CN110848792A - 一种供热二次网节能优化控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种供热二次网节能优化控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种供热二次网节能优化控制系统，包括安装在一次网进水侧的一次网进水侧温度传感器，用于检测一次网的进水水温；安装在一次网回水侧的一次网回水侧温度传感器，用于检测一次网的回水水温；安装在一次网和不同二次网连接处的一次网水压传感器，用于检测一次网不同位置的供水水压；在一次网回水侧和二次网进水侧之间设置有补水旁路管，补水旁路管上设置有流量调节阀；安装在二次网进水侧的二次网进水侧温度传感器；安装在二次网回水侧的二次网回水侧温度传感器；安装在一次网和不同二次网连接处的二次网水量传感器。本发明能够改进现有技术的不足，在不对二次管网进行大规模改造的前提下，实现大幅提升供热效率的目的。

Description

一种供热二次网节能优化控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及供热控制技术领域，尤其是一种供热二次网节能优化控制系统及其控制方法。
背景技术
供热管网是由一次网与二次网组成的，由于二次网的供热需求一直处于波动状态，这就导致无法实现一次网的热量供给与二次网的热量需求达到精确的平衡，而在非平衡状态下，就会出现额外的热量损失。所以，如何提高一次网与二次网配合的平衡，以实现供热效率的提升，达到节能减排的目的，成为了本领域研究的热点之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种供热二次网节能优化控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，在不对二次管网进行大规模改造的前提下，实现大幅提升供热效率的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种供热二次网节能优化控制系统，包括，
安装在一次网进水侧的一次网进水侧温度传感器，用于检测一次网的进水水温；
安装在一次网回水侧的一次网回水侧温度传感器，用于检测一次网的回水水温；
安装在一次网和不同二次网连接处的一次网水压传感器，用于检测一次网不同位置的供水水压；
在一次网回水侧和二次网进水侧之间设置有补水旁路管，补水旁路管上设置有流量调节阀；
安装在二次网进水侧的二次网进水侧温度传感器，用于检测二次网的进水水温；
安装在二次网回水侧的二次网回水侧温度传感器，用于检测二次网的回水水温；
安装在一次网和不同二次网连接处的二次网水量传感器，用于检测二次网的供水流量；
控制器，分别与一次网进水侧温度传感器、一次网回水侧温度传感器、一次网水压传感器、流量调节阀、二次网进水侧温度传感器、二次网回水侧温度传感器和二次网水量传感器通讯连接，用来调整二次网的供热效率。
一种上述的供热二次网节能优化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
供热起始，根据预先收集的供热面积数据和环境温度数据设定一次网的供热水温和供水水压；
当二次网的进水侧与回水侧水温差值大于上限阈值时，首先增加二次网的供水流量，当增加二次网供水流量后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然大于上限阈值时，开启补水旁路管直接从一次网向二次网补水，与此同时调整一次网供水水压，使一次网供水水压保持平衡，当开启补水旁路管后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然大于上限阈值时，调高一次网的进水水温；
当二次网的进水侧与回水侧水温差值小于下限阈值时，首先减小二次网的供水流量，当减小二次网供水流量后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然小于下限阈值时，降低一次网的供水水压，当降低一次网的供水水压后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然小于下限阈值时，降低一次网的进水水温。
作为优选，调整二次网的供水流量的步骤包括，
A1、建立供水流量与水温差值的线性调整模型，根据线性调整模型对供水流量进行调整；
B1、采集调整后的水温变化曲线，将水温变化曲线与环境温度曲线进行对比，建立水温变化曲线与环境温度曲线的关联函数关系；
C1、使用步骤A2得到的关联函数关系对环境温度曲线进行变换，得到水温变化修正分量，使用水温变化修正分量对步骤A1中的线性调整模型进行修正；
D1、建立水温变化修正分量集合，使用水温变化修正分量集合的历史数据建立以环境温度为自变量的水温修正预测函数，使用水温修正预测函数对步骤A1中的线性调整模型进行加权求和，得到带有预测功能的调整模型，其中水温修正预测函数的权重值与水温变化修正分量集合的数据量成正比。
作为优选，调整一次网供水水压的步骤包括，
A2、建立一次网供水水压与补水旁路管补水总流量的函数模型，建立补水旁路管补水总流量与二次网水温差值的函数模型，将上述两个函数模型归一化处理后进行合并，使用合并后得到的函数模型一次网供水水压进行调整；
B2、对调整后的一次网供水水压进行监控，获得一次网供水压力波动曲线，根据次网供水压力波动曲线向步骤A2中得到的函数模型中加入超前-滞后校正模块。
