CN106813293A - 集中供热系统全网平衡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集中供热系统全网平衡控制方法，属于供热控制技术领域，提供了一种能够自动识别热源的供热能力充足与否，在热源供热能力足够时实现舒适性供热，在热源供热能力不足时实现均匀性供热的集中供热系统全网平衡控制方法，所采用的技术方案为按照以下步骤进行，热负荷的预测计算，热负荷变化采用动态的实时计算，通过采集室外的实际温度进行处理计算，热源供热能力评估，利用热网中最不利环路热力站的热力工况来判断热源的供热能力；各个热力站之间参照最不利环路热力站的当量外温实现全网的自动平衡，温度控制曲线的识别，根据实际的供热情况引入热负荷修正系数和相对流量系数，本发明广泛用于集中供热控制。

Description

集中供热系统全网平衡控制方法

一、技术领域

本发明涉及一种集中供热系统全网平衡控制方法，属于供热控制技术领域。

二、背景技术

在供热系统中，主要解决两个方面的问题，一方面要解决全网中各个热力站之间的均匀供热问题，另一方面要解决热源供热量与热网需热量之间的供需平衡问题。目前的控制系统多数靠调度人员来解决这两个问题，控制效果的好坏受调度人员的水平和责任心限制，不能充分发挥控制系统的作用实现更好的节能效果。

三、发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种能够自动识别热源的供热能力充足与否，在热源供热能力足够时实现舒适性供热，在热源供热能力不足时实现均匀性供热的集中供热系统全网平衡控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为集中供热系统全网平衡控制方法，按照以下步骤进行，

1、热负荷的预测计算，热负荷变化采用动态的实时计算，通过采集室外的实际温度进行处理计算，合理利用供热管网、围护结构等的蓄热作用，降低供热量的调节频率，具体算法如下：

(1)自控系统启动时，采集室外温度tw，令处理后的室外温度t0＝tw；

(2)确定最小控制周期Tmin；

(3)令累积量A＝0；

(4)不断采集室外温度tw，同时按下式计算累积量A，A＝A+(tw-t0)Tmin；

(5)当∣A∣≥C(常量)时，则t0＝t0+(tw-t0)/B(常量)返回到步骤(3)；

(6)当∣A∣<C(常量)时，返回到步骤(4)；

其中，最小控制周期Tmin，根据气象资料，室外温度变化最剧烈时对室内温度的影响(室内采暖条件不变)，不超过某一数值时的持续时间，并考虑到控制系统稳定需要经过若干次反复调节，确定最小控制周期Tmin；

常量A，代表了实际供热量与理想供热量的偏差，控制了室内温度变化的幅度，当室内温度变化范围小于1℃时，一般取A＝1.5(℃*小时)；

常量B，控制了室外温度变化的幅度，一般取B＝3；

2、热源供热能力评估，采用控制二次网的供回水平均温度作为控制目标，然而各个热力站的供热负荷、采暖方式等不同，必须为每个热力站设定相应的供热温度控制曲线，为了简化工程计算将供热温度控制曲线近似成直线，采用截距和斜率来描述，即热力站的当量外温＝(截距-实际供回水平均温度)/斜率，此时就把不同热力站的不同温控曲线的因素消除了，用各个热力站的当量外温来评价该热力站的供热效果，当量外温越高说明该热力站供热效果越差，当热网中最高的当量外温大于实际室外温度室说明热源的供热能力不足，反之说明热源供热能力足够；

3、热网中各个热力站之间的平衡控制，把最不利环路热力站对应的当量外温作为代表全网所有热力站的当量调度外温，同时对比最不利环路热力站的当量外温与处理后的室外温度，其中较高者就是整个热网的调度外温，所有热力站都按照这个统一的调度外温结合自己的温控曲线、节能时钟修正、人工修正等计算供回水平均温度的设定值，用数学公式描述为：供回水平均温度设定值＝温控曲线截距-温控曲线斜率*(调度外温+节能时钟修正)+人工修正；

