CN105203231B - 水蓄能斜温层动态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水蓄能斜温层动态监测方法及系统，动态监测方法包括：S1、采集蓄能装置中温度传感器感测到的温度值Ti；S2、按以下公式确定斜温层厚度的温度区间；其中，θ为无因次温度；Tc为蓄能装置预定的冷水温度，T_h为蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间；S3、采集通过Ti获得θ为0.125时蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q1，以及通过Ti获得θ为0.875时蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q2；S4、按以下公式计算通过温度传感器位置处的斜温层厚度Hi：Hi＝丨Q1‑Q2丨/A；A为蓄能装置的横截面积。本发明提高了斜温层厚度的测量精度；降低了对温度传感器的设置及数量要求。

Description

水蓄能斜温层动态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及水蓄能技术领域，尤其涉及一种水蓄能斜温层动态监测方法及系统。

背景技术

目前国家大部分地区实行峰谷电价(峰段电价、平段电价和谷段电价)政策，即不同时段执行不同的电费单价，以引导用户合理调整用电负荷，实现电力资源有效配置。

自然分层水蓄能是基于水因密度不同而形成不同温度的分层原理，低温水由于密度相对较大而聚集在蓄能装置下部，高温水密度较小聚集在蓄能装置上部。因此，在谷段电价时段将冷量或热量通过蓄能装置储存起来，在峰段电价或平段电价将冷量或热量释放出来，就可以实现节约电费的目的。

在自然分层水蓄能的蓄能装置中，介于低温水与高温水之间将产生一个温度变化较大的梯度区，此区域通常称为“斜温层”，其功能就如同一道界线将低温水与高温水隔离，并防止低温水与高温水在垂直方向混合，斜温层的厚薄程度是评价蓄能装置性能的重要指标，因此需要对其进行监测。

现有测量斜温层的方法是：在蓄能装置1内沿蓄水深度方向均匀间隔设置温度传感器T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7……Tn，根据多个相邻的温度传感器直接测得的温度值来判断斜温层厚度区间，如图1所示。例如，图1中蓄能装置内的温度传感器按0.5m垂直均匀间隔布置，蓄能设计工况为蓄冷温度4℃，放冷回水温度为12℃，则若温度传感器T3测量的温度值是4.3℃，温度传感器T4测量的温度值是9.6℃，温度传感器T5测量的温度值是11.8℃，则认为斜温层厚度在0.5m-1m之间。

然而，现有的测量斜温层的方法存在以下缺陷：

1、因设置的温度传感器是间隔离散排列的，测量的精确度取决于相邻两个温度传感器的间隔距离，其误差范围为“0-两个相邻温度传感器的间隔距离”，而通常斜温层厚度会在1.0m以内，温度传感器的设置间隔一般为0.5m，因此斜温层厚度的测量误差会很大。

2、斜温层厚度的测量依赖于温度传感器的设置间隔作为参考标尺，同时需要多个相邻温度传感器的数据进行判断。因此当温度传感器的设置间隔为不规则或多个相邻温度传感器中出现一个或一个以上温度传感器故障时，将难以对斜温层厚度进行判断。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高斜温层测量精度的水蓄能斜温层动态监测方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水蓄能斜温层动态监测方法，包括以下步骤：

S1、采集蓄能装置中温度传感器感测到的温度值Ti；所述蓄能装置内安装有多个所述温度传感器，多个所述温度传感器在垂直方向上自下而上间隔排布；

S2、按以下公式确定斜温层厚度的温度区间；

其中，θ为无因次温度，0＜θ＜1；Tc为所述蓄能装置预定的冷水温度，Th为所述蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间；

S3、采集通过Ti获得θ为0.125时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q1，以及通过Ti获得θ为0.875时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q2；