作为优选，调整一次网进水水温的步骤包括，
A3、建立二次网水温差值、二次网供水流量、一次网供水水压与一次网进水水温的三元函数模型，使用三元函数模型对一次网进水水温进行调整；
B3、将步骤D1和B2中得到的函数模型与步骤A3中得到的三元函数模型进行关联，建立以环境温度和二次网水温差值为自变量的一次网进水水温预调整函数，在进行下一次一次网进水水温调节前，通过一次网进水水温预调整函数对一次网进水水温进行预调整，同时设定预调整阈值，预调整阈值为上一次一次网进水水温调节幅度的10％，当一次网进水水温预调整函数给出的调节幅度超出预调整阈值时，使用预调整阈值对一次网进水水温进行预调整。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过建立一套完整的带有自学习功能的闭环反馈控制体系，利用多变量的综合调控机制，实现提高热利用率，降低一次网热量浪费的目的，与此同时通过对供热平衡的加强，可以有效提高用热侧制热效果的平稳，降低供热终端的温度波动幅度。本发明并没有采用传统的对于多个变量直接建立传递函数的方式，而是建立了一个具有优先级的多层反馈自学习系统，从而有效降低了对于同一变量的重复操作数量，提高了运算效率和系统响应速度。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的原理图。
图中：1、一次网进水侧温度传感器；2、一次网回水侧温度传感器；3、一次网水压传感器；4、补水旁路管；5、流量调节阀；6、二次网进水侧温度传感器；7、二次网回水侧温度传感器；8、二次网水量传感器；9、控制器。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1，本实施例包括，
安装在一次网进水侧的一次网进水侧温度传感器1，用于检测一次网的进水水温；
安装在一次网回水侧的一次网回水侧温度传感器2，用于检测一次网的回水水温；
安装在一次网和不同二次网连接处的一次网水压传感器3，用于检测一次网不同位置的供水水压；
在一次网回水侧和二次网进水侧之间设置有补水旁路管4，补水旁路管4上设置有流量调节阀5；
安装在二次网进水侧的二次网进水侧温度传感器6，用于检测二次网的进水水温；
安装在二次网回水侧的二次网回水侧温度传感器7，用于检测二次网的回水水温；
安装在一次网和不同二次网连接处的二次网水量传感器8，用于检测二次网的供水流量；
控制器9，分别与一次网进水侧温度传感器1、一次网回水侧温度传感器2、一次网水压传感器3、流量调节阀5、二次网进水侧温度传感器6、二次网回水侧温度传感器7和二次网水量传感器8通讯连接，用来调整二次网的供热效率。
一种上述的供热二次网节能优化控制系统的控制方法，包括以下步骤：
供热起始，根据预先收集的供热面积数据和环境温度数据设定一次网的供热水温和供水水压；
当二次网的进水侧与回水侧水温差值大于上限阈值时，首先增加二次网的供水流量，当增加二次网供水流量后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然大于上限阈值时，开启补水旁路管4直接从一次网向二次网补水，与此同时调整一次网供水水压，使一次网供水水压保持平衡，当开启补水旁路管4后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然大于上限阈值时，调高一次网的进水水温；
当二次网的进水侧与回水侧水温差值小于下限阈值时，首先减小二次网的供水流量，当减小二次网供水流量后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然小于下限阈值时，降低一次网的供水水压，当降低一次网的供水水压后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然小于下限阈值时，降低一次网的进水水温。
调整二次网的供水流量的步骤包括，
A1、建立供水流量与水温差值的线性调整模型，根据线性调整模型对供水流量进行调整；
B1、采集调整后的水温变化曲线，将水温变化曲线与环境温度曲线进行对比，建立水温变化曲线与环境温度曲线的关联函数关系；
C1、使用步骤A2得到的关联函数关系对环境温度曲线进行变换，得到水温变化修正分量，使用水温变化修正分量对步骤A1中的线性调整模型进行修正；
D1、建立水温变化修正分量集合，使用水温变化修正分量集合的历史数据建立以环境温度为自变量的水温修正预测函数，使用水温修正预测函数对步骤A1中的线性调整模型进行加权求和，得到带有预测功能的调整模型，其中水温修正预测函数的权重值与水温变化修正分量集合的数据量成正比。
调整一次网供水水压的步骤包括，
A2、建立一次网供水水压与补水旁路管4补水总流量的函数模型，建立补水旁路管4补水总流量与二次网水温差值的函数模型，将上述两个函数模型归一化处理后进行合并，使用合并后得到的函数模型一次网供水水压进行调整；
B2、对调整后的一次网供水水压进行监控，获得一次网供水压力波动曲线，根据次网供水压力波动曲线向步骤A2中得到的函数模型中加入超前-滞后校正模块。
调整一次网进水水温的步骤包括，
A3、建立二次网水温差值、二次网供水流量、一次网供水水压与一次网进水水温的三元函数模型，使用三元函数模型对一次网进水水温进行调整；
