CN117823997B

CN117823997B - 一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法

Info

Publication number: CN117823997B
Application number: CN202410252829.4A
Authority: CN
Inventors: 底志兴; 张兴; 李龙; 田瑞东
Original assignee: Hebei Gongda Green Energy Technology Corp ltd
Current assignee: Hebei Gongda Green Energy Technology Corp ltd
Priority date: 2024-03-06
Filing date: 2024-03-06
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2044-03-06
Also published as: CN117823997A

Abstract

本发明公开了一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，属于能源管理领域，本方法根据热源总量和需求计划确认的计划负荷，根据系统自动汇总的热源实际负荷计算并设置负荷偏差率；利用均温系数附加值及所设置的负荷偏差率的对应关系计算全网均温系数，以网为单位设置各热力站的调控模式并设置调控周期，判断热力站是否参与均值计算并进行全网调控。在结合热源实际供给情况，引入计划负荷的概念，对热源负荷分配及管网进行提前干预调节的自动调控方法。解决由同一个供热管网在不同热力供应单位共同运行管理情况下优化调控策略的问题。

Description

一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法

技术领域

本发明涉及能源管理领域，具体涉及一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法。

背景技术

城市供热集中系统随着城镇规模的增长，供热负荷增大、管网的长度增加带来的控制复杂性对生产调控人员提出了新的挑战，行业的发展一方面通过健全管网基础实施，增加智能感知设备和自动化装置，提升全网感知和调控能力；一方面在热量输配环节采用暖通工艺和数据分析相结合的形式，探索供热系统运行机理与运行数据挖掘系统运行规律互为补充的供热新方法。

目前业内，对于集中供热系统，多采用全网均温计算，然后计算出一次侧阀门开度，以设定阀门开度对热力站机组进行调控的思路，无法实现精细化供热和按需供热，同时对于源网非一体（热源和管网属于两个运营单位）在供热系统普遍出现的源网不协同（热源供热量与管网需热量不匹配），目前业内的调控策略不适应。本文提出了一种在源网非一体（热源和管网属于两个运营单位）的管网调控方式，可以在热力公司基础信息缺失的情况下，最大程度的实现水力平衡和按需供热。

现有技术中以供热管网为单位设置各热力站的调控模式并设置调控周期，判断热力站是否参与均值计算并进行全网调控，热源不足的时候全网各个热力站均匀降低换热量、热源过足的时候全网各个热力站均匀提升换热量，实现整网的平衡供热，但是该调控方法如果不是一个完整的热网（只是整个热网中的一部分，另外一部分管网是前端的其他热力企业）情况下就会出现控制矛盾：调控主体（称作调控主体A）只能针对自己供热范围内的热力站进行调节，管网前端的热力站是另外的调控操作主体（称作调控主体B）。当天气暖和（气温较高）的时候热需求也较小，调控主体B因为减少供热量，就会造成调控主体A供热过量；相反的，当遇到严寒天气（气温急剧降低）的时候供热需求急剧增大，调控主体B 就会增大很多的供热量造成调控主体A的供热不足。相对供热主体A来说，就会出现“不想多供热的时候不得不多供热；想多用热的时候反而没有热”的尴尬局面。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，包括如下步骤：

S1、为各热力站设置目标偏差、持续时长、二次供温上限及各热力站偏移量，根据所设置的目标偏差、持续时长、二次供温上限确定热网工作状态；

S2、根据热源总量和需求计划确认计划负荷，结合热网工作状态并根据自动汇总的热源实际负荷计算并设置负荷偏差率，利用均温系数附加值及所设置的负荷偏差率的对应关系计算全网均温系数；

