CN107655057A - 网源一体协调供热系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网源一体协调供热系统及控制方法，其特征在于，它主要包括：汽轮机、热网首站、换热站、蓄热罐、第一用户、第二用户；热网首站与蓄热罐并联连接，再与换热站连接，换热站与热用户连接；在热用户室内装有温度仪，室外装有环境温度仪、太阳辐射采集仪；利用互联网，信息数据中连接并接收供热系统中的各设备参数，通过各设备的约束函数进行数据处理与分析，并将结果传输至各设备进行运行调节。本发明不仅打破了供热系统中各板块之间的信息孤岛，实现信息互联，解决了因过供而造成巨大能量浪费的问题；还实现了可根据环境因素、用户室内温度等因素来实时调节运行，实现了精准供热，不仅避免了高耗能，还提升了居民的采暖品质。

Description

网源一体协调供热系统及控制方法
技术领域
本发明属于智能供热技术领域，具体涉及一种网源一体协调供热系统及控制方法，尤其适用于集中供热系统。
背景技术
热电联产集中供热的传统供热方式是热源与热网相分离，由热网首站给定总供热量，然后各换热站进行分摊。此种供热方式的弊端是各换热站进行热量分摊难度大，容易出现过供、或欠供等现象；为了保证每个热用户都能获得足够的热量，热网首站只能增大总供热量，此时必然造成用户端普遍存在过供现象，导致供热能耗偏大。据调研，目前，国内供热能耗高出欧洲同纬度国家的30％以上。随着“互联网+”的推行，若能利用互联网技术，将供热系统各版块之间进行信息互联，打破热源、换热站与热用户之间的信息孤岛，实现供热系统按需供热，及根据环境等因素变化进行实时调节，从而可以很大程度上降低系统的供热能耗，据初步测算，可以降低能耗20％以上。
目前，针对供热系统的智能技术开发，主要是针对热网，如申请号为201210189328.3的中国专利：集中供热系统供水温度气候补偿算法和控制方法，确定了一种气候补偿方法，解决了气候环境对供热能耗的影响；申请号为201410298183.X的中国专利：建筑供暖中确定二网供回水温度的方法，考虑了建筑物特性的因素影响，从而提高了二网供回水温度调节的精准性。但是，这些技术不是从热源、换热站与热用户三者一体化来考虑，无法实现供热系统的按需分配。
发明内容
基于上述情况，本发明克服现有技术中存在的上述不足，提出了一种设计合理，性能可靠，实现热源、换热站与热用户三者一体化的网源一体协调供热系统及该系统的控制方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
网源一体协调供热系统，其特征在于：包括汽轮机、热网首站、换热站、蓄热罐、第一用户和第二用户；汽轮机通过蒸汽管路与热网首站连接，且在蒸汽管路上装有第一阀门；热网首站通过一次供水管、一次回水管与换热站连接，且在一次供水管上依次装有一次温度仪、供水压力仪、第二阀门，在一次回水管上依次装有回水压力仪、第一循环泵；蓄热罐通过第一热水管与一次回水管连接，且在第一热水管上装有第六阀门；蓄热罐还分别通过第二热水管、第三热水管与一次供水管连接，且在第二热水管上依次装有第七阀门、第三循环泵，在第三热水管上装有第八阀门；换热站通过二次供水管分别与第一用户、第二用户连接，且在二次供水管上装有二次温度仪，在第一用户的进水管上装有第四阀门，在第二用户的进水管上装有第五阀门；换热站还通过二次回水管分别与第一用户、第二用户连接，且在二次回水管上装有第二循环泵。
本发明所述的换热站上连接的二次供水管和二次回水管之间设置有二次网旁路，且在二次网旁路上装有第三阀门。
本发明所述的第一用户和第二用户的室内分别设置有第一室内温度仪、第二室内温度仪，室外设置有环境温度仪、太阳辐射采集仪。
本发明所述的第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵，均为变频自动调节循环泵，且具有传输数据的功能。
本发明所述的第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，均采用电动调节阀门，且具有传输数据的功能。
本发明所述的二次温度仪、一次温度仪、供水压力仪、回水压力仪、第一室内温度仪、第二室内温度仪、环境温度仪和太阳辐射采集仪均具有传输数据的功能。
一种网源一体协调供热系统的控制方法，其特征在于：
