CN114373350A - 一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统及方法 - Google Patents

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CN114373350A CN202111191966.4A CN202111191966A CN114373350A CN 114373350 A CN114373350 A CN 114373350A CN 202111191966 A CN202111191966 A CN 202111191966A CN 114373350 A CN114373350 A CN 114373350A
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Abstract

本发明公开了一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统及建立方法，供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统包括底层服务器模块、中间通信层模块和顶层仿真培训模块；所述底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元，所述二级管网机理模型单元用于通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；所述管网工况单元用于依据不同的培训案例设计不同类型工况。本发明提供一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统及建立方法，为调控人员培养二级管网水力平衡调控的意识，建立正规化、集成化的培训。

Description

一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统及方法
技术领域
本发明属于智慧供热调控技术领域，具体涉及一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统及方法。
背景技术
随着大型热电联产、大型锅炉房或者小区锅炉房为热源的集中供热的持续发展，二次管网系统已然成为我国集中供热系统中的重要组成部分，它承担着将热量输配到热用户的任务。目前我国二次网主要以分阶段改变流量的质调节为主，可调节性能差。水力工况失调的现象在管网系统中最为常见，它的出现造成近端和远端用户冷热不均的现象，不但使供热效率降低而且恶化了供热质量，而且能量浪费问题严重。
然而，供热企业中大多数基层技术人员和换力站站长并没有完全掌握管网调节的相关理论知识，而是依据自己积累的经验进行调节，调节过程缺乏理论依据，普通的培训由于现场情况复杂会造成培训周期长，培训形式单一枯燥，而且运行人员流动性大，调控水平参差不齐，普遍存在小区供暖冷热不均，热力站能耗超标问题；若遇到极端天气、突发状况时，调控人员普遍仓促应付，无从下手，难以保证住户的正常供暖。
发明内容
本发明的目的是提供一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统及建立方法，为调控人员培养二级管网水力平衡调控的意识，建立正规化、集成化的培训。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，它包括底层服务器模块、中间通信层模块和顶层仿真培训模块；
所述底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元，所述二级管网机理模型单元用于通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；所述管网工况单元用于依据不同的培训案例设计不同类型工况；所述三维模型单元用于将二级管网实例场景进行虚拟可视化界面处理，根据不同的培训案例进行实际调控操作的模拟；所述数据库单元用于存储动态仿真软件在计算过程中生成的数据；
所述中间通信连接层模块，用于所述底层服务器模块和所述顶层仿真培训模块之间的通信连接；
所述顶层仿真培训模块，用于实现学员培训与考试系统和教师登录系统的设计，并通过所述中间通信连接层模块与所述底层服务器模块的各个单元进行调控策略、反馈数据的交互。
进一步，所述调控设备模型至少包括热水循环泵、软化水设备、补水泵、管道过滤器、阀门、控制设备和采集计量设备。
