CN118043756A - 具有运行参数优化功能的供暖系统 - Google Patents

Abstract

用于控制供暖系统(1)的方法包括：‑确定次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡；‑在所述次级侧供应温度T₂₂发生振荡的情况下，启动模拟程序，在所述模拟程序中，提供(120)至少所述热交换单元(2)的参数化模型(210)，在所述供暖系统(1)中测量运行数据，并且将该运行数据提供至所述参数化模型(210)；借助于所述参数化模型(210)基于所提供的测量的运行数据来估计所述热交换单元(2)在稳定状态下运行的运行点，向控制器(5)提供由所估计的运行点限定的用于控制器的至少一个运行参数；以及基于所提供的至少一个运行参数来运行所述供暖系统(1)。

Description

具有运行参数优化功能的供暖系统

技术领域

本发明涉及一种优化供暖系统的运行的方法。

背景技术

子站是定位在许多供暖系统中的单元，例如定位在例如连接到区域供暖设施的功率供应网络与包括热消耗装置的家庭供暖网络之间。子站单元通常包括在功率供应网络(power supply network)中的供暖流体与家庭供暖网络之间进行热交换的热交换单元。另外，子站可以包括其他装置，例如温度传感器、流量控制器(例如，阀和恒温器)、压力调节单元以及可选的控制器。相对于热交换器，功率供应网络也被称为初级侧，并且家庭供暖网络则被称为次级侧。

通过这种子站的不正确调试，可以观察到从未达到初级侧设定的流量，因此不能向热消耗装置提供所需的能量以充分地供能，使消费者感到不舒服。这还可以引起供暖系统中的振荡，例如温度振荡。另一后果可能是控制器的参数可能是不正确或不合适的。在控制器是PI控制器或PID控制器的情况下，这样的参数可以例如是P项和/或I项。这可能会导致系统响应不足、无法检测子站的机械故障、压力差设定错误等。

在现有技术的供暖系统中，控制器的运行参数可以手动地调谐或校正，例如通过改变供暖系统的设定并监测供暖系统的后续行为。这是耗时且麻烦的，并且还可能是不期望的，因为它直接影响供暖系统的运行。

因此，总体上优化子站或供暖系统的控制器的控制是有利的，从而消除振荡的主要原因。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种用于控制供暖系统的方法，其中无论运行条件如何，都能够获得对供暖系统的最佳控制。

本发明的实施例的另一目的是提供一种用于控制供暖系统的方法，其中最大程度减小温度振荡的风险。

本发明的实施例的又一目的是提供一种用于控制供暖系统的方法，其中能够以简单且可靠的方式获得最佳控制参数。

根据第一方面，本发明提供了一种用于控制供暖系统的方法，所述供暖系统包括控制器、热交换单元和至少一个热消耗装置，其中在所述热交换单元中在初级侧流体与次级侧流体之间发生热交换，并且其中次级侧流体从所述热交换器单元经由次级侧供应管线被供应到所述至少一个热消耗装置，所述方法包括以下步骤：

-使所述供暖系统运行，同时监测在所述次级侧供应管线中流动的流体的次级侧供应温度T₂₂，并且确定所述次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡；

-在所述次级侧供应温度T₂₂发生振荡的情况下，启动模拟程序，所述模拟程序包括：

-提供至少所述热交换单元的参数化模型，

-测量所述供暖系统中的运行数据，并且将测量得到的运行数据提供至所述参数化模型，以及

-借助于所述参数化模型并且基于所提供的测量得到的运行数据来估计所述热交换单元在稳定状态下运行的运行点，所述运行点限定用于所述控制器的至少一个运行参数，

-向所述控制器提供所估计的运行点的所述至少一个运行参数；以及

-随后基于所提供的至少一个运行参数来使所述供暖系统运行。

因此，根据第一方面，本发明提供了一种用于控制供暖系统的方法。该供暖系统包括控制器、热交换单元以及至少一个热消耗装置。控制器处理对供暖系统的至少一部分的控制。

在热交换单元中，在初级侧流体与次级侧流体之间进行热交换。热交换单元的初级侧连接到供暖供应，例如呈任何类型的供暖设施的形式，例如区域供暖网络、地热供暖系统、太阳能供暖系统等或它们的组合。相应地，初级侧流体从供暖供应经由初级侧供应管线被供应到热交换单元，并且经由初级侧返回管线从热交换单元返回。

