CN114963297B - 一种储热智慧供热控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储热智慧供热控制系统及方法，包括室内实测温度T_nm‑n输出端、热网供水温度设定值T_g1输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端、蒸汽压力实测值P₀输出端、温度实测值T₀输出端、疏水温度实测值T₁输出端、蒸汽流量最大值G₀输出端、储热水箱低温侧温度实测值T_h4输出端、第一函数模块、第二函数模块、第三函数模块、第四函数模块、第一逻辑模块、第五函数模块、第六函数模块、第一控制模块、第二逻辑模块、第七函数模块及第二控制模块，该系统及方法能够实现热源‑热网‑用户‑储热系统调节的有机结合，保证热电联产供热系统稳定、高效、节能运行。

Description

一种储热智慧供热控制系统及方法

技术领域

本发明属于智慧供热领域，涉及一种储热智慧供热控制系统及方法。

背景技术

云平台、大数据、移动互联网、人工智能的发展，为智慧供热的发展提供了有利条件。利用先进的供热设备和供热技术，使得供热系统简单、可靠、高效、节能。智慧供热将成为重要发展方向，提高供热系统能效，提升供热生产的安全性和可靠性，提升用户服务水平，是按需、舒适用热的重要手段。

对于直接连接的供热系统，包括喷射泵、混水泵等混水装置连接的供热系统，目前集中调节应用较多的是集中质调节和集中量调节，两种调节方式基于供热系统基于运行调节基本运行公式。一般具体调节时考虑室内温度比较固定，且供热系统二级站用户按相同的室内温度考虑，并根据热源首站的室外温度变化调整供热参数。对用户热负荷的预测计算多是基于二级站用户相同的室内温度及室外温度条件下得出，热源不能跟踪具体用户的室温调节设定，不能匹配各个用户按需用热的需求，用户侧负荷变化不能实时反馈给热源端作为热源调节的依据。并且，由于热网供热范围大，区域之间室外温度变化存在差异，传统调节计算方式对仅按热源首站室外温度的补偿计算，不能反应此差异。

对于目前采用的部分负荷储热的热电联产供热系统，储热水箱承担设计周期内的部分热负荷，在用热低谷期间，储热水箱储热，当储热量满足周期内热负荷中需要供热的部分负荷量时停止储热；在用热高峰期，储热水箱和热电联产机组共同放热，供热系统一部分有储热水箱提供。一定程度上缓解用热高峰期的用热紧张状况。目前采用的储热系统自动化程度较低，储热系统的调节相对独立，部分仍采用手动控制，或者简单的自动控制，储热系统与热源系统及时准确的联动控制。未能实现“热源-热网-用户-储热”系统调节的有机结合，不利于热电联产供热系统稳定、高效、节能运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种储热智慧供热控制系统及方法，该系统及方法能够实现热源-热网-用户-储热系统调节的有机结合，保证热电联产供热系统稳定、高效、节能运行。

为达到上述目的，本发明所述的储热智慧供热控制系统包括室内实测温度T_nm-n输出端、热网供水温度设定值T_g1输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端、蒸汽压力实测值P₀输出端、温度实测值T₀输出端、疏水温度实测值T₁输出端、蒸汽流量最大值G₀输出端、储热水箱低温侧温度实测值T_h4输出端、第一函数模块、第二函数模块、第三函数模块、第四函数模块、第一逻辑模块、第五函数模块、第六函数模块、第一控制模块、第二逻辑模块、第七函数模块及第二控制模块；

室内实测温度T_nm-n输出端与第一函数模块的输入端相连接，第一函数模块的输出端与第二函数模块的输入端相连接，第二函数模块的输出端与第三函数模块的输入端相连接；

第三函数模块的输出端及热网供水温度设定值T_g1输出端与第四函数模块的输入端相连接，第四函数模块的输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端及第五函数模块的输出端与第一逻辑模块的输入端相连接，蒸汽压力实测值P₀输出端、温度实测值T₀输出端、疏水温度实测值T₁输出端及蒸汽流量最大值G₀输出端与第五函数模块的输入端相连接；

第五函数模块的输出端、热网供水温度设定值T_g1输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端及第一逻辑模块的输出端与第六函数模块的输入端相连接，第六函数模块的输出端与第一控制模块的输入端相连接，第一控制模块与储热水箱补热水泵及热源循环泵的控制端相连接；

