性以及时变性，导致供热系统难以控制。一个大的热网系统具有多个热交换站，如何使系统运行中水力平衡，不造成管网压力波动太大，同时又保证各换热站之间不抢热，保证热用户供热效果，满足用户的取暖需求，使系统安全运行是目前需要待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种智能位式控制方法，智能位式控制保留了P－P控制的优点又提高了其算法的精度，同时相比传统PID控制算法实现了阀位的少动(单位时间内阀位变动的次数减少)和微动(阀位变动的幅度减小)有效避免了管网压力波动过大的缺点，同时通过在线调节运行参数，尽力使换热站的温度控制处于一个最优的控制状态，以保证供暖系统运行的安全同时提高了供暖品质。

本发明换热站供热量的智能位式控制方法，包括：

根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度；

根据所述目标温度设定温度上限、温度下限；

根据所述目标温度与所述实测温度的关系控制加压泵的阀位处于阀位上限、中限或下限；

根据前一统计周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限；

根据所述阀位中限确定所述阀位上限和下限；

根据所述所述目标温度、实测温度、阀位中限、阀位上限和阀位下限控制一次网加压泵阀位，以使二次网实测供回水的平均温度达到所述目标温度。

进一步地，所述根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度，包括：

根据热交换站二次网的供回水平均温度设定值与室外温度的线性方程设定所述热交换站二次网的供回水均温的目标温度：

Sv＝A*X+B      (1)

其中，所述Sv是二次网均温的设定值，所述X是室外温度，所述A、B为确定该线性关系的参数；因为室外温度是实时变化的，所以目标温度Sv也是实时变化的；

所述根据所述目标温度设定温度上限、温度下限，包括：

温度上、下限＝Sv±Δa      (2)

所述Δa为温度上、下限与目标温度的偏差，且(Δa一旦设定不再变化)；因为Sv是实时变化的，所以温度上、下限也是实时变化的。

进一步地，所述根据所述目标温度与所述实测温度的关系控制加压泵的阀位处于阀位上限、中限或下限，包括：

若实测温度小于等于温度下限，则调节加压泵至阀位上限；

若实测温度大于等于温度上限，则调节加压泵至阀位下限；

若实测温度等于目标温度，则调节加压泵的阀位至阀位中限。

进一步地，所述根据前一运行周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限，包括：

根据公式

${\∫}_{t1}^{t1+T}(\mathrm{Pv}-\mathrm{Sv})\mathrm{dt}---\left(3\right)$

计算前一个运行周期实测温度与目标温度的差值的积分；

根据公式

${\mathrm{Fw}}_n={\mathrm{Fw}}_{n-1}-k_2\&times;\left({\&Integral;}_{t1}^{t1+T}(\mathrm{Pv}-\mathrm{Sv})\mathrm{dt}\right)/(2\mathrm{\&Delta;a}\&times;T),(m<{\mathrm{Fw}}_n<n)---\left(4\right)$

阀位上,下限＝Fw_n±Δb

计算第n个周期的阀位中限Fw_n和阀位上、下限，其中，所述Fw_n为第n个周期的阀位中限，所述Fw_n-1为第n-1个周期的阀位中限，所述k₂为阀位中限的调整参数(k₂>0)，所述t1是第n-1个的周期开始的时刻，所述T为一个运行周期的时间，所述Pv为实测温度，所述Sv为设定温度，所述Δa为温度上、下限与目标温度的偏差,所述n、m为工艺许可范围内阀位变动上、下限，所述Δb为阀位上、下限与阀位中限的偏差，为常数。

本发明实施例通过设定目标温度，根据所述目标温度设定温度上限、温度下限；根据工艺要求设定阀位上限、阀位下限以及阀位中限的初始值；根据工艺要求设定运行周期，及制定单个周期内根据目标温度与实测温度的关系控制一次网加压泵阀位的方法；每一个运行周期结束后，根据目标温度与实测温度的关系调整阀位上限、阀位下限以及阀位中限(一个周期结束后调整一次)；根据温度参数(温度上限、目标温度Sv、温度下限(实时调整))及阀位参数(阀位上限、阀位下限以及阀位中限(第一个周期结束后调整一次))和运行规则调节一次网加压泵阀位，以使二次网实测供回水的平均温度达到所述目标温度。本发明有效解决了的现有技术中供热系统效率过低的问题，提高了供热品质；由于运行过程中加压泵阀位动作次数少，幅度小，所以能使管网压力波动处于一个相对安全的范围，不但能够延长一次网加压泵的使用寿命而且保护了管网；同时又有利于节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明换热站温度控制方法流程图；

图2a为现有技术P-P控制方法原理图；

图2b为本发明智能位式控制方法单周期运行原理图；

图2c为本发明智能位式控制方法运行原理图；

图3为本发明智能位式控制方法应用结果示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明智能位式控制方法流程图，如图1所示，本实施例方法，包括：

