CN113834122A - 一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法 - Google Patents

一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法，本发明通过主管道回水温度稳定控制算法和设定值补偿算法串联，以过去总结、当前采纳以及未来预测各自的抽头系数，汇集到加法器中，并由此设置主管道回水温度稳定控制器的输出量，实现可预测的气候补偿与供热温度输出量控制，实现高效供热节能，不但对节能降耗、减小污染有巨大的社会贡献，同时，对降低热力公司的成本、提高效益也有显著贡献。

Description

一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法
技术领域
本发明涉及热力管网技术领域，特别是一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法。
背景技术
热力管网热能分配平衡自动调节技术以及换热站输出总量调节技术，是热力管网中两个重要的技术层面，是实现供热管网自动化节能的关键。实现管网平衡可以实现10％-15％的节能率，如果与换热站联动实现供热输出量自动控制则可以进一步节能10％-15％，综合节能率达到20％-30％，这不但对节能降耗、减小污染有着巨大的社会贡献，同时对降低热力公司的成本、提高效益也有着显著贡献。
传统的气候补偿器是根据天气的变化调整循环水的回水温度，以期达到供热输出与气候相适应的效果，以达到节能目的，但是传统的气候补偿器，补偿方式单一，回水温度并不能真实反映供热效果，同时无法实现可预测的供热。
发明内容
本发明的目的是提供一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法，旨在解决现有技术中回水温度不能真实反映供热效果从而无法实现可预测供热的问题，实现高效供热节能，降低热力公司供热成本。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种换热站气候补偿测控仪，所述测控仪包括：
主管道回水温度稳定控制器，设定值补偿器；
所述主管道回水温度稳定控制器与设定值补偿器串联；
所述主管道回水温度稳定控制器接收回水温度变送器的温度数据，通过PID控制器输出控制循环泵的变频器；
所述设定值补偿器包括过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块，过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块各自进行气候补偿形成抽头系数，汇集至三变量加法器，加法器的输出为主管道回水温度稳定控制器的设置端。
优选地，所述过去总结模块对过去的供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小。
优选地，所述当前采纳模块根据当前气候设置回水温度，所述当前气候来自于现场安装的气候测量或气象台。
优选地，所述未来预测模块将未来的天气预报数据引入气候补偿器，所述未来的天气预报数据的预测函数可设置为线性预测函数、高斯预测函数或者PID预测函数。
本发明还提供了一种换热站气候补偿方法，所述方法包括以下操作：
对过去的供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小，形成过去总结抽头系数；
根据当前气候温度设置回水温度，形成当前采纳抽头系数；
对未来的天气预报数据通过预测函数形成未来预测抽头系数；
将过去总结抽头系数、当前采纳抽头系数以及未来预测抽头系数汇集至三变量加法器，加法器输出主管道回水温度的设定值，通过PID控制循环泵实现。
优选地，所述预测函数可设置为线性预测函数、高斯预测函数或者PID预测函数。
优选地，所述线性预测函数为：
Ki＝Kk*i+B
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
优选地，所述高斯预测函数为：
Ki＝sin(i*Pi/2N)/(i*Pi/2N)
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
优选地，所述PID预测函数的输出值是由未来N小时内的预报温度与当前温度之间的误差积分、未来N小时温度变化量、未来1小时与当前的绝对差值共同决定。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过主管道回水温度稳定控制算法和设定值补偿算法串联，以过去总结、当前采纳以及未来预测各自的抽头系数，汇集到加法器中，并由此设置主管道回水温度稳定控制器的输出量，实现可预测的气候补偿与供热温度输出量控制，实现高效供热节能，不但对节能降耗、减小污染有巨大的社会贡献，同时，对降低热力公司的成本、提高效益也有显著贡献。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种换热站气候补偿测控仪结构示意图；