储热水箱低温侧温度实测值T_h4输出端及第一逻辑模块的输出端与第二逻辑模块的输入端连接，第二逻辑模块的输出端分别与第七函数模块的输入端及第二控制模块的输入端连接，第七函数模块的输出端与第二控制模块的输入端连接，第二控制模块与储热水箱储热水泵及热源循环泵的控制端连接。

本发明所述的储热智慧供热控制方法包括以下步骤：

1)根据各换热站中各用户的室内温度及室外温度通过第一函数模块计算各换热站中各用户一次侧所需流量及回水温度，再输入至第二函数模块中；

2)通过第二函数模块计算各换热站供热所需总流量以及供热回水温度，然后输入至第三函数模块中；

3)通过第三函数模块计算热网供热所需总流量G_1j以及系统回水温度T_h1j，再输入至第四函数模块中；

4)通过第四函数模块计算热网所需负荷Q_n，再输入至第一逻辑模块5；

5)通过第五函数模块计算热源最大负荷Q_r，再输入至第一逻辑模块中；

6)当Q_n＞Q_r且储热水箱高温侧温度T_g3＞设定值A，则第一逻辑模块输出G_1j及T_h1j至第六函数模块，系统进入同时热源供热及储热水箱补热供热模式，同时转至步骤7)；否则，则第一逻辑模块输出G_1j与T_h1j至第二逻辑模块中，同时转至步骤9)；

7)通过第六函数模块计算得到热源供热计算流量G_2j以及储热水箱补热流量G_3j，再输入至第一控制模块中；

8)通过第一控制模块计算储热水箱高温侧补热计算流量G_3j及热源供热计算流量G_2j，并以此控制储热水箱储热水泵及热源循环水泵的转速；

9)当T_h4＜T_h1，则第二逻辑模块输出G_1j至第七函数模块，系统进入同时热源供热及储热水箱补热供热模式，再转至步骤10)，否则，则第二逻辑模块输出热源供热计算流量G_2j＝G_1j，G₃＝0，并以此通过第二控制模块控制热源热网循环水泵的转速，同时关闭储热水箱储热水泵；

10)通过第七函数模块计算热源供热计算流量G_2j及储热水箱储热计算流量G_4j，再发送至第二控制模块中；

11)第二控制模块根据储热水箱储热计算流量G_4j及热源供热计算流量G_2j，控制储热水箱储热水泵及热源循环水泵的转速。

热源与储热水箱相对于热网并联，热网侧一次网供回水管并联各换热站，其中，换热站的数目为m个，每个换热站均负责n各用户，每个用户设置室内温度传感器，以测量得到温度值T_n1-1-T_nm-n，换热站分别设置室外温度测点，以实测得到室外温度T_w1-T_wm；

则第m个换热站第n户一次侧所需流量G_1m-n及回水温度T_h1-m-n为：

其中，T′_g1，T_g1分别为一级网设计供水温度及热源实际供水温度，T′_h1为一级网设计回水温度，T′_wm为第m个二级站室供暖室外设计温度，B为散热器传热指数，T_nm-n为第m个二级站第n个用户室内测量温度，T′_nm-n为第m个二级站第n个用户室内设计温度，T_wm为第m个二级站室外测量温度，u为第m个二级站混水比，G′_1m-n为第m个二级站第n个用户设计流量。

第m个换热站供热所需总流量G_1mj以及供热回水温度T_h1-mj为：

热网供热所需总流量G_1j以及系统回水温度T_h1j为：

热网所需负荷Q_n为：

Q_n＝f(x5)＝cG_1j(T_g1-T_h1j)

其中，c为水的比热容。

热源最大负荷Q_r为：

Q_r＝G₀(h₀-h₁)η

即Q_r＝f(x6)＝f₆(G₀，T₀，P₀，T₁，η)

其中，G₀为机组能提供给热网加热器的最大蒸汽流量G₀，T₀为热源热网加热器蒸汽入口温度，P₀为热源热网加热器蒸汽入口压力，T₁为热源热网加热器疏水温度，η为热源热网加热器效率。

热源供热计算流量G_2j以及储热水箱补热流量G_3j分别为：

G_3j＝f(x8)＝G_1j-G_2j。

热源供热计算流量G_2j及储热水箱储热计算流量G_4j分别为：

G_4j＝f(x10)＝G_2j-G_1j。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的储热智慧供热控制系统及方法在具体操作时，对二级网用户室内温度及二级网室外温度进行监测，并以此计算二级站各直连用户的循环流量及回水温度，再以此确定热网所需总循环水流量及回水温度、热网所需总热负荷，避免以往对二级站用户室内温度固定在某一个值的计算方式，满足用户按自己设定的室温按需供热的需求，实现按需供热，节约能源。另外，通过热网实时负荷与热源热网加热器实际最大供热量对比，实时确定系统的运行状态，即系统需要热水储罐对热网进行补热还是储热。同时本发明通过计算得到的热水储罐储热/补热流量，为供热系统调节提供依据，实现热源-热网-用户-储热系统控制的闭环，保证热电联产供热系统稳定、高效、节能运行。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明的网络架构图；