S4、按以下公式计算通过所述温度传感器位置处的斜温层厚度Hi：

Hi＝丨Q1-Q2丨/A

其中，A为所述蓄能装置的横截面积。

优选地，重复执行步骤S1-S4，获得斜温层通过所述蓄能装置中每一个温度传感器时的厚度。

优选地，该水蓄能斜温层动态监测方法还包括以下步骤：

S5、按以下公式计算所述蓄能装置在蓄能过程的平均斜温层厚度H：

H＝(H1+H2+…+Hn)/n；

n为所述温度传感器的数量，H1+H2+…+Hn为所有温度传感器对应的斜温层的厚度总和。

优选地，在所述蓄能装置的垂直方向上，从上到下依次采集每一温度传感器感测到的温度值Ti，以处理获得斜温层依次通过每一所述温度传感器时的厚度Hi。

优选地，所述步骤S1之前，在所述蓄能装置上部水管或下部水管安装流量计。

优选地，所述步骤S1包括：

温度传感器将感测到的温度信号发送至处理中心；

处理中心根据所收到的温度信号进行处理，获得温度值。

本发明还提供一种水蓄能斜温层动态监测系统，包括：

采集蓄能装置中温度传感器感测到的温度值Ti的第一采集模块；

根据采集的温度值Ti计算θ以确定斜温层厚度的温度区间的第一计算模块；

采集通过Ti获得θ为0.125时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q1、以及通过Ti获得θ为0.875时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q2的第二采集模块；以及

根据采集的流量值Q1、Q2和所述蓄能装置的横截面积A计算通过所述温度传感器位置处的斜温层厚度Hi的第二计算模块。

优选地，所述第一计算模块按以下公式计算θ以确定斜温层厚度的温度区间：

其中，0＜θ＜1；Tc为所述蓄能装置预定的冷水温度，Th为所述蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间；

所述第二计算模块按以下公式计算通过所述温度传感器位置处的斜温层厚度Hi：

Hi＝丨Q1-Q2丨/A。

优选地，所述第二计算模块还按以下公式计算所述蓄能装置在蓄能过程的平均斜温层厚度H：

H＝(H1+H2+…+Hn)/n；

n为所述蓄能装置中所述温度传感器的数量，H1+H2+…+Hn为所有温度传感器对应的斜温层的厚度总和。

优选地，该动态监测系统还包括处理中心；

所述处理中心根据所述温度传感器的温度信号进行处理，获得温度值Ti；

所述第一采集模块采集经所述处理中心处理获得的所述温度值Ti。

本发明的有益效果：在各个温度传感器位置处对斜温层厚度的动态测量计算，提高了斜温层厚度的测量精度；斜温层厚度的测量不依赖于温度传感器的设置间隔，同时不需要多个相邻的温度传感器数据，降低了对温度传感器的设置及数量要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中蓄能装置的结构示意图；

图2是本发明中的蓄能装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图2，本发明一实施例的水蓄能斜温层动态监测方法，包括以下步骤：

S1、采集蓄能装置2中温度传感器3感测到的温度值Ti。

在蓄能装置2内安装有多个温度传感器3，多个温度传感器3在垂直方向上自下而上间隔排布。将多个以n表示，则有n个温度传感器3，n为正整数；温度值Ti中，i为1、2、3……n。例如，采集的第一个温度传感器3的温度值为T1，第二个则为T2，以此类推，第n个则为Tn。

在该步骤S1之前，在蓄能装置2上部水管21或下部水管22上安装流量计4以采集流量值。通常，蓄能装置2上部水管21的进水流量和下部水管22的出水流量相同，因此可只在其中一处安装流量计4。

步骤S1可包括：

温度传感器3将感测到的温度信号发送至处理中心；

处理中心根据所收到的温度信号进行处理，获得温度值。

其中，处理中心可采用计算机实现、或集成在计算机中。

S2、按以下公式确定斜温层厚度的温度区间；

其中，θ为无因次温度，0＜θ＜1；Tc为蓄能装置预定的冷水温度，Th为蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间。即：将采集的温度值Ti代入上述式中计算θ，当θ的数值落在0.125～0.875的范围内时，可通过温度传感器3所感测的温度值Ti确定斜温层厚度的范围。

例如，在蓄能装置2预定的冷水温度Tc为4℃，蓄能装置2预定的温水温度Th为12℃的情况下，通过温度传感器3感测得到的温度值Ti，当Ti为5℃时，θ等于0.125，该温度传感器3将感测到的温度信号发送至处理中心，触发斜温层动态监测系统的相关模块按照S3进行数据采集及后续逻辑计算，以获得斜温层厚度。

S3、采集通过Ti获得θ为0.125时蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q1，以及通过Ti获得θ为0.875时蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q2。