B3、将步骤D1和B2中得到的函数模型与步骤A3中得到的三元函数模型进行关联，建立以环境温度和二次网水温差值为自变量的一次网进水水温预调整函数，在进行下一次一次网进水水温调节前，通过一次网进水水温预调整函数对一次网进水水温进行预调整，同时设定预调整阈值，预调整阈值为上一次一次网进水水温调节幅度的10％，当一次网进水水温预调整函数给出的调节幅度超出预调整阈值时，使用预调整阈值对一次网进水水温进行预调整。
另外，在通过控制流量调节阀5调整补水旁路管4补水流量的过程中，采用阶梯方式改变流量调节阀5的开度，并在每次改变开度后根据二次网进水温度的变化对二次网的供水流量进行调整，以实现提高一次网热水使用效率的目的。
本发明可以在保证二次网供热稳定性的同时，有效降低一次网的调控频率，减少热能损失。通过在包头、张家口多个供热系统进行试验性运行发现，本发明可以在现有供热系统的供热效率的基础上，进一步提高供热效率约10％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种供热二次网节能优化控制系统，其特征在于：包括，
安装在一次网进水侧的一次网进水侧温度传感器(1)，用于检测一次网的进水水温；
安装在一次网回水侧的一次网回水侧温度传感器(2)，用于检测一次网的回水水温；
安装在一次网和不同二次网连接处的一次网水压传感器(3)，用于检测一次网不同位置的供水水压；
在一次网回水侧和二次网进水侧之间设置有补水旁路管(4)，补水旁路管(4)上设置有流量调节阀(5)；
安装在二次网进水侧的二次网进水侧温度传感器(6)，用于检测二次网的进水水温；
安装在二次网回水侧的二次网回水侧温度传感器(7)，用于检测二次网的回水水温；
安装在一次网和不同二次网连接处的二次网水量传感器(8)，用于检测二次网的供水流量；
控制器(9)，分别与一次网进水侧温度传感器(1)、一次网回水侧温度传感器(2)、一次网水压传感器(3)、流量调节阀(5)、二次网进水侧温度传感器(6)、二次网回水侧温度传感器(7)和二次网水量传感器(8)通讯连接，用来调整二次网的供热效率。
2.一种权利要求1所述的供热二次网节能优化控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
供热起始，根据预先收集的供热面积数据和环境温度数据设定一次网的供热水温和供水水压；
当二次网的进水侧与回水侧水温差值大于上限阈值时，首先增加二次网的供水流量，当增加二次网供水流量后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然大于上限阈值时，开启补水旁路管(4)直接从一次网向二次网补水，与此同时调整一次网供水水压，使一次网供水水压保持平衡，当开启补水旁路管(4)后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然大于上限阈值时，调高一次网的进水水温；
当二次网的进水侧与回水侧水温差值小于下限阈值时，首先减小二次网的供水流量，当减小二次网供水流量后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然小于下限阈值时，降低一次网的供水水压，当降低一次网的供水水压后二次网的进水侧与回水侧水温差值依然小于下限阈值时，降低一次网的进水水温。
3.根据权利要求2所述的供热二次网节能优化控制系统的控制方法，其特征在于：调整二次网的供水流量的步骤包括，
A1、建立供水流量与水温差值的线性调整模型，根据线性调整模型对供水流量进行调整；
B1、采集调整后的水温变化曲线，将水温变化曲线与环境温度曲线进行对比，建立水温变化曲线与环境温度曲线的关联函数关系；
C1、使用步骤A2得到的关联函数关系对环境温度曲线进行变换，得到水温变化修正分量，使用水温变化修正分量对步骤A1中的线性调整模型进行修正；
D1、建立水温变化修正分量集合，使用水温变化修正分量集合的历史数据建立以环境温度为自变量的水温修正预测函数，使用水温修正预测函数对步骤A1中的线性调整模型进行加权求和，得到带有预测功能的调整模型，其中水温修正预测函数的权重值与水温变化修正分量集合的数据量成正比。
4.根据权利要求3所述的供热二次网节能优化控制系统的控制方法，其特征在于：调整一次网供水水压的步骤包括，
A2、建立一次网供水水压与补水旁路管(4)补水总流量的函数模型，建立补水旁路管(4)补水总流量与二次网水温差值的函数模型，将上述两个函数模型归一化处理后进行合并，使用合并后得到的函数模型一次网供水水压进行调整；
B2、对调整后的一次网供水水压进行监控，获得一次网供水压力波动曲线，根据次网供水压力波动曲线向步骤A2中得到的函数模型中加入超前-滞后校正模块。
5.根据权利要求4所述的供热二次网节能优化控制系统的控制方法，其特征在于：调整一次网进水水温的步骤包括，
A3、建立二次网水温差值、二次网供水流量、一次网供水水压与一次网进水水温的三元函数模型，使用三元函数模型对一次网进水水温进行调整；
B3、将步骤D1和B2中得到的函数模型与步骤A3中得到的三元函数模型进行关联，建立以环境温度和二次网水温差值为自变量的一次网进水水温预调整函数，在进行下一次一次网进水水温调节前，通过一次网进水水温预调整函数对一次网进水水温进行预调整，同时设定预调整阈值，预调整阈值为上一次一次网进水水温调节幅度的10％，当一次网进水水温预调整函数给出的调节幅度超出预调整阈值时，使用预调整阈值对一次网进水水温进行预调整。
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