CN109282352A - 用于换热站组的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换热站组的控制方法，换热站组包括上级换热站及数个下级换热站，每个下级换热站由各自PID控制规则一调整，控制方法包括：步骤1，实时检测上级换热站的供热侧反馈水温，持续确定其供热侧反馈水温与供热侧期望水温之间的误差；步骤2，根据误差通过PID控制规则二持续调整上级换热站的吸热侧控制阀的开度；步骤3，每当满足预设的开始条件时，根据各个下级换热站的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀的开度选择性调整步骤1中的供热侧期望水温，以使得各个下级换热站的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀的开度持续处于各自对应的预期范围内，以在保证用户满意的情况下降低人工干预，提高热能的合理利用，降低集中供热系统的运营成本。

Description

用于换热站组的控制方法

技术领域

本发明属于集中供热系统的技术领域，具体涉及一种用于换热站组的控制方法。

背景技术

近几年，我国城市集中供热规模逐年扩大，为了实现对集中供热系统的实时监控，提高其供热效率，降低人员运行成本，同时保证供热系统运行的安全性，对集中供热系统的管理及自动化水平的要求逐年提高。

现有的集中供热系统包括换热站组，该换热站组包括连接热源站的上级换热站(例如一级换热站)和与上级换热站相连的数个下级换热站(例如二级换热站)。本申请的发明人费尽心思地发现，虽然利用PID控制规则调整下级换热站的供热侧出水温度的已有技术比较成熟，但利用PID控制规则调整上级换热站的供热侧出水温度的已有技术仍有欠缺，如何改善上级换热站的控制乃是现如今亟需解决的一大问题。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的是提供一种用于换热站组的控制方法，在保证用户满意的情况下降低人工干预，提高热能的合理利用，降低集中供热系统的运营成本。

本发明提供了一种换热站组的控制方法，换热站组包括上级换热站及与上级换热站相连的数个下级换热站，每个下级换热站根据其供热侧反馈水温与供热侧期望水温之间的偏差通过PID控制规则一调整其吸热侧控制阀的开度，该控制方法包括：步骤1，实时检测上级换热站的供热侧反馈水温，并持续确定其所述供热侧反馈水温与供热侧期望水温之间的误差；步骤2，根据误差通过PID控制规则二来持续调整上级换热站的吸热侧控制阀的开度；步骤3，每当满足预设的开始条件时，根据各个下级换热站的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀的开度选择性调整步骤1中的供热侧期望水温，以使得各个下级换热站的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀的开度持续处于各自对应的预期范围内。

进一步地，所述步骤3具体包括：

步骤301，每当满足预设的开始条件时，确定每个下级换热站的供热侧反馈水温与供热侧预期水温之间的温差，并判断每温差是否都不大于预设的温差容许值，且持续时间超过预定时间；

步骤302，若步骤301的判断结果为是，则判断各下级换热站的吸热侧控制阀的开度是否都在预设的开度准许范围内；

步骤303，若步骤302的判断结果为否，则按照第一调温规则调整步骤在1中的供热侧期望水温；

步骤304，若步骤302的判断结果为是，则不调温规则调整步骤在1中的供热侧期望水温。

进一步地，所述第一调温规则为：

L_新＝L_旧+Z

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Z为第一调整值，单位为℃，以负荷最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的供热侧控制阀的开度在开度与第一调整值的预设关系中选择对应的第一调整值；

进一步地，所述开度准许范围为75％～85％，所述的开度与第一调整值的预设关系包括：

当所述调整对象的供热侧控制阀的开度未超过60％时，所述第一调整值Z为-3～-2℃中的一个选定值；

当所述调整对象的供热侧控制阀的开度超过60％而不足75％时，所述第一调整值Z为-1.5～-0.5℃中的一个选定值；

当所述调整对象的供热侧控制阀的开度超过85％而未超过100％时，所述第一调整值Z为0.5～1.5℃中的一个选定值。

进一步地，所述步骤3进一步包括：

步骤305，若步骤301的判断结果为否，则以所述温差最大的下级换热站作为调整对象，则判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于供热侧反馈水温；

步骤306，若步骤305的判断结果为是，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的开度是否已达到最高极限值；

步骤307，若步骤306的判断结果为是，则按照第二调温规则提高步骤1中的供热侧期望水温。

进一步地，所述步骤3进一步包括：

步骤305，若步骤301的判断结果为否，则以所述温差最大的下级换热站作为调整对象，根据预设的断温条件判断该调整对象的供热侧反馈水温是否合理；

步骤306，若步骤305的判断结果为否，则断定用于检测该调整对象的供热侧预期水温的温度传感器发生故障；

步骤307，若步骤305的判断结果为是，则判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于供热侧反馈水温；