4、节能时钟的设置，根据热力站的热负荷特点设置每个热力站的24小时调度外温的节能时钟修正值，比如住宅供热用户在夜间休息时可以将室内温度降低2度，此时就可以将调度外温的节能时钟修正值设置为2度；

5、温度控制曲线的识别，供热工程教材中给出了供热运行调节基本公式，但是该公式与实际运行数据相差很大，不能直接用来作为识别供热温控曲线的计算，需要根据实际的供热情况引入热负荷修正系数和相对流量系数，具体计算方法如下：

式中：tg、th—实际供、回水温度(℃)；

tˊg、tˊh—设计供、回水温度(℃)；

tn—实测室内温度(℃)；

tˊn—供暖室内计算温度(℃)；

tw—任意室外日平均温度(℃)；

tˊw—供暖室外计算温度(℃)；

B—散热器的散热指数(实验得出)；

—相对流量，即调节时的实际运行流量G与设计流量G’之比：

n—热负荷修正系数；

于是经过实际运行参数修正后的供热运行调节基本公式如下：

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明能够通过监控软件的脚本语言编程实现，与控制系统融为一体，实时性好，不需要第三方软件，简单可靠，方法简单实用，能够直接在监控软件的脚本中实现；能够自动识别热源的供热能力充足与否，在热源供热能力足够时实现舒适性供热，在热源供热能力不足时实现均匀性供热；能够实现在热源供热能力充足时的舒适性供热与热源供热能力不足时的均匀供热自动切换模式；充分考虑各个热力站的温控曲线的差别，人工修正的差别，节能时钟修正的差别等，实现供热效果的平衡；能够实时地实现热源供热能力与热网热负荷之间的动态平衡控制，充分节约能源。

四、具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

集中供热系统全网平衡控制方法，按照以下步骤进行：

1、热负荷的预测计算，影响热负荷变化的主要因素是室外温度的变化和供热面积的变化，其次夜间休息时可以降低室内温度引起的热负荷减小和白天太阳辐射引起的热负荷减少，还有部分生活热水负荷会随着人们生活起居时间规律性周期变化。供热的最终目的就是为了满足随着热负荷的变化及时供应相应的热能。因此，热负荷变化的动态实时计算很有必要。其中室外温度的变化引起的热负荷的变化是最主要因素，由于室外温度的变化频率和变化幅度较大，供热系统实时地跟踪室外温度的变化进行调节的难度很大，甚至不可能。另一方面由于房间维护结构的蓄热作用，室外温度变化并不会立即成为热负荷，会经历一个蓄热、放热过程后成为热负荷，此时热负荷的变化会比室外温度的变化滞后而平缓，紧随室外温度变化而调节供热量并没有必要。

在动态计算热负荷时室外温度是关键，因此，室外温度的测量要准确。一方面我们要选精度等级高，可靠性强，稳定性好的产品。另一方面我们要规范安装室外温度，加强室外温度的校准工作。除此之外，我们还要设计一种算法将采集来的室外温度“方波化”、“滞后化”、“平滑化”。

方波化的目的是维持室外温度的相对稳定，减少设备的动作；

滞后化的目的是考虑维护结构的热惯性作用，实际热负荷的变化滞后于室外温度的变化；

平滑化的目的是考虑维护结构的蓄热作用，实际热负荷的变化比室外温度的变化要平滑的多。

控制滞后时间的参数是实际室外温度与用于参控的当量室外温度的偏差对时间的积分值，当该积分值超过我们规定的“积分常数”时，就应该改变当量室外温度值。控制平滑程度的参数是每次改变当量室外温度的幅度，该幅度值为实际室外温度与当量室外温度偏差除以“平滑系数”，该系数是我们事先设定好的。因此，算法中规定了“积分常数”和“平滑系数”，我们可以调试这两个参数来使算法能够较精确地描述出室外温度变化与热负荷变化之间的关系。