图2为本发明实施例中所提供的一种换热站气候补偿方法流程图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种换热站气候补偿测控仪以及补偿方法进行详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种换热站气候补偿测控仪，所述测控仪包括：
主管道回水温度稳定控制器，设定值补偿器；
所述主管道回水温度稳定控制器与设定值补偿器串联；
所述主管道回水温度稳定控制器接收回水温度变送器的温度数据，通过PID控制器输出控制循环泵的变频器；
所述设定值补偿器包括过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块，过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块各自进行气候补偿形成抽头系数，汇集至三变量加法器，加法器的输出为主管道回水温度稳定控制器的设置端。
在本发明实施例中利用测量与控制资源，在测控仪上执行气候补偿器功能，一台测控仪最多可运行6台虚拟气候补偿器算法，一台虚拟气候补偿器可控制一条主管线的供热输出。
气候补偿器由两部分算法串联而成，一是主管道回水温度稳定控制算法，即主管道回水温度稳定控制器，二是设定值补偿算法，即设定值补偿器，如图1所示。
对于主管道回水温度稳定控制器，由一个PID控制器和一个设定输入以及一个目标测量传感器组成，PID控制器的输出控制循环泵的变频器。相应的在测控仪中消耗的测控仪资源为：一路0-20mA输出，用于控制变频器；一路4-20mA输入，用于测量主管道的回水温度。
对于设定值补偿器，包含三个部分：过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块。过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块各有一个抽头系数，最后汇集到一个三变量加法器，加法器的输出则为主管道回水温度稳定控制器的设置端，三个抽头系数在实际运行中，可根据平均供热温度以及平均供热温度的波动进行修正。
对于过去总结模块，引入供热平均温度控制，对供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小，将抽取过去数据的方法抽象为一个函数，即为过去量控制函数。对于过去量控制函数的函数形式可设置为PID函数以及线性函数等，优选PID函数。
对于当前采纳模块，当前气候测温是气候补偿器的主要补偿量，即根据当前气候设置回水温度。当前气温值的来源可以来自于现场安装的气候测量，也可来自气象台。该模块需要在运行中不断优化调整。
对于未来预测模块，将未来的天气预报数据引入气候补偿器，可预测供热可有效降低循环泵的功耗，对提高热力公司的经济效益有重要作用。对于未来数据的预测函数可设置为线性预测函数、高斯预测函数或者PID预测函数。
所述线性预测函数，即对未来N个小时内的天气预报数据，按照离当前的时间远近，进行线性比例抽取，共同叠加为预测作用值。每个样点的抽取比例符合线性函数关系：Ki＝Kk*i+B。
最终的预测函数为：
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
所述高斯预测函数，即对未来N个小时的天气预报数据，按照离当前的时间远近，进行高斯比例抽取，共同叠加为预测作用值。每个样点的抽取比例符合线性函数关系：Ki＝sin(i*Pi/2N)/(i*Pi/2N)。
最终的预测函数仍然为：
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
所述PID预测函数，预测函数的输出值是由未来N小时内的预报温度与当前温度之间的误差积分、未来N小时温度变化量、未来1小时与当前的绝对差值共同决定。
所述测控仪具备4通道远程可控继电器触点输出，可控制变频器、水泵等现场设备的电源，测控仪和网络摄像头组合即可实现换热站的无人值守；还具有非隔离型4-20mA输入，用于采集换热站各种带有变送器的传感器，例如温度变送器、压力变送器等，非隔离型测量输入资源在使用时，需要由测控仪输出24V电源，电流返回测控仪；另外还具有隔离型4-20mA输入，用于采集换热站各种带有变送器的传感器，例如温度变送器、压力变送器等，但是隔离型测量输入用于与换热站其他主机共用变送器的场合，由其他主机提供24V电源，电流返回其他主机，而变送器电流回路串联到测控仪即可。所述测控仪具备一个通道MBUS总线驱动器，允许接入64台MBUS接口的智能仪表，例如大口径热量表、进回水测温器以及气候测温器等；还具有一个485总线驱动器，硬件上允许接入256个节点设备，软件支持64个节点设备，例如大口径热量表、压力仪表以及气候测温器等。所述测控仪内置16MB双备份非挥发数据存储器，用于存储设置参数、控制关系以及控制算法等，采用硬件双备份方式，确保数据安全。所述测控仪内置4G和双绞线以太网通信接口，并支持蓝牙维护通信接口。
本发明实施例通过主管道回水温度稳定控制算法和设定值补偿算法串联，以过去总结、当前采纳以及未来预测各自的抽头系数，汇集到加法器中，并由此设置主管道回水温度稳定控制器的输出量，实现可预测的气候补偿与供热温度输出量控制，实现高效供热节能，不但对节能降耗、减小污染有巨大的社会贡献，同时，对降低热力公司的成本、提高效益也有显著贡献。