步骤308，若步骤307的判断结果为是，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的工作状态；

步骤309，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度近似不变且未达到预设的最高极限值，则断定该调整对象的吸热侧控制阀发生故障；

步骤310，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度已达到最高极限值，则按照第二调温规则提高步骤1中的供热侧期望水温；

步骤311，若步骤307的判断结果为否，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的工作状态；

步骤312，若步骤311的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度未高于预设的最低极限值，则断定用于检测该调整对象的供热侧预期水温的温度传感器发生故障；

步骤313，若步骤311的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度近似不变且高于所述最低极限值，则断定该调整对象的吸热侧控制阀发生故障。

进一步地，所述第二调温规则为：

L_新＝L_旧+Y

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Y为第二调整值，以所述温差最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的温差从温差与第二调整值的预设关系中选择对应的第一调整值。

进一步地，所述温差容许值为2℃，所述温差与第二调整值的预设关系包括：

当所述调整对象的温差超过20℃时，第二调整值3～4℃中的一个选定值；

当所述调整对象的温差超过10℃而未超过20℃时，第二调整值2～3℃中的一个选定值；

当所述调整对象的温差超过5℃而未超过10℃时，第二调整值1～2℃中的一个选定值；

当所述调整对象的温差超过2℃而未超过5℃时，第二调整值0.5～1℃中的一个选定值。

进一步地，所述步骤304和步骤310进一步包括通过一次性重启时间的计算式计算所述一次性重启时间T，其中该计算式为：

其中，S为上级换热站与所述调整对象之间的管道长度，单位为m；V为流体在调整对象之间的设计流速，单位为m/s；U为时间修正系数，单位为s；

所述开始条件包括第一次开始条件及后续次开始条件；其中，所述第一次开始条件为所述误差在规定时间内未超出误差准许值；所述后续次开始条件为所述步骤304和步骤310中的一个已计算出一次性重启时间T且已经过一个一次性重启时间T。

进一步地，所述PID控制规则二的传递函数均为：

其中，u为上级换热站的吸热侧控制阀的开度；e为所述误差；K_P为比例系数；T_I为积分时间常量；T_D为微分时间常量；u₀为控制常量；t为时间，单位为s。

根据本发明的换热站组的控制方法，其上级换热站的供热程度响应于各个下级换热站的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀的开度，并保证各个下级换热站的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀的开度持续处于各自对应的预期范围内，由此可以在保证用户满意的情况下大幅度降低人工干预的强度，有效提高热能的合理利用程度，降低集中供热系统的运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1显示了现有技术中的换热站组的结构示意图；

图2为根据本发明实施例一的用于换热站组的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1显示了现有技术中的换热站组的结构示意图。如图1所示，该换热站组100属于集中供热系统的核心部分之一，具体包括上级换热站10及与该上级换热站10相连的数个(≥2个)下级换热站20，以及与上级换热站10及下级换热站20电连接且用于运行各个PID控制规则的控制系统(含PID控制器)。其中，上级换热站10包括间壁式换热装置103。间壁式换热装置103包括吸热侧进口103a和吸热侧出口103b，以及供热侧出口103c和供热侧进口103d。其中，吸热侧进口103a和吸热侧出口103b通常用于连接热源站以吸收其所提供的热能，比如直接连接热电厂或锅炉等。供热侧出口103c和供热侧进口103d通常用以连接下级换热站20以向其提供热能。同时，该上级换热站10还包括设置在吸热侧进口103a所在处或其附近的吸热侧控制阀101(优选为电磁阀)，主要用于控制流体流速及压力，并能调整上级换热站10的供热侧出水温度。此外，该上级换热站10还包括设置在供热侧出口103c所在处或其附近的温度传感器102，以用于检测上级换热站10的供热侧出水温度。优选地，该温度传感器102包含铂热电阻，以通过铂热电阻实现温度检测。

各个下级换热站20的级别相同，并且与上级换热站10的连接关系亦是相同的。每个下级换热站20包括间壁式换热装置203。该间壁式换热装置203包括吸热侧进口203a和吸热侧出口203b，以及供热侧出口203c和供热侧进口203d。其中，吸热侧进口203a和吸热侧出口203b分别连接上级换热站10的供热侧出口103c和供热侧进口103d，使得下级换热站20能够顺利接收上级换热站10所提供的热能；而供热侧出口203c和供热侧进口203d用于连接用户散热器或再低一级的换热站，以向其提供热能。同时，该下级换热站10还包括设置在吸热侧进口203a所在处或其附近的吸热侧控制阀201，主要用于控制流体流速及压力并能调整下级换热站20的供热侧出水温度。此外，该下级换热站20还包括设置在供热侧出口203c所在处或其附近的温度传感器202，以用于检测下级换热站20的供热侧出水温度。优选地，该温度传感器202包含铂热电阻，以通过铂热电阻实现温度检测。

