CN116293454A - 一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统、方法及介质 - Google Patents

一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统、方法及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统、方法及介质，系统包括：数据采集模块：用于采集蒸汽管网的实时运行数据；状态监测模块：用于根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；动态调整模块：用于根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。本发明通过对采集的蒸汽管网实时运行数据进行监测分析，对异常运行数据进行报警并预测蒸汽平衡，同时分析蒸汽管网能耗情况，根据实时运行数据结合预测结果和能耗分析结果进行管网优化，以优化蒸汽质量，减少管网损耗，保障管网动态合理供给，减少管网波动，使蒸汽管网实现动态平衡。

Description

一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统、方法及介质
技术领域
本发明涉及蒸汽管网管理技术领域，具体涉及一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统、方法及介质。
背景技术
蒸汽管网系统广泛应用于石油、化工、生化、食品、制药等行业及城市、园区的系统中，主要用于园区、厂区内能源的输送。以工业为例，蒸汽管网直接关系到整个系统的运行、调度及能源的调配，间接影响到园区、厂区的稳定运行，影响产品的质量、品质、产量以及装置的能耗等关键经济指标，是输送动力、能源的重要通道，也是联系各个生产运行环节的生命线。
但实际蒸汽管网运行过程中，由于涉及的管控界面多，用户、操作人员的经验、技法、水平和认知的不同，使得管网运行存在效果良莠不齐，产量、质量以及工况控制不稳定，差异性较大，管理难以标准化，运行参数优化缺少决策依据等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统、方法及介质。
第一方面，一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，包括：
数据采集模块：用于采集蒸汽管网的实时运行数据；
状态监测模块：用于根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；
动态调整模块：用于根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。
进一步地，所述状态监测模块包括：
实时监测模块：用于根据所述实时运行数据分析蒸汽管网的异常运行值；
在线模拟模块：用于根据所述实时运行数据结合预先构建的动态平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡，并根据预测结果获取平衡波动幅度。
进一步地，还包括能耗分析模块，用于根据所述实时运行数据计算管网用能情况，所述管网用能情况包括但不限于管网能源损失、蒸汽折算能源以及动力能耗。
进一步地，所述动态调整模块包括：
异常报警模块：用于根据所述异常运行值进行阈值报警；
动态平衡模块：用于基于所述平衡波动幅度，根据所述实时运行数据和管网用能情况调整蒸汽管网的运行模式，以优化能源供应结构和蒸汽能源配置，直至蒸汽管网达到动态平衡状态。
第二方面，一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法，包括：
采集蒸汽管网的实时运行数据；
根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；
根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。
进一步地，所述根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果，具体为：
根据所述实时运行数据分析蒸汽管网的异常运行值；
根据所述实时运行数据结合预先构建的动态平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡，并根据预测结果获取平衡波动幅度。
进一步地，还包括：根据所述实时运行数据计算管网用能情况，所述管网用能情况包括但不限于管网能源损失、蒸汽折算能源以及动力能耗。
进一步地，所述根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡，具体为：
根据所述异常运行值进行阈值报警；
基于所述平衡波动幅度，根据所述实时运行数据和管网用能情况调整蒸汽管网的运行模式，以优化能源供应结构和蒸汽能源配置，直至蒸汽管网达到动态平衡状态。
第三方面，一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如第二方面所述的方法。
第四方面，一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如第二方面所述的方法。
本发明的有益效果体现在：通过对采集的蒸汽管网实时运行数据进行监测分析，对异常运行数据进行报警并预测蒸汽平衡，同时分析蒸汽管网能耗情况，根据实时运行数据结合预测结果和能耗分析结果进行管网优化，以优化蒸汽质量，减少管网损耗，保障管网动态合理供给，减少管网波动，使蒸汽管网实现动态平衡。
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为本发明实施例一提供的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统的模块框图；
图2为本发明实施例一提供的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统的结构示意图。
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。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，包括：
数据采集模块：用于采集蒸汽管网的实时运行数据；
状态监测模块：用于根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；
动态调整模块：用于根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。
进一步地，所述数据采集模块具体用于采集蒸汽管网各数据产生点的实时运行数据，所述各数据产生点包括但不限于各级管网产蒸汽点、用蒸汽点、管网监控点、末端、排放点以及减温减压点；所采集的实时运行参数包括但不限于蒸汽生产相关数据和环境数据，其中，蒸汽生产相关数据如锅炉煤化参数、主蒸汽压力、蒸汽温度、过热度以及蒸汽流量等。