进一步，所述二级管网机理模型至少包括二级管网连接模型、二级网热力站站点模型和二级网各小区内建筑含管道结构的模型，所述二级管网连接模型至少包含循环泵的管网拓扑连接结构模型，所述二级网热力站站点模型至少包括热力站启停机操作结构模型，所述二级网各小区内建筑含管道结构的模型至少包括水平方向的水力平衡模型、垂直方向的水力平衡模型和复合方向的水力平衡模型。
进一步，所述不同类型工况至少包括热力站的启机操作工况和停机操作工况、供暖初期、中期和末期的运行工况、以及包括阀门阻塞、管网泄漏故障工况。
进一步，所述三维模型单元至少包括对热力站站内的工艺流程设备、网侧的三维管道和部分监测设备的三维建模、小区内建筑模型和树木、草坪设施的三维建模。
进一步，所述数据库单元包括关系型数据库和时序数据库，所述关系型数据库至少存储动态仿真软件运行指令、数据节点与时序数据库中存储数据点的对应关系表、学员培训考试信息、案例信息、学员信息管理和考试题库信息；所述时序数据库至少存储动态仿真实时计算出的数据并且依据时间序列记录和所述顶层仿真培训模块实时发出的调控操作指令值。
进一步，所述学员培训与考试系统包括用于进行示例学习和培训内容的学员登录系统界面、用于选择考试类型进行考试的考试系统界面；所述培训内容依据不同的实际案例进行设置，包括培训参数配置界面、二级管网运行的三维界面、调控前端交互界面和培训记录界面；所述考试类型包括小区水力平衡调节、热力站启停机过程、故障下的应急操作处理；
其中，所述培训参数配置界面包括天气、供热一级网、供热面积和设备参数配置；所述三维界面包括含楼宇立体仿真模型和三维管道仿真模型的GIS界面、含楼宇内部管道参数显示并跳转至二级操作界面的调控操作界面、新旧小区不同的水力调节模式以及通过颜色的变化模拟热用户室温界面；所述调控前端交互界面包括平衡阀操作界面、主调节阀操作界面、主水泵操作界面、各部分压力温度流量测点的虚拟仪表展示界面、热力站内操作运行界面和小区楼栋情况展示界面；
所述教师登陆系统界面包括学员登录登出管理界面、学员登录学习情况、学员培训操作日志、操作记录保存功能、考试内容设置界面、学员考试评分得分统计情况以及操作日志、学员操作示例设置界面。
进一步，所述中间通信连接层模块在实现所述底层服务器模块和所述顶层仿真培训模块之间的通信时，采用opcua-client方法将动态仿真过程中的实时数据写入所述时序数据库中，所述顶层仿真培训模块再通过java中间件从所述时序数据库中获取学员培训与考试系统界面的数据、曲线展示以及管网设备、楼宇建筑的状态判断信息，以及通过websocket方法实时监测所述顶层仿真培训模块中给定的调控指令值，并转发至二级管网机理模型中的相关设备，实现模拟设备的指令下达和设备实时动作，还通过java中间数据评判功能对考试培训系统的展示值与所述关系型数据库中题库内部值的关系进行判定。
本发明第二方面还提供了一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的建立方法，它包括如下步骤：
步骤S1、建立供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，包括底层服务器模块、中间通信连接层模块和顶层仿真培训模块；所述底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元；
步骤S2、所述二级管网机理模型单元通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；所述管网工况单元依据不同的培训案例设计不同类型工况；所述三维模型单元将二级管网实例场景进行虚拟可视化界面处理，根据不同的培训案例进行实际调控操作的模拟；所述数据库单元存储动态仿真软件在计算过程中生成的数据；
步骤S3、所述顶层仿真培训模块进行学员培训与考试系统和教师登录系统设计，并通过所述中间通信连接层模块与所述底层服务器模块的各个单元进行调控策略、反馈数据的交互。
进一步，所述步骤S2中动态仿真软件构建虚拟可调控的二级管网机理模型，具体包括：
根据热力站、单元建筑物、二级供热管网和调控设备的供热工艺工程，通过图形用户界面的交互方式来定义仿真模型，在模型库中找到对应的元件模块进行组态，进行模块参数设置和模块之间的连接，搭建二级管网的数学模型；所述模型库至少包括热工过程模块库、控制模块库、电气系统模块库、边界条件模块库、连接模块库和仿真控制模块库；
以实际二级管网水力平衡运行数据为基础输入至所述二级管网的数学模型中对应的模块元件，进行二级管网的热平衡状态仿真；
