CN109163375A - 供热全网平衡自寻优控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供热全网平衡自寻优控制系统及方法，包括：S1、对各环路上各换热站的二网供水温度、二网回水温度、调节阀开度、站面积进行采集，热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度、热源的回水温度进行采集；S2、计算出各环路上各换热站面积总和、各站权重、各站供水回平均温度、全网平均温度；S3、对S1采集的数据参数和S2得出的数据结果进行分析比较；S4、根据步骤S3得出的全网平均温和各站供水回平均温度进行计算，用计算结果来控制调节阀开度。采用平衡调节法来实时控制开度，达到水力动态平衡，实现全网平衡。
Description
技术领域
本发明涉及供热调节技术领域，具体来说，涉及一种供热全网平衡自寻优控制系统及方法。
背景技术
以煤为主要燃料的集中供热是我国北方冬季取暖的主要形式，消耗能源的同时也加剧了环境污染，所以在供热行业进行节能减排，有良好的社会效益及经济效益。
集中供热近些年在我国发展很快，大量的新技术新产品在供热领域得到应用，能耗指标也在不断降低，但是和国外发达国家相比，还是有很大的差距。
集中供热一般分为热源、热力站、热用户三部分，其中热源和热力站间热量分配失衡，导致热源热产生热量不满足或（过送热量）超过各热力站所需热量需求，多起锅炉，多烧煤，浪费能源和增加运行成本。上述情况主要是由于热源和热力站间热量分配失衡引起的远端热力站吃不饱、近端热力站热量过盛的原因，从而造成了能源的巨大浪费。供热热源和热力站间热量分配不均匀的原因主要是在人为自行管理不能很好的将热量平均分配、运行各环节的综合原因造成的。
目前主要是用人工定流量等其他手段解决热源和热力站间热量分配调平衡，人工调整时，工人们首先按照往年供热数据和经验调整热力站的热量，由于往年的平均室外温度都不太一样，比如今年全年供暖季室外平均温度低，去年全年供暖季室外平均温度高，每年全年室外平均温度不一样，定流量人工控制，不能够把热源热量平均分配到各热力站，调整的效果与操作人员的责任心与操作水平相关，这对供热企业来说是一个大的人力瓶颈，所以热源和热力站间热量分配不均匀的问题在所有供热企业都普遍存在。
发明内容
本发明的目的在于提出一种供热全网平衡自寻优控制系统及方法，以克服现有技术中存在的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
供热全网平衡自寻优控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、数据采集: 采集各换热站环路上的二网供水温度、二网回水温度、调节阀开度和换热站供热面积，采集热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度和热源的回水温度；
S2、数据处理：依据如下公式计算出各换热站供热面积总和、各换热站供热面积权重、各换热站供回水平均温度和全网平均温度，
Mz= M1+ M2………………Mn（2-1）
Un=Mn/Mz（2-2）
TPn=（Tgn+Thn)/2（2-3）
Tz=（TP1+Td1） *U1+（TP2+Td2）*U2+…………（TPn+Tdn）*Un（2-4）
式中：Mn为各换热站供热面积，Un为各换热站供热面积权重，Mz为各换热站供热面积总和，Tgn为各换热站供水温度，Thn为各换热站回水温度，Tpn为各换热站供回水平均温度，Tz为全网平均温度，Tdn为采暖与地热补偿差值；
S3、分析比较：对步骤S1采集的数据参数和步骤S2得出的数据结果进行分析比较，并依据如下公式计算出各换热站理论供回水平均温度和各换热站理论供水温度，
Tpzn=Tz+Xn+Xz-Tdn（3-1）
Tgzn=Tgn+Tz-Tpn+Xn（3-2）
其中，Tpzn为各换热站理论供回水平均温度，Tgzn为各换热站理论供水温度，Xn为单站温度手动修正值，Xz为全网温度理论修正值；
S4、调节控制：根据步骤S2得出的全网平均温度、各换热站供回水平均温度以及步骤S3得出的各换热站理论供回水平均温度和各换热站理论供水温度在保证热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度和热源的回水温度不超过保护设定值的前提下控制调节阀开度，当全网平均温度高于换热站供回水平均温度时，调小对应换热站一网管路上的调节阀，当全网平均温度低于换热站平均温度时，调大对应换热站一网管路上的调节阀，当全网平均温度等于换热站平均温度时，对应换热站一网管路上的调节阀不动作，上述调节动作至各换热站平均温度均与计算得到的全网平均温度一致时停止。
供热全网平衡自寻优控制系统，所述控制系统包括分别与远程智能终端相连的测温终端、第一无线压力传感器、第二无线压力传感器和调节阀，所述测温终端包括第一测温终端、第二测温终端、第三测温终端和第四测温终端，所述第一测温终端设于二网的供水管路上，所述第二测温终端设于二网的回水管路上，所述第三测温终端设于一网的供水管路上，所述第四测温终端设于一网的回水管路上，所述第一无线压力传感器设于一网的供水管路上，所述第二无线压力传感器设于一网的回水管路上，所述调节阀设于一网的管路上。