每个下级换热站20根据其供热侧反馈水温与供热侧期望水温之间的偏差通过PID控制规则一调整其吸热侧控制阀的开度。具体地，下级换热站20的控制方法具体包括：实时检测该下级换热站20的供热侧反馈水温，并持续确定其供热侧反馈水温与供热侧期望水温的偏差；根据偏差差通过PID控制规则一来调整其吸热侧控制阀201的开度，以使得下级换热站20能够平稳、安全地向需热目标提供充足的热能。其中，偏差＝供热侧反馈水温-供热侧期望水温。该供热侧反馈水温为温度传感器202的检测结果，单位为℃；而供热侧期望水温则为预设的阈值，单位为℃，该阈值根据需热目标的所需来设定，通过计算或实验得知。其中，每个下级换热站20所用的PID控制规则一皆相同，且属于本领域的常规手段，为了节约篇幅起见不再赘述。

实施例一

为了使换热站组中上下级换热站更协调的工作，本实施例一提供了一种该换热站组的控制方法，根据下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度适时调整上级换热站10的供热侧期望水温，使上级换热站10的供热程度应和各个下级换热站20的合理变化，以便该换热站组在保证用户满意的情况下大幅度降低人工干预的强度，有效提高能源的合理利用程度，降低换热站组的运营成本。

如图2所示，该控制方法具体包括如下步骤：

步骤S1，实时检测上级换热站10的供热侧反馈水温，并持续确定其供热侧反馈水温与供热侧期望水温的误差。该误差＝供热侧反馈水温-供热侧期望水温，单位为℃。其中，供热侧反馈水温为温度传感器102的检测结果。而供热侧期望水温的初始值根据各个下级换热站20所需的热能总和来设定，属于本领域技术人员的常规手段，具体可通过实验或理论计算取得。为了更合理地调整，供热侧期望水温的后续值随后续调整而变，详见下文。

步骤2，根据各个误差通过PID控制规则二来持续调整上级换热站的吸热侧控制阀101的开度。其中PID控制规则二的传递函数为：

其中，u为上级换热站10的吸热侧控制阀101的开度，表示形式为开口比例系数；e为上述误差；K_P为比例增益；T_I为积分时间，单位为s；T_D为微分时间，单位为s；u₀为控制常量，预设的百分比；t为时间，单位为s。一般情况下，比例增益K_P、积分时间T_I、微分时间T_D、控制常量u₀均可为预设的数值，通常由计算或实验获得。需要说明的是，微分时间T_D和控制常量u₀既可选为零也可选为非零，本领域技术人员应根据具体需要进行选取。

步骤3，每当满足预设的开始条件时，根据各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度选择性调整步骤1中的供热侧期望水温，直至各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度都处于各自对应的预期范围内停止。

本实施例一根据下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度选择性调整上级换热站10的供热侧期望水温，若各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度未都处于各自对应的预期范围内，则调整上级换热站10的供热侧期望水温，使得PID控制规则二和PID控制规则一全部响应于该供热侧期望水温的变化，进而使二者重新恢复预设的稳态，即向PID控制规则一内输入的偏差在持续时间(例如30s或10min)内未超出偏差准许值(例如2℃)，而向PID控制规则二内输入的误差在持续时间(例如30s或10min)内未超出误差准许值(例如2℃)。其中，PID控制规则一在恢复稳态期间不得不更改下级换热站20的吸热侧控制阀201的开度，一方面使该级换热站20的吸热侧控制阀201的开度逐渐靠近或处于一个预期范围内，比如75％～85％，另一方面将下级换热站20的供热侧反馈水处于另一个预期范围内，即该预期范围为供热侧期望水温～供热侧期望水温+偏差准许值(优选为2℃)。若各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度仍未处于各自对应的预期范围内，则继续根据下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度调整上级换热站10的供热侧期望水温，直至各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度持续处于各自对应的预期范围内为止。

也就是说，上级换热站10的供热程度响应于各个下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度，并保证各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度持续处于各自对应的预期范围内，由此可以在保证用户满意的情况下大幅度降低人工干预的强度，有效提高热能的合理利用程度，降低换热站组的运营成本。