设定：环境温度为Tw，太阳辐射强度为Nw，第一用户室内温度为T1，第二用户室内温度为T2，一次供水温度为Tg，一次供水压力为Pg，一次回水压力为Ph，汽轮机负荷Mb；
不同设备的配置约束条件如下：
热网首站供出热量的约束函数为Qr＝f(Kb)；
换热站供出热量的约束函数为Qw＝fw(Te)；
用户所需总热量的约束函数为Qx＝f(Tw，Nw)；
第一循环泵功率的约束函数为Fy＝f(Pg，Ph)；
二次网供水温度的约束函数为Te＝f(Qx，Ke)；
第一阀门开度的约束函数为Kb＝f(Kv，Mb)；
第二阀门开度的约束函数为Kv＝fv(Te，Tg)；
第三阀门开度的约束函数为Ke＝f(K4，K5)；
第四阀门开度的约束函数为K4＝f(T1)；
第五阀门开度的约束函数为K5＝f(T2)；
当第七阀门开启时，第七阀门开度的约束函数为K7＝f7(Qr，Qw)，第六阀门开度的约束函数为
当第八阀门开启时，第八阀门开度的约束函数为K8＝f8(Qr，Qw)，第六阀门开度的约束函数为
网源一体协调供热系统的控制方法步骤如下：
第一步：采集用户的室外环境温度和太阳辐射强度，根据约束函数f(Tw，Nw)计算得出用户所需的总热量Qx，第三阀门开度的初始值取为此时二次网供水温度为
第二步：根据不同用户的室内温度，分别根据约束函数f(T1)、f(T2)计算第四阀门、第五阀门的开度K4、K5，然后根据约束函数f(K4，K5)计算第三阀门的开度Ke，再根据约束函数f(Qx，Ke)修正二次网供水温度Te；此时，则根据约束函数fw(Te)计算换热站供出的热量为Qw；
第三步：根据约束函数fv(Te，Tg)计算第二阀门的开度Kv；此时，根据约束函数f(Kv，Mb)计算第一阀门的开度Kb，由此根据约束函数f(Kb)确定热网首站供出的蒸汽热量Qr；第一循环泵功率Fy由约束函数f(Pg，Ph)；
第四步：当一次供水温度Tg一直减小，且第一阀门开度Kb与第二阀门开度Kv均无法调节时，此时符合Qr＜Qw，则需要关闭第八阀门，开启第七阀门、第三循环泵，根据约束函数f7(Qr，Qw)计算第七阀门的开度K7，根据约束函数fj(K7)计算第六阀门的开度因为热网首站供出的热量小于换热站供出的热量，需要利用蓄热罐放热来满足用户的采暖需求；
第五步：当一次供水温度Tg一直增加，且第一阀门开度Kb与第二阀门开度Kv均无法调节时，此时符合Qr＞Qw，则需要关闭第七阀门、第三循环泵，开启第八阀门，根据约束函数f8(Qr，Qw)计算第八阀门的开度K8，根据约束函数fs(K8)计算第六阀门的开度因为热网首站供出的热量大于换热站供出的热量，需要利用蓄热罐蓄热来满足用户的采暖需求。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：
(1)将供热系统各版块之间进行信息互联，打破热源、换热站与热用户之间的信息孤岛，实现了供热系统按需供热，避免出现过供而造成的能量浪费，整体可降低能耗20％以上；
(2)实现了根据环境因素、用户室内温度等因素来实时调节供热系统的供水温度，实现了精准供热，避免了因过供造成的能量浪费，及因欠供造成的居民热品质差等现象。
附图说明
图1是本发明实施例中网源一体协调供热系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本发明实施例网源一体协调供热系统包括：汽轮机1、热网首站2、换热站3、蓄热罐4、第一用户5和第二用户6。
汽轮机1通过蒸汽管路与热网首站2连接，且在蒸汽管路上装有第一阀门21。
热网首站2通过一次供水管14、一次回水管15与换热站3连接，且在一次供水管14上依次装有一次温度仪32、供水压力仪33、第二阀门22，在一次回水管15上依次装有回水压力仪34、第一循环泵11。
蓄热罐4通过第一热水管41与一次回水管15连接，且在第一热水管41上装有第六阀门26；蓄热罐4还分别通过第二热水管42、第三热水管43与一次供水管14连接，且在第二热水管42上依次装有第七阀门27、第三循环泵13，在第三热水管43上装有第八阀门28。
换热站3通过二次供水管16分别与第一用户5、第二用户6连接，且在二次供水管16上装有二次温度仪31，在第一用户5的进水管上装有第四阀门24，在第二用户6的进水管上装有第五阀门25；换热站3还通过二次回水管17分别与第一用户5、第二用户6连接，且在二次回水管17上装有第二循环泵12。