S3、设置调控周期，以网为单位设置各热力站的调控周期内的调控模式，判断热力站是否参与均值计算，并根据判断结果进行全网调控。

进一步的，所述S1中各热力站的偏移量的表示为：

其中，为热力站中机组/>的偏移量，/>为热站机组x采暖季平均二次供回均温，/>为全网供回均温值。

进一步的，所述S2中负荷偏差率的计算方式为：

式中，为根据热源总量及需求计划确认出计划负荷/预测负荷，/>为系统自动汇总热源实负荷，/>为负荷偏差率。

进一步的，所述S2中利用均温系数附加值及所设置的负荷偏差率的对应关系计算全网均温系数的具体方式为：

S21、利用模糊控制原理将负荷偏差率进行边界可设置的分段，同时对不同分段对应不同的可设置的均温附加数；

S22、根据所计算的负荷偏差率值所在的区段确定对应的均温系数附加值，具体方式为：

若负荷偏差值为正值，则根据负荷偏差值的具体大小分段对应将全网均温系数在1的基础上进行降低；

若负荷偏差值为负值，则根据负荷偏差值的具体大小分段对应将全网均温系数在1的基础上进行增加；

S23、计算全网均温系数，具体计算方式为：

式中，为全网均温系数；/>为全网均温系数初值；/>为均温系数附加值。

进一步的，所述S3包括如下步骤：

S301、计算热源周期供温均值和热源周期供温变化量；

S302、根据S301的计算结果计算全网供回温均值，并计算各热力站的均温目标值，将计算出来的均温目标值转化为阀门开度目标值；

S303、根据S302的计算结果分批次下发热力站模式及阀门开度目标值，并执行调控；

S304、返回等待下一个周期的调控。

进一步的，所述S301具体包括如下步骤：

S3011、每个调控周期内计算涉及到热源出口的供水温度得到每个调控周期供水温度值，并与上个周期的供水温度值相减得到变化温度值；

在本实施例里；

S3012、判断变化温度值的绝对值是否超过一网供温变化阈值，若不是则保持全网均温系数不变，若达到或超过则全网均温系数按比例调整；

S3013、若变化温度值从正数变为负数或从负数变为正数，则全网均温系数直接变为初始设定的全网均温系数；

S3014、若变化温度值持续向一个方向变化多个周期，且每个周期变化范围在一网供温变化预制范围内，则全网均温系数调整为用户设定的全网均温系数。

进一步的，所述S302中全网供回温均值的计算方式为：

其中，为全网供回均温值,，/>为每个热力站机组的偏移量，/>为全网均温系数，为全网供回均温实时值，且

式中，为全网供回温均值，/>为参与的热力站数量，/>为各热力站的二次供温，为热力站编号，/>为各热力站/机组实时回温值，/>为各热力站/机组实时回温值编号。

进一步的，所述S302中各热力站的均温目标值的计算方式为：

其中，为各热力站/机组实时回温值，/>为热力站中机组的偏移系数，/>为全网供回均温值。

本发明具有以下有益效果：

本发明在现有技术的基础上，在结合热源实际供给情况，引入计划负荷的概念，对热源负荷分配及管网进行提前干预调节的自动调控方法, 能有效解决由同一个供热管网在不同热力供应单位共同运行管理情况下优化调控策略的问题。

附图说明

图1为本发明基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、为各热力站设置目标偏差、持续时长、二次供温上限及各热力站偏移量；

当（负荷偏差）＞ A% （目标偏差），且持续 B 小时（持续时长），整网处于超供状态；当/>（负荷偏差）＜ -A% （目标偏差），且持续 B 小时（持续时长），整网处于欠供状态，通过设置的数据限值对整网状态进行提示，防止整网长期处理非正常状态。

设置二次供温上限值C，当上一周期全网二次供回水平均温度实时值超出上限值C时，取上限值C带入后续计算。

在本实施例里，设置不同建筑类型、不同采暖方式的偏移量a，a在初寒期、高寒期和末寒期的取值不一。a可根据上个采暖季初寒期、高寒期和末寒期每个机组二次供回水平均温度与整个供热管网二次供回水平均温度的差值获得。

对于某热力机组x的采暖季平均二次供回均温可表示为：

式中，为热站机组x采暖季平均二次供回均温，单位℃，L为采暖季天数，/>为该机组日平均二次供回均温。

该热站所在管网的全网供回均温值可表示为：

式中，n为管网热力站机组个数；

热力站机组x的偏移量可的表示为：

特别的情况下，若以二次供水温度调控模式，偏移系数按照均温计算，各热力站的偏移系数表示为：

其中，为热力站中机组/>的偏移系数，/>为当前机组/>前一天二次网供回水均温日平均值，/>为全网前一天二次网供回水均温平均值。

下发二次目标供水温度可以由二次供回水均温/>和二次回水温度/>进行换算：

均温系数在每天0:00时刻进行自动计算、更新。

本实施里，根据热源总量及需求计划确认出计划负荷，系统自动汇总热源实际负荷，计算负荷偏差率为：

式中：

——根据热源总量及需求计划确认出计划负荷/预测负荷，单位为MW；

——系统自动汇总热源实负荷，单位为MW；

——负荷偏差率，单位为%。

启用负荷偏差率后，负荷偏差率将与全网均温系数进行关联。

在热源输出定量的情况下，当负荷偏差率大于0时表示实际负荷大于计划负荷/预测负荷，表明此时前端热网无法消耗过多的热量，将热量往后端传递，造成后端热量超出计划负荷造成超供，同理，当负荷偏差率小于0时表示实际负荷小于计划负荷/预测负荷，表明前端热网抢热严重，后段热网供热不足造成欠供。此时应对热网均温系数进行干预，负荷率偏差大于0时，应减小热网均温系数，使各站阀门目标值减小，增大管网阻力，减少热量输送；负荷率偏差小于0时应增大热网均温系数，使各站阀门目标值增大，减小管网阻力，引入更多的热量，具体方式为：