如图2所示，本发明实施例还公开了一种换热站气候补偿方法，所述方法包括以下操作：
对过去的供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小，形成过去总结抽头系数；
根据当前气候温度设置回水温度，形成当前采纳抽头系数；
对未来的天气预报数据通过预测函数形成未来预测抽头系数；
将过去总结抽头系数、当前采纳抽头系数以及未来预测抽头系数汇集至三变量加法器，加法器输出主管道回水温度的设定值，通过PID控制循环泵实现。
对于过去总结，引入供热平均温度控制，对供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小，将抽取过去数据的方法抽象为一个函数，即为过去量控制函数。对于过去量控制函数的函数形式可设置为PID函数以及线性函数等，优选PID函数。
对于当前采纳，当前气候测温是气候补偿器的主要补偿量，即根据当前气候设置回水温度。当前气温值的来源可以来自于现场安装的气候测量，也可来自气象台。该模块需要在运行中不断优化调整。
对于未来预测，将未来的天气预报数据引入气候补偿器，可预测供热可有效降低循环泵的功耗，对提高热力公司的经济效益有重要作用。对于未来数据的预测函数可设置为线性预测函数、高斯预测函数或者PID预测函数。
所述线性预测函数，即对未来N个小时内的天气预报数据，按照离当前的时间远近，进行线性比例抽取，共同叠加为预测作用值。每个样点的抽取比例符合线性函数关系：Ki＝Kk*i+B。
最终的预测函数为：
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
所述高斯预测函数，即对未来N个小时的天气预报数据，按照离当前的时间远近，进行高斯比例抽取，共同叠加为预测作用值。每个样点的抽取比例符合线性函数关系：Ki＝sin(i*Pi/2N)/(i*Pi/2N)。
最终的预测函数仍然为：
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
所述PID预测函数，预测函数的输出值是由未来N小时内的预报温度与当前温度之间的误差积分、未来N小时温度变化量、未来1小时与当前的绝对差值共同决定。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种换热站气候补偿测控仪，其特征在于，所述测控仪包括：
主管道回水温度稳定控制器，设定值补偿器；
所述主管道回水温度稳定控制器与设定值补偿器串联；
所述主管道回水温度稳定控制器接收回水温度变送器的温度数据，通过PID控制器输出控制循环泵的变频器；
所述设定值补偿器包括过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块，过去总结模块、当前采纳模块以及未来预测模块各自进行气候补偿形成抽头系数，汇集至三变量加法器，加法器的输出为主管道回水温度稳定控制器的设置端。
2.根据权利要求1所述的一种换热站气候补偿测控仪，其特征在于，所述过去总结模块对过去的供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小。
3.根据权利要求1所述的一种换热站气候补偿测控仪，其特征在于，所述当前采纳模块根据当前气候设置回水温度，所述当前气候来自于现场安装的气候测量或气象台。
4.根据权利要求1所述的一种换热站气候补偿测控仪，其特征在于，所述未来预测模块将未来的天气预报数据引入气候补偿器，所述未来的天气预报数据的预测函数可设置为线性预测函数、高斯预测函数或者PID预测函数。
5.一种换热站气候补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
对过去的供热平均温度构建一个FIFO数据队列，从数据队列抽取过去数据的作用量大小，形成过去总结抽头系数；
根据当前气候温度设置回水温度，形成当前采纳抽头系数；
对未来的天气预报数据通过预测函数形成未来预测抽头系数；
将过去总结抽头系数、当前采纳抽头系数以及未来预测抽头系数汇集至三变量加法器，加法器输出主管道回水温度的设定值，通过PID控制循环泵实现。
6.根据权利要求5所述的一种换热站气候补偿方法，其特征在于，所述预测函数可设置为线性预测函数、高斯预测函数或者PID预测函数。
7.根据权利要求6所述的一种换热站气候补偿方法，其特征在于，所述线性预测函数为：
Ki＝Kk*i+B
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
8.根据权利要求6所述的一种换热站气候补偿方法，其特征在于，所述高斯预测函数为：
Ki＝sin(i*Pi/2N)/(i*Pi/2N)
Y＝∑Ki*Ti
Y为预测函数的输出值，Ki为离当前的第i个天气预报值的比例系数，Ti为从当前数第i小时后的预报温度。
9.根据权利要求6所述的一种换热站气候补偿方法，其特征在于，所述PID预测函数的输出值是由未来N小时内的预报温度与当前温度之间的误差积分、未来N小时温度变化量、未来1小时与当前的绝对差值共同决定。
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