图4为本发明的系统图。

其中，1为第一函数模块、2为第二函数模块、3为第三函数模块、4为第四函数模块、5为第一逻辑模块、6为第五函数模块、7为第六函数模块、8为第一控制模块、9为第二逻辑模块、10为第七函数模块、11为第二控制模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1至图4，本发明所述的储热智慧供热控制系统包括第一函数模块1、第二函数模块2、第三函数模块3、第四函数模块4、第一逻辑模块5、第五函数模块6、第六函数模块7、第一控制模块8、第二逻辑模块9、第七函数模块10及第二控制模块11；

室内实测温度T_nm-n输出端与第一函数模块1的输入端相连接，第一函数模块1的输出端与第二函数模块2的输入端相连接，第二函数模块2的输出端与第三函数模块3的输入端相连接；

第三函数模块3的输出端及热网供水温度设定值T_g1输出端与第四函数模块4的输入端相连接，第四函数模块4的输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端及第五函数模块6的输出端与第一逻辑模块5的输入端相连接，蒸汽压力实测值P₀输出端、温度实测值T₀输出端、疏水温度实测值T₁输出端及蒸汽流量最大值G₀输出端与第五函数模块6的输入端相连接；

第五函数模块6的输出端、热网供水温度设定值T_g1输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端及第一逻辑模块5的输出端与第六函数模块7的输入端相连接，第六函数模块7的输出端与第一控制模块8的输入端相连接，第一控制模块8与储热水箱补热水泵及热源循环泵的控制端相连接；

储热水箱低温侧温度实测值T_h4输出端及第一逻辑模块5的输出端与第二逻辑模块9的输入端连接，第二逻辑模块9的输出端分别与第七函数模块10的输入端及第二控制模块11的输入端连接。第七函数模块10的输出端与第二控制模块11的输入端连接，第二控制模块11与储热水箱储热水泵及热源循环泵的控制端连接。

本发明所述的储热智慧供热控制方法包括以下步骤：

1)根据各用户的室内温度及室外温度通过第一函数模块1计算各换热站中各用户一次侧所需流量及回水温度，再输入至第二函数模块2中；

其中，需要说明的是，热源与储热水箱相对于热网并联，热网侧一次网供回水管并联各换热站，其中，换热站的数目为m个，每个换热站负责n各用户，每个用户设置室内温度传感器，测量得到温度值T_n1-1-T_nm-n，换热站分别设置室外温度测点，实测得到室外温度T_w1-T_wm；

其中，第m个换热站第n户一次侧所需流量G_1m-n及回水温度T_h1-m-n为：

其中，T′_g1，T_g1分别为一级网设计供水温度及热源实际供水温度，T′_h1为一级网设计回水温度，T′_wm为第m个二级站室供暖室外设计温度，B为散热器传热指数，T_nm-n为第m个二级站第n个用户室内测量温度，T′_nm-n为第m个二级站第n个用户室内设计温度，T_wm为第m个二级站室外测量温度，u为第m个二级站混水比，G′_1m-n为第m个二级站第n个用户设计流量。

即：

G_1m-n＝f(x1_m-n)＝f₁(T_nm-n，T_wn，T′_nm-n，T′_wm，T′_g1，T′_h1，T_g1，u，B，G′_1m-n)

T_h1-m-n＝f(x2_m-n)＝f₂(t_nm-n，t_wm，t′_nm-n，t′_wm，t′_g1，t′_h1，t_g1，B)

2)通过第二函数模块2计算各换热站供热所需总流量以及供热回水温度，然后输入至第三函数模块3中，其中，第m个换热站供热所需总流量G_1mj以及供热回水温度T_h1-mj为：

3)通过第三函数模块3计算热网供热所需总流量G_1j以及系统回水温度T_h1j，再输入至第四函数模块4中，其中，热网供热所需总流量G_1j以及系统回水温度T_h1j为：

4)通过第四函数模块4计算热网所需负荷Q_n，再输入至第一逻辑模块5，其中，热网所需负荷Q_n为：

Q_n＝f(x5)＝cG_1j(T_g1-T_h1j)