进一步的，所述第一测温终端、第二测温终端、第三测温终端和第四测温终端均包括：
温度采集模块，用于采集当前环境的温度，并将采集的温度发送给无线信号收发模块；
无线信号收发模块，用于将所述采集的环境温度发送给远程智能终端并接收远程智能终端发射的控制信号；
防抖动模块，用于监测所述测温终端的振动情况，当所述测温终端的振动值超过其内设定的振动阈值时，向远程智能终端发送第一报警信号；
定位模块，用于将所述测温终端的位置信息发送给远程智能终端；
电池供电模块，用于给温度采集模块、无线信号收发模块、防抖动模块和定位模块提供电源。
进一步的，还包括与电池供电模块相连的温度报警模块，用于计算温度的变化速率，当计算得到的温度的变化速率超过温度报警模块内设定的温度变化速率阈值时，向远程智能终端发送第二报警信号。
进一步的，还包括与电池供电模块相连的显示模块，用于显示采集的环境温度、电源电量、万历年以及无线信号状态。
进一步的，还包括与电池供电模块相连的信号时间同步模块，用于矫正所述万年历。
进一步的，还包括与电池供电模块相连的时钟控制模块，用于基于所述万年历控制所述无线信号收发模块发射信号的时间和频率。
进一步的，还包括与电池供电模块相连的充电模块，用于给电池充电。
进一步的，所述远程智能终端包括电脑、平板或手机。
进一步的，所述无线信号包括GPRS信号、北斗信号、3G信号或4G信号。
本发明的有益效果：1、解决了热源和热力站间热量分配失衡，无论远端热力站、近端热力站，达到热源热量平衡分配到每个换热站，解决每个热力站送热不够或者过送热问题；2、热源的耗热量降低，从而降低能源降低运行成本；3、降低管网运行压力，增强管网水力稳定性和减少管网运输费用。
附图说明
图1是本发明所述的控制方法的流程图；
图2是本发明所述的控制系统的工作状态的结构示意图；
图3是本发明所述的测温终端的功能模块结构示意图。
图中所示：
1-第一测温终端；2-第三测温终端；3-第一无线压力传感器；4-第四测温终端；5-第二无线压力传感器；6-调节阀；7-第二测温终端；8-远程智能终端；9-温度采集模块；10-定位模块；11-防抖动模块；12-定位模块；13-电池供电模块；14-温度报警模块；15-显示模块；16-信号时间同步模块；17-时钟控制模块；18-充电模块。
具体实施方式
下面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。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一网侧热量平衡分配指按各站点实际情况（二次侧面积、建筑类型、板换效率等）分配热量，当各分散站点的散热器温度趋近于一致即视为热量达到按需分配的平衡状态。而通过供水与回水的平均温度，可以间接的反应散热器整体温度。当然如果存在地热供热方式也是同理，在取平均温度时，会考虑一个散热器与地热的温度差进行整体计算（一般为5-10度）。所以当平均温度趋近一致时，视为热网热量平衡状态。
基于上述原理，如图1所示，本发明公开了一种供热全网平衡自寻优控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、数据采集: 采集各换热站环路上的二网供水温度、二网回水温度、调节阀开度和换热站供热面积，采集热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度和热源的回水温度；
S2、数据处理：依据如下公式计算出各换热站供热面积总和、各换热站供热面积权重、各换热站供回水平均温度和全网平均温度，
Mz= M1+ M2………………Mn（2-1）
Un=Mn/Mz（2-2）
TPn=（Tgn+Thn)/2（2-3）
Tz=（TP1+Td1） *U1+（TP2+Td2）*U2+…………（TPn+Tdn）*Un（2-4）
式中：Mn为各换热站供热面积，Un为各换热站供热面积权重，Mz为各换热站供热面积总和，Tgn为各换热站供水温度，Thn为各换热站回水温度，Tpn为各换热站供回水平均温度，Tz为全网平均温度，Tdn为采暖与地热补偿差值，其中，Mn和Tdn在供热系统建立时就已经设定，此时只需要查询相关的设计资料便可得到；
S3、分析比较：对步骤S1采集的数据参数和步骤S2得出的数据结果进行分析比较，并依据如下公式计算出各换热站理论供回水平均温度和各换热站理论供水温度，
Tpzn=Tz+Xn+Xz-Tdn（3-1）
Tgzn=Tgn+Tz-Tpn+Xn（3-2）
其中，Tpzn为各换热站理论供回水平均温度，Tgzn为各换热站理论供水温度，Xn为单站温度手动修正值，Xz为全网温度理论修正值。其中，Xn和Xz由软件实际使用人热力公司调度人员根据各换热站实际运行温度调整Xz和Xn，以达到各站的所需温度热量需求。Xz：可以全网所有换热站同时提升或降低温度，Xn:每个换热站单独提升或降低温度。Xz和Xn的升降是根据各换热站现场实际情况，由软件实际使用人热力公司调度人员设定。