室外温度平滑处理计算方法的描述如下：

(1)自控系统启动时，采集室外温度tw，令处理后的室外温度t0＝tw；

(2)确定最小控制周期Tmin；

(3)令累积量A＝0；

(4)不断采集室外温度tw，同时按下式计算累积量A，A＝A+(tw-t0)Tmin；

(5)当∣A∣≥C(常量)时，则t0＝t0+(tw-t0)/B(常量)返回到步骤(3)；

(6)当∣A∣<C(常量)时，返回到步骤(4)。

1)最小控制周期Tmin

根据气象资料，室外温度变化最剧烈时对室内温度的影响(室内采暖条件不变)，不超过某一数值时的持续时间，并考虑到控制系统稳定需要经过若干次反复调节，确定最小控制周期Tmin。

例如：某城市的室外温度变化最剧烈时为每小时1.5度，室内温度变化不超过1度(室内采暖条件不变)的持续时间为2小时，若取控制反复调节次数为6，则最小控制周期为120/6＝20分钟。

2)常量A

常量A代表了实际供热量与理想供热量的偏差，控制了室内温度变化的幅度。当室内温度变化范围小于1℃时，一般取A＝1.5(℃*小时)。

3)常量B

常量B控制了室外温度变化的幅度。一般取B＝3。

2、热源供热能力评估，热网中最不利环路热力站的热力工况是评估热源供热能力的最直观的判据，只要最不利环路热力站的热力工况满足供热要求就说明热源供热能力足够，反之热源供热能力不够。我们的控制系统采用控制二次网的供回水平均温度作为控制目标，然而各个热力站的供热负荷、采暖方式等不同，必须为每个热力站设定相应的供热温度控制曲线(稍后会详细描述如何确定)，为了简化计算我们用一条直线来描述，即供回水平均温度设定值＝截距-斜率*室外温度，将此公式变化一下，即热力站的当量外温＝(截距-实际供回水平均温度)/斜率，此时就把不同热力站的不同温控曲线的因素消除了，用各个热力站的当量外温来评价该热力站的供热效果，当量外温越高说明该热力站供热效果越差，当热网中最高的当量外温大于实际室外温度室说明热源的供热能力不足，反之说明热源供热能力足够。在某个特例情况下，假如各个热力站的供热曲线相同，热力站的当量外温与热力站的实际供回水平均温度的评价是一致的，此时就可以简单地对比各个热力站的实际供回水平均温度值的大小，即实际供回水温度最小的热力站就是热网的最不利环路热力站，该值能够满足供热要求就说明热源供热能力足够，反之热源供热能力不够。热网中不平衡的存在会降低热源的供热能力，因为评价热源的供热能力不是以平均值来衡量的，而是以最差值来衡量的。因此平衡是非常重要的，可以变相地提高热源和热网的供热能力。

3、热网中各个热力站之间的平衡控制，在热网中会存在最不利的热力站，相比较这个热力站其他所有热力站都有调节余量。因此把最不利环路热力站对应的当量外温作为全网所有热力站的调度外温就可以实现全网供热效果平衡控制的目的。当量外温＝(温控截距-供回水平均温度)/温控曲线斜率，事先选定全网中10个典型的代表热力站，计算它们的当量外温，其中当量外温最高的就是最不利环路热力站。同时对比最不利环路热力站的当量外温与平滑处理后的室外温度，其中较高者就是整个热网的调度外温，所有热力站都按照这个统一的调度外温结合自己的温控曲线、节能时钟修正、人工修正等计算供回水平均温度的设定值。供回水平均温度设定值＝温控曲线截距-温控曲线斜率*(调度外温+节能时钟修正)+人工修正。如此计算得来的每个热力站的供回平均温度设定值，既考虑了整个热网的全网统一指令(调度外温)，又考虑了各个热力站自身的热负荷特点(截距和斜率)，同时还给调度人员参与调控的接口参数(人工修正)，也考虑了分时供热的特点(节能时钟)。将整个热网的一般性和各个热力站的特殊性有机地结合在一起了。