进一步地，所述状态监测模块包括实时监测模块和在线模拟模块。所述实时检测模块用于根据实时运行数据分析蒸汽管网的异常运行值，常规的异常运行值分析一般将实时运行数据直接与预设阈值进行比较，若某一时刻的运行数据大于或小于预设阈值，则判定为异常运行值，但在实际运行过程中，数据采集存在误差，某个时刻采集的数据可能不准确导致判断错误，影响对蒸汽管网的状态分析，因此，本实施例通过对连续时间段内的实时运行数据采用聚类算法进行异常判断，以提高判断准确率。实时监测模块具体用于：
(1)获取蒸汽管网在标准工况下的各项额定运行数据，将所述额定运行数据迭代划分K个聚类，并获取额定运行数据聚类族群及各个族中心；
(2)确定实时运行数据同K个聚类族之间的匹配度，根据所述匹配度获取异常数据点；
(3)根据所述异常数据点获取邻近时间序列内的不间断m个异常数据点全部或大部分同K个聚类族不同匹配的条件下，即可确定蒸汽管网的异常运行状态，同时，基于上述m个异常数据点产生的时间段可确定蒸汽管网异常运行状态产生的时间；
(4)根据所述异常运行状态确定对应异常数据点为异常运行值。
为方便理解聚类过程，本实施例以S＝{xi|i＝1,2,...N}表示M维度量空间的点表示的N个数据对象的集合。对S进行划分，获取k个子集S1,S2,...,SK的过程称为K-聚类。子集内，各Si均为一个簇，各聚类簇中心可通过表示c1,c2,...,ck。聚类中心cj计算过程如下：
Figure BDA0004201680720000051
式中，nj为族SK内数据对象的数量。利用聚类目标函数判断聚类指令优劣，公式为：
Figure BDA0004201680720000052
式中，xj为数据对象，cj为聚类中心，dij(xj,cj)表示数据对象同xj和cj于的欧式距离，目标函数J表示各数据对象预期所在的聚类中心的距离之和，其值越小说明簇内数据对象相关性越强。迭代优化J值获取最优聚类中心，在J值达到最小值的条件下，所获得的聚类中心为最优聚类中心。
所述在线监测模块用于根据实时运行数据结合预先构建的动态平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡。优选地，本实施例所述供需平衡模型采用常规的预测模型，包括但不限于DBN神经网络模型，获取蒸汽管网的历史运行数据作为训练样本，将该历史运行数据对应的蒸汽管网历史供需状态作为验证样本，通过训练样本和验证样本对预测模型进行训练优化，以生成最优预测模型。将实时运行数据输入至所述最优预测模型中进行预测，以预测蒸汽管网的在当前实时运行数据下对应的供需平衡关系，并根据供需平衡关系获取平衡波动幅度。
优选地，所述在线模拟模块还用于根据蒸汽管网的实时运行数据结合预测模型，以预测蒸汽管网的各个单项关键指标参数，包括但不限于管网关键点的温度、压力、流量以及损失等指标。
进一步地，还包括能耗分析模块，用于根据实时运行数据计算管网用能情况，所述管网用能情况包括但不限于管网能源损失、蒸汽折算能源、动力能耗、蒸汽能效以及蒸汽能量损耗等。
进一步地，所述动态调整模块包括异常报警模块，用于根据异常运行值进行阈值报警。优选地，本实施例所述异常报警模块根据实际生产情况将蒸汽管网异常运行值的报警阈值划分为上限、下限、上上限以及下下限，上限和下限之间定义为正常区间，低于下下限或高于上上限定义为报警区间，报警区间和正常区间之间定义为动态调整区间。当异常运行值位于正常区间，表示当前工况运行条件下该异常运行值在正常波动范围内，异常报警模块将该异常运行值用绿色字体进行显示；当异常运行值位于动态调整区间，表示当前工况运行条件下该异常运行值在系统可自动调整范围内，异常报警模块将该异常运行值用黄色字体进行显示；当异常运行值位于报警区间，表示当前工况运行条件下该异常运行值超出系统可自动调整范围，异常报警模块将该异常运行值用红色字体进行显示，以提示工作人员手动干预。
进一步地，所述动态调整模块还包括动态平衡模块，用于基于平衡波动幅度，根据所述实时运行数据和管网用能情况调整蒸汽管网的运行模式，以优化能源供应结构和蒸汽能源配置，直至蒸汽管网达到动态平衡状态。优选地，动态平衡模块以阶段性调整方式为核心，基于平衡波动幅度根据运行数据和管网用能情况逐步进行平衡调整，本实施例中，包括以下三个阶段：
(a)自动平衡阶段：保证生产连续、稳定运行，在大幅波动时最短时间稳定蒸汽管网压力，以稳定中高压产用汽平衡为主，同时通过优化机组控制达到节能和自动变负荷稳定连续运行；
(b)节能优化阶段：合理调整减温减压器与抽汽的流量分配，减少减温减压器流量，增加抽汽量和蒸汽做功，减少蒸汽管网损耗和异常排放，优化蒸汽质量，提高产量；
(c)调度平衡阶段：用汽设备或供汽设备故障时，自动调整调节设备以及调整供汽，维持蒸汽母管压力及温度稳定，调整各供汽设备负荷，以保障管网动态合理供给，减少管网波动。
基于相同的发明构思，本发明实施例提供了一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法，如图2所示，包括：
S1：采集蒸汽管网的实时运行数据；
S2：根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；
S3：根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。
进一步地，所述根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果，具体为：
根据所述实时运行数据分析蒸汽管网的异常运行值；
根据所述实时运行数据结合预先构建的动态平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡，并根据预测结果获取平衡波动幅度。
进一步地，还包括：根据所述实时运行数据计算管网用能情况，所述管网用能情况包括但不限于管网能源损失、蒸汽折算能源以及动力能耗。
进一步地，所述根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡，具体为：
根据所述异常运行值进行阈值报警；
基于所述平衡波动幅度，根据所述实时运行数据和管网用能情况调整蒸汽管网的运行模式，以优化能源供应结构和蒸汽能源配置，直至蒸汽管网达到动态平衡状态。
需要说明的是，关于一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法更为具体的工作流程，请参考前述系统实施例部分，在此不在赘述。
本发明通过对采集的蒸汽管网实时运行数据进行监测分析，对异常运行数据进行报警并预测蒸汽平衡，同时分析蒸汽管网能耗情况，根据实时运行数据结合预测结果和能耗分析结果进行管网优化，以优化蒸汽质量，减少管网损耗，保障管网动态合理供给，减少管网波动，使蒸汽管网实现动态平衡。
可选地，在本发明的另一优选实施例中，如图3所示，该一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统可以包括：一个或多个处理器101、一个或多个输入设备102、一个或多个输出设备103和存储器104，上述处理器101、输入设备102、输出设备103和存储器104通过总线105相互连接。存储器104用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器101被配置用于调用所述程序指令执行上述方法实施例部分的方法。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器101可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，深度学习显卡(如：华为NPU,英伟达GPU,谷歌TPU)该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