在仿真模型开发调试过程中，通过反复调节和迭代计算，直至模型的运算结果符合预期后，输出二级管网水力平衡的仿真结果，构建虚拟可调控的二级管网机理模型。
本发明的有益效果是：
本发明通过底层服务器模块中设置的机理模型、工况单元和在实际地图的基础上构建的三维仿真模型，结合构建的网页端的顶层仿真培训系统，建立基于底层仿真模型的三维动态仿真操作培训系统，能够根据实际案例、不同工况建立二级管网调控模型，用理论和实际、模拟和实验相结合的方法提出适用性的调节策略，为调控人员培养二级管网水力平衡调控的意识，建立正规化、集成化的培训，更加贴合实际调控需求，能够保证供暖轻松达标，缩减调节时间，且虚拟系统可灵活调节，逼真模拟真实的场景和调节效果，培训周期短，培训人员具有沉浸式培训体验效果，可直观操作热力站站内设备。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的结构框图；
图2为本发明的二级管网机理模型构建示意图；
图3为本发明的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的建立方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
图1是本发明所涉及的供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的结构框图。
如图1所示，本实施例1提供了一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，它包括：底层服务器模块、中间通信层模块和顶层仿真培训模块；
底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元，二级管网机理模型单元用于通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；管网工况单元用于依据不同的培训案例设计不同类型工况；三维模型单元用于将二级管网实例场景进行虚拟可视化界面处理，根据不同的培训案例进行实际调控操作的模拟；数据库单元用于存储动态仿真软件在计算过程中生成的数据；
中间通信连接层模块，用于底层服务器模块和顶层仿真培训模块之间的通信连接；
顶层仿真培训模块，用于实现学员培训与考试系统和教师登录系统的设计，并通过中间通信连接层模块与底层服务器模块的各个单元进行调控策略、反馈数据的交互。
在本实施例中，调控设备模型至少包括热水循环泵、软化水设备、补水泵、管道过滤器、阀门、控制设备和采集计量设备。
在本实施例中，二级管网机理模型至少包括二级管网连接模型、二级网热力站站点模型和二级网各小区内建筑含管道结构的模型，二级管网连接模型至少包含循环泵的管网拓扑连接结构模型，二级网热力站站点模型至少包括热力站启停机操作结构模型，二级网各小区内建筑含管道结构的模型至少包括水平方向的水力平衡模型、垂直方向的水力平衡模型和复合方向的水力平衡模型。
本实施例中通过动态仿真软件构建虚拟可调控的二级管网机理模型，具体包括如下步骤：
根据热力站、单元建筑物、二级供热管网和调控设备的供热工艺工程，通过图形用户界面的交互方式来定义仿真模型，在模型库中找到对应的元件模块进行组态，进行模块参数设置和模块之间的连接，搭建二级管网的数学模型；模型库至少包括热工过程模块库、控制模块库、电气系统模块库、边界条件模块库、连接模块库和仿真控制模块库；
以实际二级管网水力平衡运行数据为基础输入至二级管网的数学模型中对应的模块元件，进行二级管网的热平衡状态仿真；
在仿真模型开发调试过程中，通过反复调节和迭代计算，直至模型的运算结果符合预期后，输出二级管网水力平衡的仿真结果，构建虚拟可调控的二级管网机理模型。
图2为本发明仿真培训系统中二级管网机理模型构建示意图。
如图2所示，在实际的应用中，机理仿真模型直观的表现了热力站、单元建筑和二级网之间的耦合关系，通过数据之间的变化演绎了全网的热平衡状态。同时在热网不平衡状态时，通过基本的运行操作重现各区域管网的参数变化，来寻求最佳控制策略。简单来说，供热系统机理仿真模型就是构建一个虚拟的可实现调控的管道网络。
在本实施例中，不同类型工况至少包括热力站的启机操作工况和停机操作工况、供暖初期、中期和末期的运行工况、以及包括阀门阻塞、管网泄漏故障工况。
在本实施例中，三维模型单元至少包括对热力站站内的工艺流程设备、网侧的三维管道和部分监测设备的三维建模、小区内建筑模型和树木、草坪设施的三维建模。