下面针对该步骤3的各个子步骤进行详述说明，即步骤3具体包括如下步骤：

步骤301，每当满足预设的开始条件时，确定每个下级换热站20的供热侧反馈水温与供热侧预期水温的温差，并判断每温差是否都不大于预设的温差容许值，且持续时间超过预定时间。其中，温差容许值通常为1℃～5℃中的一个选定值，但在本实施例优选为2℃，以使得下级换热站的供热侧反馈水温及其接近供热侧预期水温。而预定时间通常为30s、30min或1h。

在本实施中，上述开始条件包括第一次开始条件及后续次开始条件。其中，第一次开始条件为误差在规定时间内均未超出误差准许值，例如误差在30s内均未超出2℃；而后续次开始条件为下文步骤304和步骤310中的一个已计算出一次性重启时间T且已经过一个一次性重启时间T。但在另一个实施例中，上述开始条件包括第一次开始条件及后续次开始条件，其中第一次开始条件为误差已在规定时间内均未超出误差准许值，例如误差在30s内均未超出2℃；而后续次开始条件为所有偏差已在规定时间内均未超出偏差准许值，例如它们在30s内均未超出2℃。但在其他的实施例中，该开始条件直接选为足以保证各个PID控制规则都能在该时间内达到稳态的周期(例如2h或24h)，以便每经过一个周期就开始执行一次步骤3。

步骤302，若步骤301的判断结果为是，则判断各下级换热站20的吸热侧控制阀201的开度是否都在预设的开度准许范围内。其中，开度准许范围优选为75％～85％，保证吸热侧控制阀201能够稳定地向需热目标提供预期的热能。

步骤303，若步骤302的判断结果为否，则按照第一调温规则调整步骤在1中的供热侧期望水温，并按照一次性重启时间的计算式计算一次性重启时间T。若步骤302的判断结果为否，则代表全部或部分下级换热站20的吸热侧控制阀201的开度未处在开度准许范围内。需要注意的是，如果开始条件不需要依靠一次性重启时间T，则本步骤也可不包括“按照一次性重启时间的计算式计算一次性重启时间T”这一特征。

在本实施例中，第一调温规则为：

L_新＝L_旧+Z

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Z为第一调整值，单位为℃，以负荷最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的供热侧控制阀的开度在开度与第一调整值的预设关系中选择对应的第一调整值。其中，所谓的开度与第一调整值的预设关系包括：当调整对象的供热侧控制阀的开度未超过60％时，第一调整值Z为-3～-2℃中的一个选定值，例如-3℃、-2.5℃或-2℃；当调整对象的供热侧控制阀的开度超过60％而不足75％时，第一调整值Z为-1.5～-0.5℃中的一个选定值，例如-1.5℃、-1℃或-0.5℃；当调整对象的供热侧控制阀的开度超过85％而未超过100％时，第一调整值Z为0.5～1.5℃中的一个选定值，例如0.5℃、1℃或1.5℃。通过大量实验验证，本实施例所用的预设关系能够达到非常理想的结果，即进一步提高热能的合理利用程度，并进一步降低换热站组的运营成本。

在本实施例中，一次性重启时间T的计算式为：

其中，S为上级换热站与调整对象之间的管道长度，单位为m；V为流体在调整对象之间的设计流速，单位为m/s；U为时间修正系数，单位为s。其中，调整对象为负荷最大的下级换热站。上述设计流速一般为1～2m/s，优选为2m/s。而时间修正系数通常为经验值或计算值，一般为300～600s，优选为500s。其中，调整对象为负荷最大的下级换热站。

步骤304，若步骤302的判断结果为是，则不调温规则调整步骤1中的供热侧期望水温。由于各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度在预定时间内处于各自对应的预期范围内，因此没有必要再调整步骤1中的供热侧期望水温。

步骤305，步骤301的判断结果为否，则以温差最大的下级换热站作为调整对象，判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于其供热侧反馈水温。

步骤306，步骤305的判断结果为是，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的开度是否已达到最高极限值。其中，所谓的最高极限值是指该吸热侧控制阀在实际工作中所能达到的最大开度，通常为设定阈值，例如设置为97％、98％、99％或100％。