S22、根据所计算的负荷偏差率值所在的区段确定对应的均温系数附加值，如下所示：

1）热源实际负荷与预测负荷/计划负荷差值，即负荷偏差值大于1%低于2%，热网均温系数在1的基础上降低0.1%，即降低0.001；

即超过2%低于3%时，则热网均温系数在1的基础上，降低0.2%，即降低0.002，以此类推，具体如表1所示。

2）热源实际负荷与预测负荷/计划负荷差值，即负荷偏差值大于-2%低于-1%，一网均温系数在1的基础上增加0.1%，即增加0.001；

即大于-3%小于-2%时，则一网均温系数在1的基础上增加0.2%，即增加0.002，以此类推，具体如表1所示。

表1 负荷偏差值与全网均温系数附加值关系

S23、计算全网均温系数，具体计算方式为：

S3、以网为单位设置各热力站的调控模式并设置调控周期，判断热力站是否参与均值计算并根据判断结果进行全网调控。

在本实施例里，各热力机组按照计算的二次供温（或均温）目标值转化为阀门开度目标值运行，机组PLC内置程序根据阀门开度目标值给阀门下发命令，电调阀自动进行开大和开小，最终阀门开度到给定值。

具体而言，如下所示：

调控具体包括如下步骤：

S301、计算热源周期供温均值和热源周期供温变化量；

在本实施例里，具体包括如下方式：

在本实施例里，设定调控周期为1小时，计算涉及到的热源出口的供水温度值得到每个调控周期全网供水温度值，并与上个周期的供水温度值相减得到变化温度值/>。

本实施例里，如果，则全网均温系数保持上次的“全网均温系数”不变；

如果，则全网均温系数增加（或降低）响应的比例，/>

如果变化温度值从正数变为负数或者从负数变为正数，无论变化值大小，则全网均温系数直接变到原有设定的全网均温系数；

S3014、若变化温度值持续向一个方向变化多个周期，且每个周期变化范围在一网供温变化预制范围内，则全网均温系数调整为用户设定的全网均温系数

本实施例里，如果变化温度值持续往一个方向增长（或下降）连续3个周期，但每个周期增长范围在一网供温变化值以内，则全网均温系数直接变到用户设定全网均温系数。

S302、根据S301的计算结果计算全网供回温均值，并计算各热力站的均温目标值；

机组供回温均值的目标值的计算方式为：

其中，为全网供回均温值，/>为每个热力站机组的偏移量，/>为全网均温系数，为全网供回均温实时值，采用各热力站机组的算数平均温度：

式中，为全网供回温均值，/>为参与的热力站数量，/>为各热力站的二次供温，为热力站编号，/>为各热力站/机组实时回温值，/>为各热力站/机组实时回温值编号。参与计算的热力站机组须满足处于供热状态且二次均温实时采集，且公式中各热力站权重都是1。

实时计算出各站的全网供回均温值，则各站均温目标值/>：

其中，为各热力站/机组实时回温值，即计算实时供回均温时对应的各热力站机组实时回温值；/>为热力站中机组x的偏移系数，/>为全网供回均温值。将计算出来的二次供温（均温）目标值转化为阀门开度目标值。

S303、根据S302的计算结果分批次下发热力站模式及阀门开度目标值，并执行调控。设置的目的要充分感受热源供水温度的变化，

S304、返回等待下一个周期的调控，在下一个周期计算时，重复上述步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，其特征在于，包括如下步骤：

S2、根据热源总量和需求计划确认计划负荷，结合热网工作状态并根据自动汇总的热源实际负荷计算并设置负荷偏差率，利用均温系数附加值及所设置的负荷偏差率的对应关系计算全网均温系数，具体方式为：

S23、计算全网均温系数，具体计算方式为：

式中，为全网均温系数；/>为全网均温系数初值；/>为均温系数附加值；

S3、设置调控周期，以网为单位设置各热力站的调控周期内的调控模式，判断热力站是否参与均值计算，并根据判断结果进行全网调控，具体包括如下步骤：

S301、计算热源周期供温均值和热源周期供温变化量；

S302、根据S301的计算结果计算全网供回温均值，并计算各热力站的均温目标值，将计算出来的均温目标值转化为阀门开度目标值，其中全网供回温均值的计算方式为：

其中，为全网供回均温值，/>为每个热力站机组的偏移量，/>为全网均温系数，/>为全网供回均温实时值，且

式中，为全网供回温均值，/>为参与的热力站数量，/>为各热力站的二次供温，为热力站编号，/>为各热力站/机组实时回温值，/>为各热力站/机组实时回温值编号；

S304、返回等待下一个周期的调控。

2.根据权利要求1所述的一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，其特征在于，所述S1中各热力站的偏移量的表示为：

3.根据权利要求1所述的一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，其特征在于，所述S2中负荷偏差率的计算方式为：

4.根据权利要求1所述的一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，其特征在于，所述S301具体包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种基于热网分段供给前馈的全网平衡调控算法，其特征在于，所述S302中各热力站的均温目标值的计算方式为：

其中，为各热力站/机组实时回温值，/>为热力站中机组x的偏移系数，/>为全网供回均温值。