该步骤S3中，多次采集温度传感器3的实时温度值，并通过S2中公式计算获得θ；当θ为0.125时采集流量值Q1，当θ为0.875时采集流量值Q2。

S4、按以下公式计算通过温度传感器3位置处的斜温层厚度Hi：

Hi＝丨Q1-Q2丨/A

其中，A为蓄能装置2的横截面积。

蓄能装置2在垂直方向上通常为规则结构，其在垂直方向上各处的横截面积相同，确定横截面积，即可用于垂直方向上各温度传感器3的斜温层计算。

斜温层厚度Hi中，i为1、2、3……n。例如，第一个温度传感器3对应的斜温层厚度为H1，第二个则为H2，以此类推，第n个则为Hn。

重复执行步骤S1-S4，采集每一个温度传感器3感测的温度值Ti，以计算处理获得斜温层通过蓄能装置2中每一个温度传感器3时的厚度Hi。

根据温水从蓄能装置2上部水管21进入其中，冷水从蓄能装置2下部水管22流出，在蓄能装置2的蓄能过程中，斜温层是从上到下移动的。因此优选地，在蓄能装置22的垂直方向上，从上到下依次采集每一温度传感器3感测到的温度值Ti，以处理获得斜温层依次通过每一温度传感器3时的厚度Hi。

该水蓄能斜温层动态监测方法还包括以下步骤：

S5、按以下公式计算蓄能装置2在蓄能过程的平均斜温层厚度H：

H＝(H1+H2+…+Hn)/n；

n为温度传感器3的数量，H1+H2+…+Hn为所有温度传感器3对应的斜温层的厚度总和。

本发明一实施例的水蓄能斜温层动态监测系统，用于实现上述的水蓄能斜温层动态监测方法，参考图2，该动态监测系统包括：

采集蓄能装置2中温度传感器3感测到的温度值Ti的第一采集模块；

根据采集的温度值Ti计算无因次温度θ以确定斜温层厚度的温度区间的第一计算模块；

采集通过Ti获得θ为0.125时蓄能装置2上部水管21或下部水管22的流量值Q1、以及通过Ti获得θ为0.875时蓄能装置2上部水管21或下部水管22的流量值Q2的第二采集模块；以及

根据采集的流量值Q1、Q2和蓄能装置2的横截面积A计算通过温度传感器3位置处的斜温层厚度Hi的第二计算模块。

具体地，第一计算模块按以下公式计算θ以确定斜温层厚度的温度区间：

其中，0＜θ＜1；Tc为所述蓄能装置预定的冷水温度，Th为所述蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间。即：将采集的温度值Ti代入上述式中计算θ，当θ的数值落在0.125～0.875的范围内时，可确定斜温层通过该温度值Ti所对应的温度传感器3。

例如，在蓄能装置2预定的冷水温度Tc为4℃，蓄能装置2预定的温水温度Th为12℃的情况下，通过温度传感器3感测得到的温度值Ti，当Ti为5℃时，θ等于0.125，该温度传感器3将感测到的温度信号发送至处理中心，触发第二采集模块和第二计算模块进行数据采集及后续逻辑计算，以获得斜温层厚度。

当θ的数值不在0.125～0.875的范围内时，第一采集模块采集另一个温度传感器3感测到的温度值Ti，第一计算模块根据该温度值Ti计算θ。该另一个温度传感器3位于先前采集温度值Ti的温度传感器3的下方。

第二计算模块按以下公式计算通过温度传感器3位置处的斜温层厚度Hi：

Hi＝丨Q1-Q2丨/A。

进一步地，第二计算模块还按以下公式计算蓄能装置2在蓄能过程的平均斜温层厚度H：

H＝(H1+H2+…+Hn)/n

n为蓄能装置2中温度传感器3的数量，H1+H2+…+Hn为所有温度传感器3对应的斜温层的厚度总和。

另外，该动态监测系统还包括处理中心，处理中心与第一采集模块、第二采集模块通讯连接。处理中心根据温度传感器的温度信号进行处理，获得温度值Ti。第一采集模块采集经处理中心处理获得的温度值Ti。