步骤307，步骤306的判断结果为是，则按照第二调温规则提高步骤1中的供热侧期望水温，并按照一次性重启时间的计算式计算一次性重启时间T。若步骤306的判断结果为是，则代表着该调整对象的吸热侧控制阀的开度已达到最大开度，但仍无法使其供热侧反馈水温和供热侧期望水温近似相等，这说明调整对象所获得的热能不足，需要上级换热站10增加单位时间内输出的热能，因此提高步骤1中的供热侧期望水温可以使上级换热站10增加单位时间内输出的热能。

在本实施例中，第二调温规则为：

L_新＝L_旧+Y

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Y为第二调整值，以温差最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的温差从温差与第二调整值的预设关系中选择对应的第二调整值。其中，所述的温差与第二调整值的预设关系包括：当调整对象的温差超过(＞)20℃时，第二调整值为3～4℃中的一个选定值，例如3、3.5或4；当调整对象的温差超过10℃而未超过20℃(≤)时，第二调整值为2～3℃中的一个选定值，例如2、2.5或3；当调整对象的温差超过5℃而未超过10℃时，第二调整值为1～2℃中的一个选定值，例如1、1.5或2；当调整对象的温差超过2℃而未超过5℃时，第二调整值为0.5～1℃中的一个选定值，例如0.5、0.75或1。通过大量实验验证，本实施例所用的预设关系能够达到非常理想的结果，即进一步提高热能的合理利用程度，并进一步降低换热站组的运营成本。

在本实施例中，一次性重启时间T的计算式为：

其中，S为上级换热站与调整对象之间的管道长度，单位为m；V为流体在调整对象之间的设计流速，单位为m/s；U为时间修正系数，单位为s。其中，调整对象为负荷最大的下级换热站。上述设计流速一般为1～2m/s，优选为2m/s。而时间修正系数通常为经验值或计算值，一般为300～600s，优选为500s。

实施例二

为了使换热站组中上下级换热站更协调的工作，本实施例一提供了一种该换热站组的控制方法，根据下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度适时调整上级换热站10的供热侧期望水温，使上级换热站10的供热程度应和各个下级换热站20的合理变化，以便该换热站组在保证用户满意的情况下大幅度降低人工干预的强度，有效提高能源的合理利用程度，降低换热站组的运营成本。

该控制方法具体包括如下步骤：

步骤S1，实时检测上级换热站10的供热侧反馈水温，并持续确定其供热侧反馈水温与供热侧期望水温的误差。该误差＝供热侧反馈水温-供热侧期望水温，单位为℃。其中，供热侧反馈水温为温度传感器102的检测结果。而供热侧期望水温的初始值根据各个下级换热站20所需的热能总和来设定，属于本领域技术人员的常规手段，具体可通过实验或理论计算取得。为了更合理地调整，供热侧期望水温的后续值随后续调整而变，详见下文。

步骤2，根据各个误差通过PID控制规则二来持续调整上级换热站的吸热侧控制阀101的开度。其中PID控制规则二的传递函数为：

其中，u为上级换热站10的吸热侧控制阀101的开度，表示形式为开口比例系数；e为上述误差；K_P为比例增益；T_I为积分时间，单位为s；T_D为微分时间，单位为s；u₀为控制常量，预设的百分比；t为时间，单位为s。一般情况下，比例增益K_P、积分时间T_I、微分时间T_D、控制常量u₀均可为预设的数值，通常由计算或实验获得。需要说明的是，微分时间T_D和控制常量u₀既可选为零也可选为非零，本领域技术人员应根据具体需要进行选取。

步骤3，每当满足预设的开始条件时，根据各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度选择性调整步骤1中的供热侧期望水温，直至各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度处于各自对应的预期范围内停止。

本实施例一根据下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度选择性调整上级换热站10的供热侧期望水温，若各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度未都处于各自对应的预期范围内，则调整上级换热站10的供热侧期望水温，使得PID控制规则二和PID控制规则一全部响应于该供热侧期望水温的变化，进而使二者重新恢复预设的稳态，即向PID控制规则一内输入的偏差在持续时间(例如30s或10min)内未超出偏差准许值(例如2℃)，而向PID控制规则二内输入的误差在持续时间(例如30s或10min)内未超出误差准许值(例如2℃)。其中，PID控制规则一在恢复稳态期间不得以更改下级换热站20的吸热侧控制阀201的开度，一方面使该级换热站20的吸热侧控制阀201的开度逐渐靠近或处于一个预期范围内，比如75％～85％，另一方面将下级换热站20的供热侧反馈水处于另一个预期范围内，即该预期范围为供热侧期望水温～供热侧期望水温+偏差准许值(优选为2℃)。若各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度仍未处于各自对应的预期范围内，则继续根据下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度调整上级换热站10的供热侧期望水温，直至各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度持续处于各自对应的预期范围内为止。