其中，c为水的比热容；

5)通过第五函数模块6计算热源最大负荷Q_r，再输入至第一逻辑模块5中；

具体的，第五函数模块6根据机组能提供给热网加热器的最大蒸汽流量G₀、相应工况条件下蒸汽温度T₀、蒸汽压力P₀及疏水温度T₁计算蒸汽焓值h₀及疏水焓值h₁，再根据蒸汽焓值h₀及疏水焓值h₁计算热源最大负荷Q_r：

Q_r＝G₀(h₀-h₁)η

即Q_r＝f(x6)＝f₆(G₀，T₀，P₀，T₁，η)

其中，G₀为机组能提供给热网加热器的最大蒸汽流量G₀，T₀为热源热网加热器蒸汽入口温度，P₀为热源热网加热器蒸汽入口压力，T₁为热源热网加热器疏水温度，η为热源热网加热器效率；

6)当Q_n＞Q_r且储热水箱高温侧温度T_g3＞设定值A，则第一逻辑模块5输出G_1j及T_h1j至第六函数模块7，系统进入同时热源供热及储热水箱补热供热模式，同时转至步骤7)；否则，则第一逻辑模块5输出G_1j与T_h1j至第二逻辑模块9中，同时转至步骤9)；

7)通过第六函数模块7计算得到热源供热计算流量G_2j以及储热水箱补热流量G_3j，再输入至第一控制模块8中，其中，

G_3j＝f(x8)＝G_1j-G_2j

8)通过第一控制模块8计算储热水箱高温侧补热计算流量G_3j及热源供热计算流量G_2j，并以此控制储热水箱储热水泵及热源循环水泵的转速；

9)T_h4＜T_h1，则第二逻辑模块9输出G_1j至第七函数模块10，系统进入同时热源供热及储热水箱补热供热模式，再转至步骤10)，否则，则第二逻辑模块9输出热源供热计算流量G₂＝G_1j，G₃＝0，并以此通过第二控制模块11控制热源热网循环水泵的转速，同时关闭储热水箱储热水泵；

10)通过第七函数模块10计算热源供热计算流量G_2j及储热水箱储热计算流量G_4j，再发送至第二控制模块11中，其中，

G_4j＝f(x10)＝G_2j-G_1j

11)第二控制模块11根据储热水箱储热计算流量G_4j及热源供热计算流量G_2j，控制储热水箱储热水泵及热源循环水泵的转速。

Claims (8)

1.一种储热智慧供热控制方法，其特征在于，基于储热智慧供热控制系统，所述储热智慧供热控制系统包括室内实测温度T_nm-n输出端、热网供水温度设定值T_g1输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端、蒸汽压力实测值P₀输出端、温度实测值T₀输出端、疏水温度实测值T₁输出端、蒸汽流量最大值G₀输出端、储热水箱低温侧温度实测值T_h4输出端、第一函数模块(1)、第二函数模块(2)、第三函数模块(3)、第四函数模块(4)、第一逻辑模块(5)、第五函数模块(6)、第六函数模块(7)、第一控制模块(8)、第二逻辑模块(9)、第七函数模块(10)及第二控制模块(11)；

室内实测温度T_nm-n输出端与第一函数模块(1)的输入端相连接，第一函数模块(1)的输出端与第二函数模块(2)的输入端相连接，第二函数模块(2)的输出端与第三函数模块(3)的输入端相连接；

第三函数模块(3)的输出端及热网供水温度设定值T_g1输出端与第四函数模块(4)的输入端相连接，第四函数模块(4)的输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端及第五函数模块(6)的输出端与第一逻辑模块(5)的输入端相连接，蒸汽压力实测值P₀输出端、温度实测值T₀输出端、疏水温度实测值T₁输出端及蒸汽流量最大值G₀输出端与第五函数模块(6)的输入端相连接；

第五函数模块(6)的输出端、热网供水温度设定值T_g1输出端、储热水箱高温侧温度实测值T_g3输出端及第一逻辑模块(5)的输出端与第六函数模块(7)的输入端相连接，第六函数模块(7)的输出端与第一控制模块(8)的输入端相连接，第一控制模块(8)与储热水箱补热水泵及热源循环泵的控制端相连接；

储热水箱低温侧温度实测值T_h4输出端及第一逻辑模块(5)的输出端与第二逻辑模块(9)的输入端连接，第二逻辑模块(9)的输出端分别与第七函数模块(10)的输入端及第二控制模块(11)的输入端连接，第七函数模块(10)的输出端与第二控制模块(11)的输入端连接，第二控制模块(11)与储热水箱储热水泵及热源循环泵的控制端连接；