热交换单元的次级侧连接到包括至少一个热消耗装置的家庭供暖系统。相应地，次级侧流体从热交换单元并经由次级侧供应管线被供应到至少一个热消耗装置。当次级侧流体已经行进通过至少一个热消耗装置时，该次级侧流体经由次级侧返回管线返回到热交换单元。

在根据本发明的第一方面的方法中，首先使供暖系统运行。在此期间，监测在次级侧供应管线中流动的流体的次级侧供应温度T₂₂。换句话说，监测离开热交换单元以便将其供应到至少一个热消耗装置的次级侧流体的温度。此外，确定次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡。这将在下面进一步详细描述。

次级侧供应温度T₂₂的振荡可以是供暖系统以次优方式运行的指示。这可能是由于在给定的运行条件下以不适当或不最佳的方式设定或选择控制器的一个或多个运行参数。相应地，希望避免次级侧供应温度T₂₂的振荡。

因此，在确定次级侧供应温度T₂₂发生振荡的情况下，启动模拟程序，目的是识别控制器的一个或多个运行参数，这将导致该控制器在给定的运行条件下以适当和/或最佳的方式运行。模拟程序按以下方式执行。

提供至少所述热交换单元的参数化模型。参数化模型反映至少该热交换单元的任何设计规范，并且可能还反映供暖系统的其他部件的任何设计规范。相应地，参数化模型反映了实际供暖系统或至少热交换单元在受到整个供暖系统的给定的一组运行数据(例如，包括各种温度水平、压力水平、流量等)时如何反应。参数化模型还可以反映控制器的当前应用的运行参数和/或设定。因此，参数化模型可以被视为供暖系统或至少热交换单元的数字孪生(digital twin)。

接下来，测量供暖系统中的运行数据并将该运行数据提供至参数化模型。运行数据可以例如包括测量得到的温度、压力水平、流量、和/或可以被认为与供暖系统的运行相关的任何其他合适类型的测量得到的数据。相应地，表示实际和运行中的供暖系统中的当前运行条件的运行数据被馈送到参数化模型。

最后，应用该参数化模型来估计热交换单元在稳定状态下运行的运行点，并且其中该运行点限定用于控制器的至少一个运行参数。该估计是基于所提供的测量得到的运行数据。相应地，使用反映真实的供暖系统如何对各种运行条件做出反应的参数化模型并且基于在真实的供暖系统中实际发生的运行数据来执行估计。因此，可以假设所估计的运行点准确地反映了真实的供暖系统将如何对实际发生的运行条件做出反应。

在本上下文中，术语“稳定状态”应当被解释为意味着以至少避免温度振荡的方式运行热交换单元。

相应地，在估计步骤期间，可以调整或调谐用于控制器的控制参数，直到达到导致热交换单元在稳定状态下运行的一组控制参数。由于这是使用反映了供暖系统如何实际反应的参数化模型并且基于实际发生的运行条件来完成的，因此可以假设这一组控制参数表示将导致真实的热交换单元在给定的运行条件下在稳定状态下运行的一组控制参数。这完成了模拟程序。

在由参数化模型限定的数字孪生中单纯执行上述模拟程序，其得到用于控制器的所估计的控制参数。相应地，在不影响真实的供暖系统的实际运行的情况下，可以获得控制器的关于在稳定状态下运行热交换单元方面的最佳控制参数。此外，这是准确且高效的，不涉及手动工作或仅涉及很少的手动工作，并且甚至可以在供暖系统的现场在没有技术人员的情况下执行。