S4、调节控制：根据步骤S2得出的全网平均温度、各换热站供回水平均温度以及步骤S3得出的各换热站理论供回水平均温度和各换热站理论供水温度在保证热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度和热源的回水温度不超过保护设定值的前提下控制调节阀开度，当全网平均温度高于换热站供回水平均温度时，调小对应换热站一网管路上的调节阀，当全网平均温度低于换热站平均温度时，调大对应换热站一网管路上的调节阀，当全网平均温度等于换热站平均温度时，对应换热站一网管路上的调节阀不动作，上述调节动作至各换热站平均温度均与计算得到的全网平均温度一致时停止。
在本实施例中，热源热负荷的动态变化时，步骤S4还包括以下步骤：当全网平衡温度正常时，则表明热源热负荷正常，则需要自动调节各换热站调节阀开度，保证安全运行，保证热量均匀分到每个换热站；当全网平衡温度升高时，则表明热源热负荷增大，需要增大各换热站调节阀开度，保证安全运行，保证热量均匀分到每个换热站；当全网平衡温度降低时，则表明热源热负荷减小，需要减小各换热站调节阀开度；保证安全运行，保证热量均匀分到每个换热站；当全网平衡温度异常波动时，则表明热源热负荷异常波动，需要停止调节各换热站调节阀开度，保证安全运行。
如图2所示，本发明还公开了一种供热全网平衡自寻优控制系统，所述控制系统包括分别与远程智能终端8相连的测温终端、第一无线压力传感器3、第二无线压力传感器5和调节阀6，所述测温终端包括第一测温终端1、第二测温终端7、第三测温终端2和第四测温终端4，所述第一测温终端1设于二网的供水管路上，所述第二测温终端7设于二网的回水管路上，所述第三测温终端2设于一网的供水管路上，所述第四测温终端4设于一网的回水管路上，所述第一无线压力传感器3设于一网的供水管路上，所述第二无线压力传感器5设于一网的回水管路上，所述调节阀5设于一网的管路上。
在本实施例中，如图3所示，所述第一测温终端1、第二测温终端7、第三测温终端2和第四测温终端4均包括：
温度采集模块9，用于采集当前环境的温度，并将采集的温度发送给无线信号收发模块10；
无线信号收发模块10，用于将所述采集的环境温度发送给远程智能终端8并接收远程智能终端8发射的控制信号；
防抖动模块11，用于监测所述测温终端的振动情况，当所述测温终端的振动值超过其内设定的振动阈值时，向远程智能终端8发送第一报警信号；
定位模块12，用于将所述测温终端的位置信息发送给远程智能终端8；
电池供电模块13，用于给温度采集模块9、无线信号收发模块10、防抖动模块11和定位模块12提供电源。
在本实施例中，还包括与电池供电模块13相连的温度报警模块14，用于计算温度的变化速率，当计算得到的温度的变化速率超过温度报警模块14内设定的温度变化速率阈值时，向远程智能终端8发送第二报警信号。
在本实施例中，还包括与电池供电模块13相连的显示模块15，用于显示采集的环境温度、电源电量、万历年以及无线信号状态。具体的，所述显示模块15采用LCD显示屏。
在本实施例中，还包括与电池供电模块13相连的信号时间同步模块16，用于矫正所述万年历。
在本实施例中，还包括与电池供电模块13相连的时钟控制模块17，用于基于所述万年历控制所述无线信号收发模块10发射信号的时间和频率。
在本实施例中，还包括与电池供电模块13相连的充电模块18，用于给电池充电。
在本实施例中，所述远程智能终端8包括电脑、平板或手机。
在本实施例中，所述无线信号包括GPRS信号、北斗信号、3G信号或4G信号。
对于测温终端，在具体使用时，温度采集模块9实时采集当前环境的温度，并通过无线信号收发模块10将温度传送给远程智能终端8，管理者在远程智能终端8根据定位模块12发送来的定位信息得知当地目前以及未来某段时间的气象信息，根据这些气象信息做出判断，然后通过时钟控制模块17设定合适的温度信号发送时间和发送频率。信号时间同步模块16每隔一定的时间进行万历年的矫正，保证其与网络中的万历年一致，进而保证了温度信号发送的精度。在远程智能终端8，管理者可通过合适的软件记录这些热网平衡终端发送来的温度信息，制成规范的表格，便于以后的查找。本发明测温终端在使用的过程中一旦出现被移动时，其内设置的防抖动模块11便会向远程智能终端8发送第一报警信号，远程智能终端8的管理者通过所述测温终端内设定的定位模块12便可以通知相应的工程师去现场进行查看和调试。另外，本发明所述测温终端内设有的温度报警模块14会实时的监测采集的温度的变化速率，当所述变化速率超过设定的温度变化速率阈值时，温度报警模块14会向远程智能终端8发送第二报警信号，便于工程师前去查看。