步骤101、根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度；

步骤102、根据所述目标温度设定温度上限、温度下限；

步骤103、根据所述目标温度与所述实测温度的关系控制加压泵的阀位处于阀位上限、中限或下限；

步骤104、根据前一统计周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限；

步骤105、根据所述阀位中限确定所述阀位上限和下限；

步骤106、根据所述所述目标温度、实测温度、阀位中限、阀位上限和阀位下限控制一次网加压泵阀位，以使二次网实测供回水的平均温度达到所述目标温度。

进一步地，所述根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度，包括：

根据热交换站二次网的供回水平均温度设定值与室外温度的线性方程设定所述热交换站二次网的供回水均温的目标温度:

Sv＝A*X+B       (1)

其中，所述Sv是二次网均温的设定值，所述X是室外温度，所述A、B为确定该线性关系的参数；

所述根据所述目标温度设定温度上限、温度下限，包括：

温度上、下限＝Sv±Δa      (2)

所述Δa为温度上、下限与目标温度的偏差，且(Δa一旦设定不再变化)；因为Sv是实时变化的，所以温度上、下限也是实时变化的。

具体来说，对于热交换站二次网供回水的目标温度设定举例说明，边界值取室外温度-15℃对应的Sv为60℃；室外温度5℃对应的Sv为40℃，超出边界值按边界限值给定。这样可列出方程组，求得A＝-1、B＝45值，代入(1)式则可求出二次网均温的给定值方程。系统中给出了最高外温、最低外温及与之对应的最低均温、最高均温的人机对话框，使用者需按照当地的供热标准输入相应的两组值，系统则可在线自动给出均温的给定值。

所述根据前一运行周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限，包括：

根据公式

${\&Integral;}_{t1}^{t1+T}(\mathrm{Pv}-\mathrm{Sv})\mathrm{dt}---\left(3\right)$

计算前一个运行周期实测温度与目标温度的差值的积分；

根据公式

${\mathrm{Fw}}_n={\mathrm{Fw}}_{n-1}-k_2\&times;\left({\&Integral;}_{t1}^{t1+T}(\mathrm{Pv}-\mathrm{Sv})\mathrm{dt}\right)/(2\mathrm{\&Delta;a}\&times;T),(m<{\mathrm{Fw}}_n<n)---\left(4\right)$

阀位上,下限＝Fw_n±Δb

计算第n个周期的阀位中限Fw_n和阀位上、下限，其中，所述Fw_n为第n个周期的阀位中限，所述Fw_n-1为第n-1个周期的阀位中限，所述k₂为阀位中限的调整参数(k₂>0)，所述t1是第n-1个的周期开始的时刻，所述T为一个运行周期的时间，所述Pv为实测温度，所述Sv为设定温度，所述Δa为温度上、下限与目标温度的偏差,所述n、m为工艺许可范围内阀位变动上、下限，所述Δb为阀位上、下限与阀位中限的偏差，为常数。

具体来说，根据工艺要求设定运行周期，制定单个周期内根据目标温度及实测温度的关系控制一次网加压泵阀位的方法；和每一个周期结束时，根据上一个周期内目标温度与实测温度的关系调整一次网加压泵阀位上、中、下三个限位。因为供暖系统是一个大滞后、大惯性系统，所以将运行周期T的值设定的相对大于些，一般设为6～12小时。

在单个统计周期内加压泵阀位的控制方法：

(1)如果实测温度小于等于温度下限，调节加压泵到阀位上限。

(2)如果实测温度大于等于温度上限，调节加压泵到阀位下限。

(3)如果实测温度等于目标温度Sv，调节加压泵的阀位至阀位中限。

如图2c所示，一个周期结束时，根据上一个周期内目标温度与实测温度的关系调整一次网加压泵阀位上、中、下三个限位；使供暖系统始终运行在一个相对较好的状态。根据公式(4)计算阀位中限值。

如图2a所示，现有技术中二态p-p控制，对比传统PID控制，泵的阀位的动作不再是连续的且次数减少，不但提高了阀的寿命而且有利于供暖管网系统的水力平衡，但是其控制精度略差。如图2b示，为了减小一次网压力波动，消除被控温度超调量，提高控制精度，在Pang-Pang控制算法的基础上，引入第三限——阀位中限(等于阀位上限与阀位下限的平均值)，使得阀位的限值间距相对减小，减小和消除超调。同时温度上限与下限间设一个温度中间带，Pv大于温度上限时，一次网加压泵阀位调到下限运行，平均温度逐渐降低，当二次网供回水均温小于目标温度Sv时，一次网加压泵阀位调到中限运行，超前减小供回水均温的下降速度；当二次网供回水均温测量值温度下限时，一次网加压泵阀调到上限运行，加大供热量；当二次网供回水均温大于等于目标温度Sv时，加压泵阀位调到中限运行，削弱二次网供回水均温上升速度。