在实际的应用中，本发明在构造模型时基于真实地图建模，可模拟人员调节阀门的实际耗时，对比多条阀门操作路线，缩短运行调节时间；模拟真实小区供热系统，结合实际运行经验，可快速了解小区供热运行情况，熟悉供热机理；通过依据实际场景构建三维虚拟可视化的仿真模型，模拟真实环境，可直观展示热力站、二级网、热用户和直观操作热力站站内循环水泵、阀门等设备。
在本实施例中，数据库单元包括关系型数据库和时序数据库，关系型数据库至少存储动态仿真软件运行指令、数据节点与时序数据库中存储数据点的对应关系表、学员培训考试信息、案例信息、学员信息管理和考试题库信息；时序数据库至少存储动态仿真实时计算出的数据并且依据时间序列记录和顶层仿真培训模块实时发出的调控操作指令值。
在本实施例中，学员培训与考试系统包括用于进行示例教学和培训内容的学员登录系统界面、用于选择考试类型进行考试的考试系统界面；培训内容依据不同的实际案例进行设置，包括培训参数配置界面、二级管网运行的三维界面、调控前端交互界面和培训记录界面；考试类型包括小区水力平衡调节、热力站启停机过程、故障下的应急操作处理；
其中，培训参数配置界面包括天气、供热一级网、供热面积和设备参数配置；三维界面包括含楼宇立体仿真模型和三维管道仿真模型的GIS界面、含楼宇内部管道参数显示并跳转至二级操作界面的调控操作界面、新旧小区不同的水力调节模式以及通过颜色的变化模拟热用户室温界面；调控前端交互界面包括平衡阀操作界面、主调节阀操作界面、主水泵操作界面、各部分压力温度流量测点的虚拟仪表展示界面、热力站内操作运行界面和小区楼栋情况展示界面；
教师登陆系统界面包括学员登录登出管理界面、学员登录学习情况、学员培训操作日志、操作记录保存功能、考试内容设置界面、学员考试评分得分统计情况以及操作日志、学员操作示例设置界面。
在本实施例中，中间通信连接层模块在实现底层服务器模块和顶层仿真培训模块之间的通信时，采用opcua-client方法将动态仿真过程中的实时数据写入时序数据库中，顶层仿真培训模块再通过java中间件从时序数据库中获取学员培训与考试系统界面的数据、曲线展示以及管网设备、楼宇建筑的状态判断信息，以及通过websocket方法实时监测顶层仿真培训模块中给定的调控指令值，并转发至二级管网机理模型中的相关设备，实现模拟设备的指令下达和设备实时动作，还通过java中间数据评判功能对考试培训系统的展示值与关系型数据库中题库内部值的关系进行判定。
在实际的应用中，通过调节阀门开度，全网压力温度流量会随即变化；运行曲线窗口可直观呈现各楼温度变化趋势，可设定目标，仿真操作不断贴近目标值；支持仿真加速，可快速查看各阀门调节与压力、温度变化效果。通过学习、训练、考试的一站式服务，仿真操作考试，强化培训效果，对运行人员进行评比择优，且根据运行调节时间长短和调节目标的稳定性，准确评估培训人员小区运行调节的能力。可预置多种类型运行案例，模拟实际场景，如热力站内的低压补水过程、启动投运过程、停运过程等，丰富培训内容，贴近实际使用过程。
在实际的应用中，对学员培训与考试系统、教师登录系统进行相应的介绍：
(1)示例教学：在学员登录后点击示例教学图标会直接进入到示例学习界面，示例学习的数据来源于老师设置或后台默认的一段仿真操作的数据记录。学员在选择示例教学的主界面和点击播放键后进入教学内容，教学内容会根据人员定位标签和行走轨迹以及实时的操作记录来介绍如何进行仿真培训。培训内容至少包括：如何点击阀门、压力表、温度计、流量计等进行操作，如何查看运行时的数据曲线，如何通过人员轨迹判断最佳路径；
(2)培训系统：包括培训参数配置界面设计(包含天气、一级网、供热面积、除污器等)；二级网运行的三维界面设计：建筑详细信息、记录培训操作过程中的操作指令、仿真时间以及对应的加减速按钮、从外部环境获取到的仿真培训的天气情况和时间点、当前建筑温度偏差值用来描述室温最大值与最小值的偏差；平衡阀操作界面：平衡阀操作需要实现能够顺时针和逆时针旋转，每点击一次对应的值是1；各部分压力温度流量测点的虚拟仪表展示界面：压力表、温度表和流量计的数值显示需要跟仿真上传的数值保持一致，管道虚拟仪表的数值显示和曲线展示都要来源于仿真上传的数值；热力站站内操作运行界面、主调节阀操作界面、主水泵操作界面、除污器压差参数设置界面、自动化运行界面、操作记录展示界面等；
(3)考试系统：依据考试类型进行选择相应的考试，展示考试成绩、教师评价、总耗时等信息；考试类型包括小区水力平衡调节、热力站启停机过程、故障下的应急操作处理。
需要说明的是，本发明的仿真培训系统采用模块组合的形式，无需搭建复杂的逻辑流程，只需将对应模块内容的功能完善，编写对应非功能性代码实现整个开发平台的稳定运行，并通过结合各种数据通讯方式从而形成一个完整的、流畅的仿真运行平台，同时也可以保证各开发模块和操作平台之间互不干扰。