本发明所述控制系统的具体调节步骤对应本发明的所述控制方法，这里不再赘述。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.供热全网平衡自寻优控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、数据采集: 采集各换热站环路上的二网供水温度、二网回水温度、调节阀开度和换热站供热面积，采集热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度和热源的回水温度；
S2、数据处理：依据如下公式计算出各换热站供热面积总和、各换热站供热面积权重、各换热站供回水平均温度和全网平均温度，
Mz= M1+ M2………………Mn（2-1）
Un=Mn/Mz（2-2）
TPn=（Tgn+Thn)/2（2-3）
Tz=（TP1+Td1） *U1+（TP2+Td2）*U2+…………（TPn+Tdn）*Un（2-4）
式中：Mn为各换热站供热面积，Un为各换热站供热面积权重，Mz为各换热站供热面积总和，Tgn为各换热站供水温度，Thn为各换热站回水温度，Tpn为各换热站供回水平均温度，Tz为全网平均温度，Tdn为采暖与地热补偿差值；
S3、分析比较：对步骤S1采集的数据参数和步骤S2得出的数据结果进行分析比较，并依据如下公式计算出各换热站理论供回水平均温度和各换热站理论供水温度，
Tpzn=Tz+Xn+Xz-Tdn（3-1）
Tgzn=Tgn+Tz-Tpn+Xn（3-2）
其中，Tpzn为各换热站理论供回水平均温度，Tgzn为各换热站理论供水温度，Xn为单站温度手动修正值，Xz为全网温度理论修正值；
S4、调节控制：根据步骤S2得出的全网平均温度、各换热站供回水平均温度以及步骤S3得出的各换热站理论供回水平均温度和各换热站理论供水温度在保证热源的供水压力、热源的回水压力、热源的供水温度和热源的回水温度不超过保护设定值的前提下控制调节阀开度，当全网平均温度高于换热站供回水平均温度时，调小对应换热站一网管路上的调节阀，当全网平均温度低于换热站平均温度时，调大对应换热站一网管路上的调节阀，当全网平均温度等于换热站平均温度时，对应换热站一网管路上的调节阀不动作，上述调节动作至各换热站平均温度均与计算得到的全网平均温度一致时停止。
2.供热全网平衡自寻优控制系统，其特征在于，所述控制系统包括分别与远程智能终端相连的测温终端、第一无线压力传感器、第二无线压力传感器和调节阀，所述测温终端包括第一测温终端、第二测温终端、第三测温终端和第四测温终端，所述第一测温终端设于二网的供水管路上，所述第二测温终端设于二网的回水管路上，所述第三测温终端设于一网的供水管路上，所述第四测温终端设于一网的回水管路上，所述第一无线压力传感器设于一网的供水管路上，所述第二无线压力传感器设于一网的回水管路上，所述调节阀设于一网的管路上。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述第一测温终端、第二测温终端、第三测温终端和第四测温终端均包括：
温度采集模块，用于采集当前环境的温度，并将采集的温度发送给无线信号收发模块；
无线信号收发模块，用于将所述采集的环境温度发送给远程智能终端并接收远程智能终端发射的控制信号；
防抖动模块，用于监测所述测温终端的振动情况，当所述测温终端的振动值超过其内设定的振动阈值时，向远程智能终端发送第一报警信号；
定位模块，用于将所述测温终端的位置信息发送给远程智能终端；
电池供电模块，用于给温度采集模块、无线信号收发模块、防抖动模块和定位模块提供电源。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，还包括与电池供电模块相连的温度报警模块，用于计算温度的变化速率，当计算得到的温度的变化速率超过温度报警模块内设定的温度变化速率阈值时，向远程智能终端发送第二报警信号。
5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，还包括与电池供电模块相连的显示模块，用于显示采集的环境温度、电源电量、万历年以及无线信号状态。
6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，还包括与电池供电模块相连的信号时间同步模块，用于矫正所述万年历。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，还包括与电池供电模块相连的时钟控制模块，用于基于所述万年历控制所述无线信号收发模块发射信号的时间和频率。
8.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，还包括与电池供电模块相连的充电模块，用于给电池充电。
9.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述远程智能终端包括电脑、平板或手机。
10.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述无线信号包括GPRS信号、北斗信号、3G信号或4G信号。
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