将本发明实施例应用于大连某高校学生公寓的换热站。该校供暖系统采用的是比较先进的分布式变频系统，一个热源通过九个换热站向校内楼宇和周边小区供热。即热源一次网循环泵用于抵消一次侧管网阻力，每一个换热站配备一个变频加压泵从一次网抽取本站所需热量。选取其中一个换热站，热用户主要为学生宿舍、餐厅。表1为该换热站的基本参数。

表1

	额定功率	运行功率
			一次网循环泵	45(KW)	31.4(KW)
加压泵	22(KW)	11.3(KW)
			供暖面积	67000(m2)

如图3所示，二次网供回水实测均温曲线与二次网供回水目标温度曲线在误差允许范围内基本重合。

本发明实施例通过设定目标温度，根据所述目标温度设定温度上限、温度下限；根据工艺要求设定阀位上限、阀位下限以及阀位中限的初始值；根据工艺要求设定运行周期，及制定单个周期内根据目标温度与实测温度的关系控制一次网加压泵阀位的方法；每一个运行周期结束后，根据目标温度与实测温度的关系调整阀位上限、阀位下限以及阀位中限(一个周期结束后调整一次)；根据温度参数(温度上限、目标温度Sv、温度下限(实时调整))及阀位参数(阀位上限、阀位下限以及阀位中限(每一个周期结束后调整一次))和运行规则调节一次网加压泵阀位，以使二次网实测供回水的平均温度达到所述目标温度。解决了现有技术中供热系统效率过低的问题，实现了节能供热，精确的达到了室内目标温度，不会引起温度超调，管网压力震荡，提高了供热的品质，从而保护了管网。同时，又有利于节能环保。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种智能位式控制方法，其特征在于，包括：

根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度；

根据所述目标温度设定温度上限、温度下限；

根据所述目标温度与所述实测温度的关系控制加压泵的阀位处于阀位上限、中限或下限；

根据前一统计周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限；

根据所述阀位中限确定所述阀位上限和下限；

根据所述所述目标温度、实测温度、阀位中限、阀位上限和阀位下限控制一次网加压泵阀位，以使二次网实测供回水的平均温度达到所述目标温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据实测室外温度设定热交换站二次网供回水均温的目标温度，包括：

根据热交换站二次网的供回水平均温度设定值与室外温度的线性方程设定所述热交换站二次网的供回水均温的目标温度：

Sv＝A*X+B        (1)

其中，所述Sv是二次网均温的设定值，所述X是室外温度，所述A、B为确定该线性关系的参数；因为室外温度是实时变化的，所以目标温度Sv也是实时变化的；

所述根据所述目标温度设定温度上限、温度下限，包括：

温度上、下限＝Sv±Δa           (2)

所述Δa为温度上、下限与目标温度的偏差，且(Δa一旦设定不再变化)；因为Sv是实时变化的，所以温度上、下限也是实时变化的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标温度与所述实测温度的关系控制加压泵的阀位处于阀位上限、中限或下限，包括：

若实测温度小于等于温度下限，则调节加压泵至阀位上限；

若实测温度大于等于温度上限，则调节加压泵至阀位下限；

若实测温度等于目标温度，则调节加压泵的阀位至阀位中限。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据前一运行周期的所述目标温度、实测温度、阀位中限确定所述阀位中限，包括：

根据公式

${\&Integral;}_{t1}^{t1+T}(\mathrm{Pv}-\mathrm{Sv})\mathrm{dt}---\left(3\right)$

计算前一个运行周期实测温度与目标温度的差值的积分；

根据公式

${\mathrm{Fw}}_n={\mathrm{Fw}}_{n-1}-k_2\&times;\left({\&Integral;}_{t1}^{t1+T}(\mathrm{Pv}-\mathrm{Sv})\mathrm{dt}\right)/(2\mathrm{\&Delta;a}\&times;T),(m<{\mathrm{Fw}}_n<n)---\left(4\right)$

阀位上,下限＝Fw_n±Δb

计算第n个周期的阀位中限Fw_n和阀位上、下限，其中，所述Fw_n为第n个周期的阀位中限，所述Fw_n-1为第n-1个周期的阀位中限，所述k₂为阀位中限的调整参数(k₂>0)，所述t1是第n-1个的周期开始的时刻，所述T为一个运行周期的时间，所述Pv为实测温度，所述Sv为设定温度，所述Δa为温度上、下限与目标温度的偏差,所述n、m为工艺许可范围内阀位变动上、下限，所述Δb为阀位上、下限与阀位中限的偏差，为常数。