处理中心还根据流量计的流量信号进行处理，获得流量值Q1、Q2。第二采集模块采集经处理中心处理获得的流量值Q1、Q2。

上述的第一采集模块、第二采集模块、第一计算模块和第二计算模块之间通讯连接，该些模块可集成在处理中心上，也可与处理中心一起集成在计算机中，可通过程序实现。

通过上述的动态监测方法及系统，实现在各个温度传感器位置处对斜温层厚度进行动态测量，提高了斜温层厚度的测量精度。斜温层厚度的测量不依赖于温度传感器的设置间隔，同时不需要多个相邻的温度传感器数据，降低了对温度传感器的设置及数量要求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种水蓄能斜温层动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集蓄能装置中温度传感器感测到的温度值Ti；所述蓄能装置内安装有多个所述温度传感器，多个所述温度传感器在垂直方向上自下而上间隔排布；

S2、按以下公式确定斜温层厚度的温度区间；

<mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mrow> <mi>T</mi> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，θ为无因次温度，0＜θ＜1；Tc为所述蓄能装置预定的冷水温度，Th为所述蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间；

S3、采集通过Ti获得θ为0.125时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q1，以及通过Ti获得θ为0.875时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q2；

S4、按以下公式计算通过所述温度传感器位置处的斜温层厚度Hi：

Hi＝丨Q1-Q2丨/A

其中，A为所述蓄能装置的横截面积；

重复执行步骤S1-S4，获得斜温层通过所述蓄能装置中每一个温度传感器时的厚度。

2.根据权利要求1所述的水蓄能斜温层动态监测方法，其特征在于，该水蓄能斜温层动态监测方法还包括以下步骤：

S5、按以下公式计算所述蓄能装置在蓄能过程的平均斜温层厚度H：

H＝(H1+H2+…+Hn)/n；

n为所述温度传感器的数量，H1+H2+…+Hn为所有温度传感器对应的斜温层的厚度总和。

3.根据权利要求1所述的水蓄能斜温层动态监测方法，其特征在于，在所述蓄能装置的垂直方向上，从上到下依次采集每一温度传感器感测到的温度值Ti，以处理获得斜温层依次通过每一所述温度传感器时的厚度Hi。

4.根据权利要求1所述的水蓄能斜温层动态监测方法，其特征在于，所述步骤S1之前，在所述蓄能装置上部水管或下部水管安装流量计。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水蓄能斜温层动态监测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

温度传感器将感测到的温度信号发送至处理中心；

处理中心根据所收到的温度信号进行处理，获得温度值Ti。

6.一种水蓄能斜温层动态监测系统，其特征在于，包括：

采集蓄能装置中温度传感器感测到的温度值Ti的第一采集模块；所述蓄能装置内安装有多个所述温度传感器，多个所述温度传感器在垂直方向上自下而上间隔排布，所述第一采集模块依次采集每一所述温度传感器感测到的温度值Ti；

根据采集的温度值Ti计算无因次温度θ以确定斜温层厚度的温度区间的第一计算模块；所述第一计算模块按以下公式计算θ以确定斜温层厚度的温度区间：

<mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mrow> <mi>T</mi> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，0＜θ＜1；Tc为所述蓄能装置预定的冷水温度，Th为所述蓄能装置预定的温水温度；当θ为0.125～0.875，则确定Ti在θ从0.125～0.875之间变化的温度为斜温层厚度的温度区间；

采集通过Ti获得θ为0.125时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q1、以及通过Ti获得θ为0.875时所述蓄能装置上部水管或下部水管的流量值Q2的第二采集模块；以及

根据采集的流量值Q1、Q2和所述蓄能装置的横截面积A计算通过所述温度传感器位置处的斜温层厚度Hi的第二计算模块。

7.根据权利要求6所述的水蓄能斜温层动态监测系统，其特征在于，所述第二计算模块按以下公式计算通过所述温度传感器位置处的斜温层厚度Hi：

Hi＝丨Q1-Q2丨/A。

8.根据权利要求7所述的水蓄能斜温层动态监测系统，其特征在于，所述第二计算模块还按以下公式计算所述蓄能装置在蓄能过程的平均斜温层厚度H：

H＝(H1+H2+…+Hn)/n；

n为所述蓄能装置中所述温度传感器的数量，H1+H2+…+Hn为所有温度传感器对应的斜温层的厚度总和。

9.根据权利要求6所述的水蓄能斜温层动态监测系统，其特征在于，该动态监测系统还包括处理中心；

所述处理中心根据所述温度传感器的温度信号进行处理，获得温度值Ti；

所述第一采集模块采集经所述处理中心处理获得的所述温度值Ti。