换热站3上连接的二次供水管16和二次回水管17之间设置有二次网旁路18，且在二次网旁路18上装有第三阀门23。
第一用户5和第二用户6的室内分别设置有第一室内温度仪7、第二室内温度仪8，室外设置有环境温度仪9、太阳辐射采集仪10。
本发明实施例中，第一循环泵11、第二循环泵12和第三循环泵13，均采用变频自动调节循环泵，且具有传输数据的功能。
本发明实施例中，第一阀门21、第二阀门22、第三阀门23、第四阀门24、第五阀门25、第六阀门26、第七阀门27和第八阀门28，均采用电动调节阀门，且具有传输数据的功能。
本发明实施例中，二次温度仪31、一次温度仪32、供水压力仪33、回水压力仪34、第一室内温度仪7、第二室内温度仪8、环境温度仪9和太阳辐射采集仪10均具有传输数据的功能。
本发明实施例网源一体协调供热系统的控制方法为：
首先，利用互联网将供热系统的换热站3、热网首站2、汽轮机1的控制中心，以及供暖系统中用到的温度仪、压力仪、循环泵等各种具有传输数据功能的测量仪，与信息数据中心连接；
然后，将供热系统中不同设备的配置约束条件嵌入信息数据中心，不同约束条件为：
设定：环境温度为Tw，太阳辐射强度为Nw，第一用户室内温度为T1，第二用户室内温度为T2，一次供水温度为Tg，一次供水压力为Pg，一次回水压力为Ph，汽轮机负荷Mb；
其中：
热网首站2供出热量的约束函数为Qr＝f(Kb)；
换热站3供出热量的约束函数为Qw＝fw(Te)；
用户所需总热量的约束函数为Qx＝f(Tw，Nw)；
第一循环泵11的功率约束函数为Fy＝f(Pg，Ph)；
二次网供水温度的约束函数为Te＝f(Qx，Ke)；
第一阀门21开度的约束函数为Kb＝f(Kv，Mb)；
第二阀门22开度的约束函数为Kv＝fv(Te，Tg)；
第三阀门23开度的约束函数为Ke＝f(K4，K5)；
第四阀门24开度的约束函数为K4＝f(T1)；
第五阀门25开度的约束函数为K5＝f(T2)；
当第七阀门27开启时，第七阀门27开度的约束函数为K7＝f7(Qr，Qw)，第六阀门26开度的约束函数为
当第八阀门28开启时，第八阀门28开度的约束函数为K8＝f8(Qr，Qw)，第六阀门26开度的约束函数为
最后，将供热系统中的温度仪、压力仪、循环泵等各种具有传输数据功能的设备的供热参数通过互联网传输至信息数据中心，进行数据处理与分析，将处理结果再利用互联网传输至各设备，来指导调节各设备的运行，其控制调节步骤为：
第一步：采集用户的室外环境温度和太阳辐射强度，根据约束函数f(Tw，Nw)计算得出用户所需的总热量Qx，第三阀门23开度的初始值取为此时二次网供水温度为
第二步：根据第一用户5和第二用户6的室内温度，分别根据约束函数f(T1)、f(T2)计算第四阀门24、第五阀门25的开度K4、K5，然后根据约束函数f(K4，K5)计算第三阀门23的开度Ke，再根据约束函数f(Qx，Ke)修正二次网供水温度Te；此时，则根据约束函数fw(Te)计算换热站3供出的热量为Qw；
第三步：根据约束函数fv(Te，Tg)计算第二阀门22的开度Kv；此时，根据约束函数f(Kv，Mb)计算第一阀门21的开度Kb，由此根据约束函数f(Kb)确定热网首站2供出的蒸汽热量Qr；第一循环泵11的功率Fy由约束函数f(Pg，Ph)确定；
第四步：当一次供水温度Tg一直减小，且第一阀门21开度Kb与第二阀门22开度Kv均无法调节时，此时符合Qr＜Qw，则需要关闭第八阀门28，开启第七阀门27、第三循环泵13，根据约束函数f7(Qr，Qw)计算第七阀门27的开度K7，根据约束函数fj(K7)计算第六阀门26的开度因为热网首站2供出的热量小于换热站3供出的热量，需要利用蓄热罐4放热来满足用户的采暖需求；