包括以下步骤：

1)根据各换热站中各用户的室内温度及室外温度通过第一函数模块(1)计算各换热站中各用户一次侧所需流量及回水温度，再输入至第二函数模块(2)中；

2)通过第二函数模块(2)计算各换热站供热所需总流量以及供热回水温度，然后输入至第三函数模块(3)中；

3)通过第三函数模块(3)计算热网供热所需总流量G_1j以及系统回水温度T_h1j，再输入至第四函数模块(4)中；

4)通过第四函数模块(4)计算热网所需负荷Q_n，再输入至第一逻辑模块(5)；

5)通过第五函数模块(6)计算热源最大负荷Q_r，再输入至第一逻辑模块(5)中；

6)当Q_n＞Q_r且储热水箱高温侧温度T_g3＞设定值A,则第一逻辑模块(5)输出G_1j及T_h1j至第六函数模块(7)，系统进入同时热源供热及储热水箱补热供热模式，同时转至步骤7)；否则，则第一逻辑模块(5)输出G_1j与T_h1j至第二逻辑模块(9)中，同时转至步骤9)；

7)通过第六函数模块(7)计算得到热源供热计算流量G_2j以及储热水箱补热流量G_3j，再输入至第一控制模块(8)中；

8)通过第一控制模块(8)计算储热水箱高温侧补热计算流量G_3j及热源供热计算流量G_2j，并以此控制储热水箱储热水泵及热源循环水泵的转速；

9)当T_h4＜T_h1,则第二逻辑模块(9)输出G_1j至第七函数模块(10)，系统进入同时热源供热及储热水箱补热供热模式，再转至步骤10)，否则，则第二逻辑模块(9)输出热源供热计算流量G_2j＝G_1j，G₃＝0，并以此通过第二控制模块(11)控制热源热网循环水泵的转速，同时关闭储热水箱储热水泵；

10)通过第七函数模块(10)计算热源供热计算流量G_2j及储热水箱储热计算流量G_4j，再发送至第二控制模块(11)中；

11)第二控制模块(11)根据储热水箱储热计算流量G_4j及热源供热计算流量G_2j，控制储热水箱储热水泵及热源循环水泵的转速。

2.根据权利要求1所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，热源与储热水箱相对于热网并联，热网侧一次网供回水管并联各换热站，其中，换热站的数目为m个,每个换热站均负责n各用户，每个用户设置室内温度传感器，以测量得到温度值T_n1-1-T_nm-n，换热站分别设置室外温度测点，以实测得到室外温度T_w1-T_wm；

则第m个换热站第n户一次侧所需流量G_1m-b及回水温度T_h1-m-n为：

其中，T′_g1,T_g1分别为一级网设计供水温度及热源实际供水温度，T′_h1为一级网设计回水温度，T′_wm为第m个二级站室供暖室外设计温度，B为散热器传热指数，T_nm-n为第m个二级站第n个用户室内测量温度，T′_nm-n为第m个二级站第n个用户室内设计温度，T_wm为第m个二级站室外测量温度，u为第m个二级站混水比，G′_1m-n为第m个二级站第n个用户设计流量。

3.根据权利要求2所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，第m个换热站供热所需总流量G_1mj以及供热回水温度T_h1-mj为：

4.根据权利要求3所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，热网供热所需总流量G_1j以及系统回水温度T_h1j为：

5.根据权利要求4所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，热网所需负荷Q_n为：

Q_n＝f(x5)＝cG_1j(T_g1-T_h1j)

其中，c为水的比热容。

6.根据权利要求5所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，热源最大负荷Q_r为：

Q_r＝G₀(h₀-h₁)η

即Q_r＝f(x6)＝f₆(G₀，T₀，P₀，T₁，η)

其中，G₀为机组能提供给热网加热器的最大蒸汽流量G₀，T₀为热源热网加热器蒸汽入口温度，P₀为热源热网加热器蒸汽入口压力，T₁为热源热网加热器疏水温度，η为热源热网加热器效率。

7.根据权利要求6所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，热源供热计算流量G_2j以及储热水箱补热流量G_3j分别为：

G_3j＝f(x8)＝G_1j-G_2j。

8.根据权利要求7所述的储热智慧供热控制方法，其特征在于，热源供热计算流量G_2j及储热水箱储热计算流量G_4j分别为：

G_4j＝f(x10)＝G_2j-G_1j。