4、节能时钟的设置，根据热力站的热负荷特点设置每个热力站的24小时调度外温的节能时钟修正值，比如住宅供热用户在夜间休息时可以将室内温度降低2度，此时就可以将调度外温的节能时钟修正值设置为2度。再比如考虑阳光辐射对热负荷的影响也可以将调度外温的节能时钟修正值设置为2度。还有与作息时间相关的公建单位，可以按照作息时间去设置调度外温的节能时钟修正值。选择修正调度外温便于直接将供热温度的改变与室内温度的变化建立联系。

5、温度控制曲线的识别，供热运行调节的基本公式描述了供热温度、流量与室内温度、室外温度之间的关系，但是由于实际的供热系统与理论中供热系统存在偏差，供热运行调节的基本公式就不能准确计算供热温度、流量与室内温度、室外温度之间的关系了。为此，需要根据实际的供热情况需要引入热负荷修正系数和相对流量系数。具体计算方法如下：

式中：tg、th—实际供、回水温度(℃)；

tˊg、tˊh—设计供、回水温度(℃)；

tn—实测室内温度(℃)；

tˊn—供暖室内计算温度(℃)；

tw—任意室外日平均温度(℃)；

tˊw—供暖室外计算温度(℃)；

B—散热器的散热指数(实验得出)；

—相对流量，即调节时的实际运行流量G与设计流量G’之比：

n—热负荷修正系数；

于是经过实际运行参数修正后的供热运行调节基本公式如下：

取室外温度为0度和-10度两个点分别计算对应的供回水温度。就可以根据两个点画出一条直线。在供热控制系统中应用这个简单的直线确定供热温度与室外温度变化的关系。一般考虑到外温较高时，按照这个关系确定供热温度虽然室内温度达标，但是供热温度较低也会引起热用户的投诉，我们设定室外温度的上限。另外，考虑到供热能力的限制，我们设置了室外温度的下限。

本发明在进行调控时，采用四种控制模式：①人工设定调度外温，调度人员可以凭经验设定；②舒适性控制，按照热力企业自己建立的室外温度采集点采集到的室外温度经过平滑处理后作为调度外温。或者按照当地气象部门提供的室外温度作为调度外温；③均匀性控制，按照事先确定典型代表热力站的实际供热参数，经过折算对应的当量室外温度作为调度外温；④综合调度室外温度设定，取舒适性控制和均匀性控制中调度外温较高者作为调度外温。采用这四种模式，调控更加便利。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。

Claims (1)

1.集中供热系统全网平衡控制方法，其特征在于按照以下步骤进行：

1、热负荷的预测计算，热负荷变化采用动态的实时计算，通过采集室外的实际温度进行处理计算，合理利用供热管网、围护结构等的蓄热作用，降低供热量的调节频率，具体算法如下：

(1)自控系统启动时，采集室外温度tw，令处理后的室外温度t0＝tw；

(2)确定最小控制周期Tmin；

(3)令累积量A＝0；

(4)不断采集室外温度tw，同时按下式计算累积量A，A＝A+(tw-t0)Tmin；

(5)当∣A∣≥C(常量)时，则t0＝t0+(tw-t0)/B(常量)返回到步骤(3)；

(6)当∣A∣<C(常量)时，返回到步骤(4)；

其中，最小控制周期Tmin，根据气象资料，室外温度变化最剧烈时对室内温度的影响(室内采暖条件不变)，不超过某一数值时的持续时间，并考虑到控制系统稳定需要经过若干次反复调节，确定最小控制周期Tmin；