第五步：当一次供水温度Tg一直增加，且第一阀门21开度Kb与第二阀门22开度Kv均无法调节时，此时符合Qr＞Qw，则需要关闭第七阀门27、第三循环泵13，开启第八阀门28，根据约束函数f8(Qr，Qw)计算第八阀门28的开度K8，根据约束函数fs(K8)计算第六阀门26的开度因为热网首站2供出的热量大于换热站3供出的热量，需要利用蓄热罐4蓄热来满足用户的采暖需求。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种网源一体协调供热系统，其特征在于：包括汽轮机、热网首站、换热站、蓄热罐、第一用户和第二用户；汽轮机通过蒸汽管路与热网首站连接，且在蒸汽管路上装有第一阀门；热网首站通过一次供水管、一次回水管与换热站连接，且在一次供水管上依次装有一次温度仪、供水压力仪、第二阀门，在一次回水管上依次装有回水压力仪、第一循环泵；蓄热罐通过第一热水管与一次回水管连接，且在第一热水管上装有第六阀门；蓄热罐还分别通过第二热水管、第三热水管与一次供水管连接，且在第二热水管上依次装有第七阀门、第三循环泵，在第三热水管上装有第八阀门；换热站通过二次供水管分别与第一用户、第二用户连接，且在二次供水管上装有二次温度仪，在第一用户的进水管上装有第四阀门，在第二用户的进水管上装有第五阀门；换热站还通过二次回水管分别与第一用户、第二用户连接，且在二次回水管上装有第二循环泵。
2.根据权利要求1所述的网源一体协调供热系统，其特征在于：所述的换热站上连接的二次供水管和二次回水管之间设置有二次网旁路，且在二次网旁路上装有第三阀门。
3.根据权利要求1所述的网源一体协调供热系统，其特征在于：所述的第一用户和第二用户的室内分别设置有第一室内温度仪、第二室内温度仪，室外设置有环境温度仪、太阳辐射采集仪。
4.根据权利要求1所述的网源一体协调供热系统，其特征在于：所述的第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵，均为变频自动调节循环泵。
5.根据权利要求1和2所述的网源一体协调供热系统，其特征在于：所述的第一阀门至第八阀门，均为电动调节阀门。
6.一种如权利要求1至5中的任何一项权利要求所述的网源一体协调供热系统的控制方法，其特征在于：
设定：环境温度为Tw，太阳辐射强度为Nw，第一用户室内温度为T1，第二用户室内温度为T2，一次供水温度为Tg，一次供水压力为Pg，一次回水压力为Ph，汽轮机负荷Mb；
不同设备的配置约束条件如下：
热网首站供出热量的约束函数为Qr＝f(Kb)；
换热站供出热量的约束函数为Qw＝fw(Te)；
用户所需总热量的约束函数为Qx＝f(Tw，Nw)；
第一循环泵功率的约束函数为Fy＝f(Pg，Ph)；
二次网供水温度的约束函数为Te＝f(Qx，Ke)；
第一阀门开度的约束函数为Kb＝f(Kv，Mb)；
第二阀门开度的约束函数为Kv＝fv(Te，Tg)；
第三阀门开度的约束函数为Ke＝f(K4，K5)；
第四阀门开度的约束函数为K4＝f(T1)；
第五阀门开度的约束函数为K5＝f(T2)；
当第七阀门开启时，第七阀门开度的约束函数为K7＝f7(Qr，Qw)，第六阀门开度的约束函数为
当第八阀门开启时，第八阀门开度的约束函数为K8＝f8(Qr，Qw)，第六阀门开度的约束函数为
控制方法包括以下步骤：
第一步：采集用户的室外环境温度和太阳辐射强度，根据约束函数f(Tw，Nw)计算得出用户所需的总热量Qx，第三阀门开度的初始值取为此时二次网供水温度为
第二步：根据第一用户、第二用户的室内温度，分别根据约束函数f(T1)、f(T2)计算第四阀门、第五阀门的开度K4、K5，然后根据约束函数f(K4，K5)计算第三阀门的开度Ke，再根据约束函数f(Qx，Ke)修正二次网供水温度Te；此时，则根据约束函数fw(Te)计算换热站供出的热量为Qw；
第三步：根据约束函数fv(Te，Tg)计算第二阀门的开度Kv；此时，根据约束函数f(Kv，Mb)计算第一阀门的开度Kb，由此根据约束函数f(Kb)确定热网首站供出的蒸汽热量Qr；第一循环泵功率Fy由约束函数f(Pg，Ph)确定；
第四步：当一次供水温度Tg一直减小，且第一阀门开度Kb与第二阀门开度Kv均无法调节时，此时符合Qr＜Qw，则需要关闭第八阀门，开启第七阀门、第三循环泵，根据约束函数f7(Qr，Qw)计算第七阀门的开度K7，根据约束函数fj(K7)计算第六阀门的开度利用蓄热罐放热来满足用户的采暖需求；
第五步：当一次供水温度Tg一直增加，且第一阀门开度Kb与第二阀门开度Kv均无法调节时，此时符合Qr＞Qw，则需要关闭第七阀门、第三循环泵，开启第八阀门，根据约束函数f8(Qr，Qw)计算第八阀门的开度K8，根据约束函数fs(K8)计算第六阀门的开度利用蓄热罐蓄热来满足用户的采暖需求。
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