在模拟程序完成时，将所估计的运行点的至少一个运行参数提供至控制器。相应地，控制器设有可以被假设导致热交换单元在稳定状态下运行的至少一个运行参数。

最后，随后基于所提供的至少一个运行参数来运行供暖系统，并且由此以可以预期导致热交换单元在稳定状态下运行并且避免温度振荡的方式进行运行。

所述方法还可以包括以下步骤：

-借助于所述参数化模型并且基于所提供的测量得到的运行数据，来调查在所述供暖系统的当前设定下能够达到所述次级供应温度T₂₂的目标温度T_target是否可行；以及

-在达到所述目标温度T_target是不可行的情况下，生成警报。

根据该实施例，参数化模型(即，至少热交换单元的数字孪生)还被应用于调查该供暖系统的当前设定是否允许达到次级供应温度T₂₂的指定的目标温度T_target，在上述模拟程序中经受对控制器的运行参数的调谐。如果这被认为不可行，则可以得出结论，供暖系统的当前设定相对于最佳设定相差太远以至于自动估计是不够的，并且可能对供暖系统的设定需要更根本的改变。此外，手动调谐用于控制器的运行参数可能是必要的。

因此，当上述调查表明达到目标温度T_target是不可行的则生成警报，以便引起操作者对此的注意，并且基于此决定如何进行。此外，在这种情况下，模拟程序可以被中断或不开始。

估计所述运行点的步骤可以包括：执行阶跃响应模拟并且收集模拟后数据。根据该实施例，当执行模拟程序时，一个或多个运行设定或运行参数以逐步的方式改变，并且被馈送到参数化模型。在这样的逐步改变之后，监测参数化模型对改变的响应，并且收集模拟后数据。如果真实的供暖系统在运行设定或运行参数中经受相同的逐步改变，则模拟后数据对应于将由真实的供暖系统生成的真实运行数据。

当参数化模型稳定后，执行运行设定或运行参数的新的逐步改变，并且再次监测参数化模型的响应。重复此过程，直到达到热交换单元的稳定状态。相应地，在监测参数化模型的响应的同时，以小步长调整或调谐运行设定或运行参数。

所述方法还可以包括通过调查所述至少一个运行参数是否在预定范围内，来执行对由所述运行点限定的所述至少一个运行参数的一致性检查的步骤。

根据该实施例，其进一步确保由模拟程序得到的至少一个运行参数实际上在预定范围内。预定范围可以例如表示在供暖系统的运行期间不应被超过的边界或限制。例如，预定范围可以表示由供暖系统的操作者和/或所有者或消费者设定的边界或限制，以便确保满足消费者或用户的某些系统要求和/或最低要求，例如在供暖能力、温度等方面的要求。因此，确保了在完成模拟程序时被提供到控制器的至少一个运行参数不与总体或一般要求或期望冲突。

测量得到的运行数据可以包括至少一个流量和/或至少一个温度。该至少一个流量可以是初级侧流体的流量和/或次级侧流体的流量。该至少一个温度可以是初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂和/或次级侧返回温度T₂₁。所有这些流量和温度都与供暖系统的运行相关，特别是关于确保向至少一个热消耗装置适当的热供应，以及关于避免供暖系统中的振荡。

替代性地或附加地，可以测量其他类型的运行数据，例如供暖系统的各部分的压力水平。

所述供暖系统还可以包括被布置成控制所述供暖系统的一部分中的压力差的压力调节单元，并且测量得到的运行数据可以包括所述供暖系统的所述部分中的实际压力差，其中所述压力差是由所述压力调节单元控制的。压力调节单元可以例如被布置成控制跨主流量控制器(例如，控制阀的形式)的压力差。

供暖系统的相关部分中的压力差，例如如上所述跨主流量控制器的压力差，可以指示供暖系统如何执行。例如，需要某一量级的压力差以驱动流体流通过供暖系统的一部分。根据该实施例，在模拟程序期间，关于实际压力差的相关信息作为测量得到的运行数据的一部分被提供至参数化模型。相应地，所得到的用于控制器的运行参数也考虑了压力差。

确定所述次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡的步骤可以包括：跟踪所述次级侧供应温度T₂₂的控制误差。

根据该实施例，可以根据设定点策略来控制次级侧供应温度T₂₂。在这种情况下，设定表示对于次级侧供应温度T₂₂希望获得的温度的设定点温度，并且控制供暖系统以使实际的次级侧供应温度T₂₂接近该设定点温度。为此，监测设定点温度与测量得到的次级侧供应温度T₂₂之间的差，并且控制器寻求最大程度减小该差。这种差有时被称为控制误差，并且由控制器应用的控制策略可以包括反馈环路。