常量A，代表了实际供热量与理想供热量的偏差，控制了室内温度变化的幅度，当室内温度变化范围小于1℃时，一般取A＝1.5(℃*小时)；

常量B，控制了室外温度变化的幅度，一般取B＝3；

2、热源供热能力评估，采用控制二次网的供回水平均温度作为控制目标，然而因为各个热力站的供热负荷、采暖方式等不同，必须为每个热力站设定相应的供热温度控制曲线，为了简化工程计算将供热温度控制曲线近似成直线，采用截距和斜率来描述，即热力站的当量外温＝(截距-实际供回水平均温度)/斜率，此时就把不同热力站的不同温控曲线的因素消除了，用各个热力站的当量外温来评价该热力站的供热效果，当量外温越高说明该热力站供热效果越差，当热网中最高的当量外温大于实际室外温度室说明热源的供热能力不足，反之说明热源供热能力足够；

3、热网中各个热力站之间的平衡控制，把最不利环路热力站对应的当量外温作为代表全网所有热力站的当量调度外温，同时对比最不利环路热力站的当量外温与处理后的室外温度，其中较高者就是整个热网的实际调度外温，所有热力站都按照这个统一的调度外温结合自己的温控曲线、节能时钟修正、人工修正等计算供回水平均温度的设定值，用数学公式描述为：供回水平均温度设定值＝温控曲线截距-温控曲线斜率*(调度外温+节能时钟修正)+人工修正；

4、节能时钟的设置，根据热力站的热负荷特点设置每个热力站的24小时调度外温的节能时钟修正值，比如住宅供热用户在夜间休息时可以将室内温度降低2度，此时就可以将调度外温的节能时钟修正值设置为2度；

5、温度控制曲线的识别，供热工程教材中给出了供热运行调节基本公式，但是该公式与实际运行数据相差很大，不能直接用来作为识别供热温控曲线的计算，需要根据实际的供热情况引入热负荷修正系数和相对流量系数，具体计算方法如下：

$n=\frac{{(t_g+t_h-2t_n)}^{1+B}({t^{\&prime;}}_n-{t^{\&prime;}}_w)}{{({t^{\&prime;}}_g+{t^{\&prime;}}_h-2{t^{\&prime;}}_n)}^{1+B}(t_n-t_w)}$

$\stackrel{\&OverBar;}{G}=\frac{{(t_g+t_h-2t_n)}^{1+B}({t^{\&prime;}}_g-{t^{\&prime;}}_h)}{{({t^{\&prime;}}_g+{t^{\&prime;}}_h-2{t^{\&prime;}}_n)}^{1+B}(t_g-t_h)}$

式中：tg、th—实际供、回水温度(℃)；

tˊg、tˊh—设计供、回水温度(℃)；

t n—实测室内温度(℃)；

tˊn—供暖室内计算温度(℃)；

tw—任意室外日平均温度(℃)；

tˊw—供暖室外计算温度(℃)；

B—散热器的散热指数(实验得出)；

—相对流量，即调节时的实际运行流量G与设计流量G’之比：

n—热负荷修正系数；

于是经过实际运行参数修正后的供热运行调节基本公式如下：

$t_g=t_n+\frac{1}{2}({t^{\&prime;}}_g+{t^{\&prime;}}_h-2{t^{\&prime;}}_n){\&lsqb;n\left(\frac{t_n-t_w}{{t^{\&prime;}}_n-{t^{\&prime;}}_w}\right)\&rsqb;}^{1/(1+B)}+\frac{n}{2\stackrel{\&OverBar;}{G}}({t^{\&prime;}}_g-{t^{\&prime;}}_h)\left(\frac{t_n-t_w}{{t^{\&prime;}}_n-{t^{\&prime;}}_w}\right)$

$t_h=t_n+\frac{1}{2}({t^{\&prime;}}_g+{t^{\&prime;}}_h-2{t^{\&prime;}}_n){\&lsqb;n\left(\frac{t_n-t_w}{{t^{\&prime;}}_n-{t^{\&prime;}}_w}\right)\&rsqb;}^{1/(1+B)}-\frac{n}{2\stackrel{\&OverBar;}{G}}({t^{\&prime;}}_g-{t^{\&prime;}}_h)\left(\frac{t_n-t_w}{{t^{\&prime;}}_n-{t^{\&prime;}}_w}\right).$