实施例2
图3是本发明所涉及的供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的建立方法的流程图。
如图3所示，本实施例2提供了一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的建立方法，它包括如下步骤：
步骤S1、建立供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，包括底层服务器模块、中间通信连接层模块和顶层仿真培训模块；底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元；
步骤S2、二级管网机理模型单元通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；管网工况单元依据不同的培训案例设计不同类型工况；三维模型单元将二级管网实例场景进行虚拟可视化界面处理，根据不同的培训案例进行实际调控操作的模拟；数据库单元存储动态仿真软件在计算过程中生成的数据；
步骤S3、顶层仿真培训模块进行学员培训与考试系统和教师登录系统设计，并通过中间通信连接层模块与底层服务器模块的各个单元进行调控策略、反馈数据的交互。
本实施例的步骤S2中动态仿真软件构建虚拟可调控的二级管网机理模型，具体包括：
根据热力站、单元建筑物、二级供热管网和调控设备的供热工艺工程，通过图形用户界面的交互方式来定义仿真模型，在模型库中找到对应的元件模块进行组态，进行模块参数设置和模块之间的连接，搭建二级管网的数学模型；模型库至少包括热工过程模块库、控制模块库、电气系统模块库、边界条件模块库、连接模块库和仿真控制模块库；
以实际二级管网水力平衡运行数据为基础输入至二级管网的数学模型中对应的模块元件，进行二级管网的热平衡状态仿真；
在仿真模型开发调试过程中，通过反复调节和迭代计算，直至模型的运算结果符合预期后，输出二级管网水力平衡的仿真结果，构建虚拟可调控的二级管网机理模型。
需要说明的是，在供热二级管网中，热源点、用热点、管道分支点、变径点均定义为节点，分类为中间节点和边界节点，中间节点既有流量流入也有流量流出，边界节点只有流量的流入或流出，流出流量的为源节点，只有流入流量的为汇节点；两个节点之间的通路定义为支路，二次管网中的管段即为支路；m条不同支路与m+1各不同节点顺次连接而成的一条路径定义为通路，起始节点与终止节点相重合的通路定义为环路。
在建模时还包括建立供热系统水力工况计算数学模型：根据管网的拓扑结构性质，对于一个节点数为N+1，管段数为B的管网，设其节点编号为ni，各管段编号为Bj，基本环路编号为lk，则其整个管网的流动用方程表示为：
Figure BDA0003301511500000091
其中，A是N×B的管网关联矩阵，表示各管段与节点的连接关系；Bf为管网的基本环路矩阵，表示基本环路与管段的相关关系；G表示管段流量向量；Q表示各节点的净流量向量，流入为正，流出为负；ΔH表示管段压降向量；S为B阶对角矩阵，其对角元素表示各管段的阻力特性系数；|G|为B阶对角矩阵，其对角元素代表各管段流量的绝对值；DH为管段的手泵向量；Z为各管段支路中两节点位能差向量。
另外，二级管网建模技术基于水力平衡实现，供热二级管网基于管道内通过的热流体传递能量，质量流量平衡：∑inQin-∑outQout-∑userQuser＝0，Qin是进入该点的质量流量，Qout是出该点的质量流量，Quser是热用户所需的质量流量；能量平衡：ΔHij-(Hi-Hj)＝0，ΔHij是点i和j之间的能量损失，Hi和Hj分别是在点i和j处的流体的能量含量。
在管网模型建立完成之后，还需要逐步调整模型中的相关参数，使得模型的计算结果与实际测量结果趋向一致，达到校准和修正供热二级管网仿真模型的目的；一方面，由于二次管网中管道的阻力系数S会随着管道使用时间的增长、工况条件的变化而改变，为了提高模型水力计算的准确度，改善模型的仿真效果，需要通过模型辨识方法获得相对准确的管道阻力系数；另一方面，由于管段走向的改变，内壁腐蚀原因，会使热用户建筑物的实际压降阻力与设计值偏差较大，导致实际运行流量与设计流量相差也比较大，因此提高建筑物内热用户的压降阻力的计算准确性是提高供热管网水力计算建模的重要因素，需要通过模型辨识方法解决计算建筑物内热用户的压降阻力问题。