也就是说，上级换热站10的供热程度响应于各个下级换热站20的供热侧反馈水温及吸热侧控制阀201的开度，并保证各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度持续处于各自对应的预期范围内，由此可以在保证用户满意的情况下大幅度降低人工干预的强度，有效提高热能的合理利用程度，降低换热站组的运营成本。

下面针对该步骤3的各个子步骤进行详述说明，即步骤3具体包括如下步骤：

步骤301，每当满足预设的开始条件时，确定每个下级换热站20的供热侧反馈水温与供热侧预期水温的温差，并判断每温差是否都不大于预设的温差容许值，且持续时间超过预定时间。其中，温差容许值通常为1℃～5℃中的一个选定值，但在本实施例优选为2℃，以使得下级换热站的供热侧反馈水温及其接近供热侧预期水温。而预定时间通常为30s、30min或1h。

在本实施中，上述开始条件包括第一次开始条件及后续次开始条件。其中，第一次开始条件为误差在规定时间内均未超出误差准许值，例如误差在30s内均未超出2℃；而后续次开始条件为步骤304和步骤310中的一个已计算出一次性重启时间T且已经过一个一次性重启时间T。但在另一个实施例中，上述开始条件包括第一次开始条件及后续次开始条件，其中第一次开始条件为误差已在规定时间内均未超出误差准许值，例如误差在30s内均未超出2℃；而后续次开始条件为所有偏差已在规定时间内均未超出偏差准许值，例如它们在30s内均未超出2℃。但在其他的实施例中，该开始条件直接选为足以保证各个PID控制规则都能在该时间内达到稳态的周期(例如2h或24h)，以便每经过一个周期就开始执行一次步骤3。

步骤302，若步骤301的判断结果为是，则判断各下级换热站20的吸热侧控制阀201的开度是否都在预设的开度准许范围内。其中，开度准许范围优选为75％～85％，保证吸热侧控制阀201能够稳定地向需热目标提供预期的热能。

步骤303，若步骤302的判断结果为否，则按照第一调温规则调整步骤在1中的供热侧期望水温，并按照一次性重启时间的计算式计算一次性重启时间T。

在本实施例中，第一调温规则为：

L_新＝L_旧+Z

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Z为第一调整值，单位为℃，以负荷最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的供热侧控制阀的开度在开度与第一调整值的预设关系中选择对应的第一调整值。其中，所谓的开度与第一调整值的预设关系包括：当调整对象的供热侧控制阀的开度未超过(≤)60％时，第一调整值Z为-3～-2℃中的一个选定值，例如-3℃、-2.5℃或-2℃；当调整对象的供热侧控制阀的开度超过(＞)60％而不足(＜)75％时，第一调整值Z为-1.5～-0.5℃中的一个选定值，例如-1.5℃、-1℃或-0.5℃；当调整对象的供热侧控制阀的开度超过85％而未超过100％时，第一调整值Z为0.5～1.5℃中的一个选定值，例如0.5℃、1℃或1.5℃。通过大量实验验证，本实施例所用的预设关系能够达到非常理想的结果，即进一步提高热能的合理利用程度，并进一步降低换热站组的运营成本。

在本实施例中，一次性重启时间T的计算式为：

其中，S为上级换热站与调整对象之间的管道长度，单位为m；V为流体在调整对象之间的设计流速，单位为m/s；U为时间修正系数，单位为s。其中，调整对象为负荷最大的下级换热站。其中，调整对象为负荷最大的下级换热站。上述设计流速一般为1～2m/s，优选为2m/s。而时间修正系数通常为经验值或计算值，一般为300～600s，优选为500s。

步骤304，若步骤302的判断结果为是，则不调温规则调整步骤1中的供热侧期望水温。由于各个下级换热站20的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀201的开度在预定时间内处于各自对应的预期范围内，因此没有必要再调整步骤1中的供热侧期望水温。

步骤305，若步骤301的判断结果为否，则以温差最大的下级换热站作为调整对象，根据预设的断温条件判断该调整对象的供热侧反馈水温是否合理。其中，断温条件包含该调整对象的供热侧反馈水温是否处于0～100℃。优选地，断温条件为该调整对象的供热侧反馈水温是否处于0～80℃。

步骤306，若步骤305的判断结果为否，则断定用于检测该调整对象的供热侧预期水温的温度传感器发生故障。如果步骤305的判断结果为否，则意味着供热侧反馈水温不合理，那么该温度传感器极有可能产生故障，故需要提醒维修人员进行检修或更换。