输入设备102可以包括键盘等，输出设备103可以包括显示器(LCD等)、扬声器等。
该存储器104可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器101提供指令和数据。存储器104的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器104还可以存储设备类型的信息。
具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器101、输入设备102、输出设备103可执行本发明实施例提供的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法实施例中所描述的实现方式，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例中一种基于蒸汽管网动态平衡的管理装置更为具体工作流程及相关细节，请参考前述方法实施例部分，在此不再赘述。
进一步地，对应于前述方法及装置，本发明实施例还提供了一种可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现：上述一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的系统的内部存储单元，例如系统的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述系统的外部存储设备，例如所述系统上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述计算机可读存储介质还可以既包括所述系统的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述系统所需的其他程序和数据。所述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元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，或者该技术方案的全部或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所述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-OnlyMemory)、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。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，其特征在于，包括：
数据采集模块：用于采集蒸汽管网的实时运行数据；
状态监测模块：用于根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；
动态调整模块：用于根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。
2.根据权利要求1所述的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，其特征在于，所述状态监测模块包括：
实时监测模块：用于根据所述实时运行数据分析蒸汽管网的异常运行值；
在线模拟模块：用于根据所述实时运行数据结合预先构建的动态平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡，并根据预测结果获取平衡波动幅度。
3.根据权利要求2所述的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，其特征在于，还包括能耗分析模块，用于根据所述实时运行数据计算管网用能情况，所述管网用能情况包括但不限于管网能源损失、蒸汽折算能源以及动力能耗。
4.根据权利要求3所述的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，其特征在于，所述动态调整模块包括：
异常报警模块：用于根据所述异常运行值进行阈值报警；
动态平衡模块：用于基于所述平衡波动幅度，根据所述实时运行数据和管网用能情况调整蒸汽管网的运行模式，以优化能源供应结构和蒸汽能源配置，直至蒸汽管网达到动态平衡状态。
5.一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法，其特征在于，包括：
采集蒸汽管网的实时运行数据；
根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果；
根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡。
6.根据权利要求5所述的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法，其特征在于，所述根据所述实时运行数据对蒸汽管网的运行状态进行分析，并获取运行状态监测结果，具体为：
根据所述实时运行数据分析蒸汽管网的异常运行值；
根据所述实时运行数据结合预先构建的动态平衡模型预测蒸汽管网的供需平衡，并根据预测结果获取平衡波动幅度。
7.根据权利要求6所述的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法，其特征在于，还包括：根据所述实时运行数据计算管网用能情况，所述管网用能情况包括但不限于管网能源损失、蒸汽折算能源以及动力能耗。
8.根据权利要求7所述的一种基于蒸汽管网动态平衡的管理方法，其特征在于，所述根据所述状态监测结果调整蒸汽管网运行模式，以进行管网优化，使蒸汽管网实现动态平衡，具体为：
根据所述异常运行值进行阈值报警；
基于所述平衡波动幅度，根据所述实时运行数据和管网用能情况调整蒸汽管网的运行模式，以优化能源供应结构和蒸汽能源配置，直至蒸汽管网达到动态平衡状态。
9.一种基于蒸汽管网动态平衡的管理系统，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求5-8任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求5-8任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117432945A (zh) * 2023-12-20 2024-01-23 济宁高新公用事业发展股份有限公司 一种实现长输管网节能安全运行控制的监管系统

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