以建筑物阻力辨识为例，一个确定的建筑物其阻力特性符合：ΔPi＝f(di,Gi)，d为建筑物供水管道的直径，m；Gi为建筑物的供回水管道流量，m3/h；f(di,Gi)是不同工况条件下的流量、供回水压差拟合出来的；主要试验步骤包括：以管网运行工况为标准，调节阀门到不同工况下对应的开度；测量建筑物供回水管的管网流量和供回水压力差；计算不同流量条件下建筑物阻力系数；
采集供热二级管网相关建筑物的历史运行数据，选取阀门开度、管网流量和供回水压差作为输入数据，建筑物阻力系数作为输出数据，选取二阶结构的传递函数形式，利用遗传算法对历史运行数据进行传递函数参数辨识，得到各传递函数参数的最优解，并把辨识得到的传递函数模型作为仿真模型可靠性验证模型；对仿真模型和验证模型进行同样的输入阶跃扰动，采集相应数据计算两个模型的阻力系数并建立响应曲线，数据采集时间从扰动发生时开始，在曲线达到新的稳态时截止，依据两个模型输出数据建立均方误差函数；利用遗传算法对动态参数修正系数进行寻优，适应度函数与均方误差函数有关，利用最优动态参数修正系数调整仿真模型，使得仿真模型最大程度逼近验证模型；选取多个不同管网流量范围下的现场数据，重复上述步骤对动态参数修正系数寻优，得到不同流量范围内的修正系数值；依据插值法建立流量与动态参数修正系数之间的函数关系，得到随流量变化的动态参数修正系数，并代入仿真模型中，得到结合现场运行数据的动态参数优化后的仿真模型。
本发明通过底层服务器模块中设置的机理模型、工况单元和在实际地图的基础上构建的三维仿真模型，结合构建的网页端的顶层仿真培训系统，建立基于底层仿真模型的三维动态仿真操作培训系统，能够根据实际案例、不同工况建立二级管网调控模型，用理论和实际、模拟和实验相结合的方法提出适用性的调节策略，为调控人员培养二级管网水力平衡调控的意识，建立正规化、集成化的培训，更加贴合实际调控需求，能够保证供暖轻松达标，缩减调节时间，且虚拟系统可灵活调节，逼真模拟真实的场景和调节效果，培训周期短，培训人员具有沉浸式培训体验效果，可直观操作热力站站内设备。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：它包括底层服务器模块、中间通信层模块和顶层仿真培训模块；
所述底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元，所述二级管网机理模型单元用于通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；所述管网工况单元用于依据不同的培训案例设计不同类型工况；所述三维模型单元用于将二级管网实例场景进行虚拟可视化界面处理，根据不同的培训案例进行实际调控操作的模拟；所述数据库单元用于存储动态仿真软件在计算过程中生成的数据；
所述中间通信连接层模块，用于所述底层服务器模块和所述顶层仿真培训模块之间的通信连接；
所述顶层仿真培训模块，用于实现学员培训与考试系统和教师登录系统的设计，并通过所述中间通信连接层模块与所述底层服务器模块的各个单元进行调控策略、反馈数据的交互。
2.根据权利要求1所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述调控设备模型至少包括热水循环泵、软化水设备、补水泵、管道过滤器、阀门、控制设备和采集计量设备。
3.根据权利要求1所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述二级管网机理模型单元至少包括二级管网连接模型、二级网热力站站点模型和二级网各小区内建筑含管道结构的模型，所述二级管网连接模型至少包括循环泵的管网拓扑连接结构模型，所述二级网热力站站点模型至少包括热力站启停机操作结构模型，所述二级网各小区内建筑含管道结构的模型至少包括水平方向的水力平衡模型、垂直方向的水力平衡模型和复合方向的水力平衡模型。
4.根据权利要求1所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述不同类型工况至少包括热力站的启机操作工况和停机操作工况、供暖初期、中期和末期的运行工况、以及包括阀门阻塞、管网泄漏故障工况。
5.根据权利要求1所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述三维模型单元至少包括对热力站站内的工艺流程设备、网侧的三维管道和部分监测设备的三维建模、小区内建筑模型和树木、草坪设施的三维建模。