步骤307，若步骤305的判断结果为是，则判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于供热侧反馈水温。如果步骤305的判断结果为是，则意味着供热侧反馈水温合理，那么该温度传感器是否故障暂无法确认，故需要判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于其供热侧反馈水温。

步骤308，若步骤307的判断结果为是，则判断该调整对象的吸热侧控制阀201的工作状态。如果步骤307的判断结果为是，则意味着调整对象的供热未达到预期标准，但不确定是由该吸热侧控制阀201的故障所导致的，还是由上级换热站10供热不足所导致，所以需要继续判断该调整对象的吸热侧控制阀201的工作状态，以查询的具体原因。

步骤309，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀201的开度近似不变(变动范围＜1.5°)且未达到(＜)预设的最高极限值，则断定该调整对象的吸热侧控制阀发生故障。其中，所谓的最高极限值是指该吸热侧控制阀在实际工作中所能达到的最大开度，通常为设定阈值，例如设置为97％、98％、99％或100％。

步骤310，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度已达到(≥)最高极限值，则按照第二调温规则提高步骤1中的供热侧期望水温，并按照一次性重启时间的计算式计算一次性重启时间T。其中，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度已达到(≥)最高极限值，则代表着该调整对象的吸热侧控制阀的开度已达到最大开度，但仍无法使其供热侧反馈水温和供热侧期望水温近似相等，这说明调整对象所获得的热能不足，需要上级换热站10增加单位时间内输出的热能，因此提高步骤1中的供热侧期望水温以使上级换热站10增加单位时间内输出的热能。

在本实施例中，第二调温规则为：

L_新＝L_旧+Y

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Y为第二调整值，以温差最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的温差从温差与第二调整值的预设关系中选择对应的第二调整值。其中，的温差与第二调整值的预设关系包括：当调整对象的温差超过(＞)20℃时，第二调整值为3～4℃中的一个选定值，例如3、3.5或4；当调整对象的温差超过10℃而未超过(≤)20℃时，第二调整值为2～3℃中的一个选定值，例如2、2.5或3；当调整对象的温差超过5℃而未超过10℃时，第二调整值为1～2℃中的一个选定值，例如1、1.5或2；当调整对象的温差超过2℃而未超过5℃时，第二调整值为0.5～1℃中的一个选定值，例如0.5、0.75或1。通过大量实验验证，本实施例所用的预设关系能够达到非常理想的结果，即进一步提高热能的合理利用程度，并进一步降低换热站组的运营成本。

在本实施例中，一次性重启时间T的计算式为：

其中，S为上级换热站与调整对象之间的管道长度，单位为m；V为流体在调整对象之间的设计流速，单位为m/s；U为时间修正系数，单位为s。其中，调整对象为负荷最大的下级换热站。所谓的调整对象为温差最大的下级换热站。上述设计流速一般为1～2m/s，优选为2m/s。而时间修正系数通常为经验值或计算值，一般为300～600s，优选为500s。

步骤311，若步骤307的判断结果为否，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的工作状态。如果步骤307的判断结果为是，则意味着调整对象的供热已达到预期标准，所以根据该调整对象的吸热侧控制阀的工作状态查明吸热侧控制阀发送故障还是温度传感器发生故障。

步骤312，若步骤311的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度未高于(≤)预设的最低极限值，则断定用于检测该调整对象的供热侧预期水温的温度传感器发生故障。最低极限值是指该吸热侧控制阀在实际工作中所能达到的最低开度，通常也为设定阈值，例如设置为1％、2％或3％。

步骤313，若步骤311的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度近似不变且高于(＞)所述最低极限值，则断定该调整对象的吸热侧控制阀发生故障。

需要说明的是：术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；对于PID控制规则一和PID控制规则二而言，其中“一”、“二”也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种换热站组的控制方法，所述换热站组包括上级换热站及与上级换热站相连的数个下级换热站，每个下级换热站根据其供热侧反馈水温与供热侧期望水温之间的偏差通过PID控制规则一调整其吸热侧控制阀的开度，其特征在于，包括：

步骤1，实时检测上级换热站的供热侧反馈水温，并持续确定其所述供热侧反馈水温与供热侧期望水温之间的误差；

步骤2，根据误差通过PID控制规则二来持续调整上级换热站的吸热侧控制阀的开度；

步骤3，每当满足预设的开始条件时，根据各个下级换热站的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀的开度选择性调整步骤1中的供热侧期望水温，以使得各个下级换热站的供热侧反馈水温及其吸热侧控制阀的开度持续处于各自对应的预期范围内。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤301，每当满足预设的开始条件时，确定每个下级换热站的供热侧反馈水温与供热侧预期水温之间的温差，并判断每温差是否都不大于预设的温差容许值，且持续时间超过预定时间；