6.根据权利要求1所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述数据库单元包括关系型数据库和时序数据库，所述关系型数据库至少存储动态仿真软件运行指令、数据节点与时序数据库中存储数据点的对应关系表、学员培训考试信息、案例信息、学员信息管理和考试题库信息；所述时序数据库至少存储动态仿真实时计算出的数据并且依据时间序列记录和所述顶层仿真培训模块实时发出的调控操作指令值。
7.根据权利要求1所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述学员培训与考试系统包括用于进行示例教学和设置培训内容的学员登录系统、培训系统界面、用于选择考试类型进行考试的考试系统界面；所述培训内容依据不同的实际案例进行设置，包括培训参数配置界面、二级管网运行的三维界面、调控前端交互界面和培训记录界面；所述考试类型包括小区水力平衡调节、热力站启停机过程、故障下的应急操作处理；
其中，所述培训参数配置界面包括天气、供热一级网、供热面积和设备参数配置；所述三维界面包括含楼宇立体仿真模型和三维管道仿真模型的GIS界面、含楼宇内部管道参数显示并跳转至二级操作界面的调控操作界面、新旧小区不同的水力调节模式以及通过颜色的变化模拟热用户室温界面；所述调控前端交互界面包括平衡阀操作界面、主调节阀操作界面、主水泵操作界面、各部分压力温度流量测点的虚拟仪表展示界面、热力站内操作运行界面和小区楼栋情况展示界面；
所述教师登陆系统界面包括学员登录登出管理界面、学员登录学习情况、学员培训操作日志、操作记录保存功能、考试内容设置界面、学员考试评分得分统计情况以及操作日志、学员操作示例设置界面。
8.根据权利要求6所述的一种供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，其特征在于：所述中间通信连接层模块在实现所述底层服务器模块和所述顶层仿真培训模块之间的通信时，采用opcua-client方法将动态仿真过程中的实时数据写入所述时序数据库中，所述顶层仿真培训模块再通过java中间件从所述时序数据库中获取学员培训与考试系统界面的数据、曲线展示以及管网设备、楼宇建筑的状态判断信息，以及通过websocket方法实时监测所述顶层仿真培训模块中给定的调控指令值，并转发至二级管网机理模型中的相关设备，实现模拟设备的指令下达和设备实时动作，还通过java中间数据评判功能对考试培训系统的展示值与所述关系型数据库中题库内部值的关系进行判定。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的建立方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤S1、建立供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统，包括底层服务器模块、中间通信连接层模块和顶层仿真培训模块；所述底层服务器模块，至少包括二级管网机理模型单元、管网工况单元、三维模型单元和数据库单元；
步骤S2、所述二级管网机理模型单元通过动态仿真软件搭建热力站模型、单元建筑物模型、二级供热管网模型和调控设备模型，构建虚拟可调控的二级管网机理模型；所述管网工况单元依据不同的培训案例设计不同类型工况；所述三维模型单元将二级管网实例场景进行虚拟可视化界面处理，根据不同的培训案例进行实际调控操作的模拟；所述数据库单元存储动态仿真软件在计算过程中生成的数据；
步骤S3、所述顶层仿真培训模块进行学员培训与考试系统和教师登录系统设计，并通过所述中间通信连接层模块与所述底层服务器模块的各个单元进行调控策略、反馈数据的交互。
10.一种如权利要求9所述的供热二级管网水力平衡调控仿真培训系统的建立方法，其特征在于，所述步骤S2中动态仿真软件构建虚拟可调控的二级管网机理模型，具体包括：
根据热力站、单元建筑物、二级供热管网和调控设备的供热工艺工程，通过图形用户界面的交互方式来定义仿真模型，在模型库中找到对应的元件模块进行组态，进行模块参数设置和模块之间的连接，搭建二级管网的数学模型；所述模型库至少包括热工过程模块库、控制模块库、电气系统模块库、边界条件模块库、连接模块库和仿真控制模块库；
以实际二级管网水力平衡运行数据为基础输入至所述二级管网的数学模型中对应的模块元件，进行二级管网的热平衡状态仿真；
在仿真模型开发调试过程中，通过反复调节和迭代计算，直至模型的运算结果符合预期后，输出二级管网水力平衡的仿真结果，构建虚拟可调控的二级管网机理模型。
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