步骤302，若步骤301的判断结果为是，则判断各下级换热站的吸热侧控制阀的开度是否都在预设的开度准许范围内；

步骤303，若步骤302的判断结果为否，则按照第一调温规则调整步骤在1中的供热侧期望水温；

步骤304，若步骤302的判断结果为是，则不调温规则调整步骤在1中的供热侧期望水温。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：

所述第一调温规则为：

L_新＝L_旧+Z

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Z为第一调整值，单位为℃，以负荷最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的供热侧控制阀的开度在开度与第一调整值的预设关系中选择对应的第一调整值。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述开度准许范围为75％～85％，所述的开度与第一调整值的预设关系包括：

当所述调整对象的供热侧控制阀的开度未超过60％时，所述第一调整值Z为-3～-2℃中的一个选定值；

当所述调整对象的供热侧控制阀的开度超过60％而不足75％时，所述第一调整值Z为-1.5～-0.5℃中的一个选定值；

当所述调整对象的供热侧控制阀的开度超过85％而未超过100％时，所述第一调整值Z为0.5～1.5℃中的一个选定值。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：

步骤305，若步骤301的判断结果为否，则以所述温差最大的下级换热站作为调整对象，则判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于供热侧反馈水温；

步骤306，若步骤305的判断结果为是，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的开度是否已达到最高极限值；

步骤307，若步骤306的判断结果为是，则按照第二调温规则提高步骤1中的供热侧期望水温。

6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：

步骤305，若步骤301的判断结果为否，则以所述温差最大的下级换热站作为调整对象，根据预设的断温条件判断该调整对象的供热侧反馈水温是否合理；

步骤306，若步骤305的判断结果为否，则断定用于检测该调整对象的供热侧预期水温的温度传感器发生故障；

步骤307，若步骤305的判断结果为是，则判断该调整对象的供热侧期望水温是否大于供热侧反馈水温；

步骤308，若步骤307的判断结果为是，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的工作状态；

步骤309，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度近似不变且未达到预设的最高极限值，则断定该调整对象的吸热侧控制阀发生故障；

步骤310，若该步骤308的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度已达到最高极限值，则按照第二调温规则提高步骤1中的供热侧期望水温；

步骤311，若步骤307的判断结果为否，则判断该调整对象的吸热侧控制阀的工作状态；

步骤312，若步骤311的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度未高于预设的最低极限值，则断定用于检测该调整对象的供热侧预期水温的温度传感器发生故障；

步骤313，若步骤311的判断结果为该调整对象的吸热侧控制阀的开度近似不变且高于所述最低极限值，则断定该调整对象的吸热侧控制阀发生故障。

7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于，所述第二调温规则为：

L_新＝L_旧+Y

其中，L_新为调整后的供热侧期望水温，单位为℃；L_旧为调整前的供热侧期望水温，单位为℃；Y为第二调整值，以所述温差最大的下级换热站作为调整对象，根据该调整对象的温差从温差与第二调整值的预设关系中选择对应的第一调整值。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述温差容许值为2℃，所述温差与第二调整值的预设关系包括：

当所述调整对象的温差超过20℃时，第二调整值3～4℃中的一个选定值；

当所述调整对象的温差超过10℃而未超过20℃时，第二调整值2～3℃中的一个选定值；

当所述调整对象的温差超过5℃而未超过10℃时，第二调整值1～2℃中的一个选定值；

当所述调整对象的温差超过2℃而未超过5℃时，第二调整值0.5～1℃中的一个选定值。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤304和步骤310进一步包括通过一次性重启时间的计算式计算所述一次性重启时间T，其中该计算式为：

其中，S为上级换热站与所述调整对象之间的管道长度，单位为m；V为流体在调整对象之间的设计流速，单位为m/s；U为时间修正系数，单位为s；

所述开始条件包括第一次开始条件及后续次开始条件；其中，所述第一次开始条件为所述误差在规定时间内未超出误差准许值；所述后续次开始条件为所述步骤304和步骤310中的一个已计算出一次性重启时间T且已经过一个一次性重启时间T。

10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述PID控制规则二的传递函数均为：

其中，u为上级换热站的吸热侧控制阀的开度；e为所述误差；K_P为比例系数；T_I为积分时间常量；T_D为微分时间常量；u₀为控制常量；t为时间，单位为s。