在次级侧供应温度T₂₂不发生振荡的情况下，控制误差将以平滑且无波动的方式接近于零。另一方面，在次级侧供应温度T₂₂发生振荡的情况下，控制误差将波动，并且可能呈现负值以及正值。相应地，控制误差是关于次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡的相关指标。

所述热交换单元在稳定状态下运行的所述运行点可以限定与初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂、次级侧返回温度T₂₁、初级侧流量和/或次级侧流量相关的稳态运行。这些温度和流量都与供暖系统是否适当且有效地运行相关。

所述控制器可以是比例积分(proportional integral，PI)控制器或比例积分微分(proportional integral derivative，PID)控制器，并且所估计的所述运行点的所述至少一个运行参数可以包括所述控制器的比例项(P)和/或积分项(I)。

PI控制器和PID控制器包括反馈环路，并且基于测量得到的参数与该测量得到的参数的设定点值之间的控制误差来执行控制。控制器组合比例和积分控制动作，并且比例部分由比例项(P)限定，并且积分部分由积分项(I)限定。相应地，P项和I项与控制器如何运行相关，并因此以适当的方式选择这些参数是相关的。因此，借助于模拟程序来估计P项和/或I项是适当的。

替代性地或附加地，在模拟程序期间可以估计用于控制器的其他相关运行参数。例如，这可能与所述控制器是除了PI或PID控制器之外的另一种类型控制器的情况相关。

该方法还可以包括估计不能作为测量得到的运行数据获得的运行数据的步骤，并且，可以进一步基于所估计的所述运行数据来执行估计所述热交换单元在稳定状态下运行的运行点的步骤。

在某些情况下，被认为是执行模拟所必需的所有运行数据的测量版本可能不能获得。例如，测量一些参数可能是困难的或甚至不可能的。例如，与次级侧流量相关的数据可能就是这种情况。根据该实施例，用估计值来替换这种不能获得的运行数据，以用于基于一组尽可能完整的运行数据来执行模拟程序的目的，以获得对于控制器尽可能准确的运行参数。

该方法还可以包括如下步骤：将测量得到的运行数据的采样速率与所述供暖系统和/或容纳所述热交换单元的子站的最快动态分量进行比较，以及在所述采样速率快于所述最快动态分量的情况下，选择用于估计所述运行数据的第一方法M1，并且在所述采样速率慢于所述最快动态分量的情况下，选择用于估计所述运行数据的第二方法M2。

根据该实施例，至少两个选项可用于估计不可获得的运行数据，即分别是第一方法M1和第二方法M2。基于测量得到的运行数据的(即，实际上可获得作为测量得到的数据的运行数据的)采样速率与供暖系统或至少容纳热交换单元的子站的动态行为之间的比较，为估计不能获得的运行数据选择第一方法M1或第二方法M2。因此，在采样速率快于最快动态分量的情况下，选择第一方法M1，并且在采样速率慢于最快动态分量的情况下，选择第二方法M2。

第一方法M1可以包括使用诸如卡尔曼滤波器算法(Kalman filter algorithm)之类的算法，其递归地估计不能获得的运行数据，例如次级侧流量。其他合适的算法包括最小二乘算法(least-squares algorithms)或改进的卡尔曼滤波器(modified Kalmanfilters)，例如萨利切夫的“波算法”(Salychev’s“wave algorithm”)，以及热消耗装置的消耗的统计模式。在任何情况下，第一方法M1应当优选地包括动态行为。

第二方法M2可以包括使用热交换单元的静态模型，并且其可以省略任何时间动态。这比应用上述动态方法更容易且更简单，但是由于采样速率慢，可以被认为足够精确。

可以在云服务处执行所述模拟程序。根据该实施例，用于控制器的运行参数的调整或调谐和模拟程序可以作为外部服务来提供，其可以在不物理访问供暖系统的现场的情况下执行。例如，模拟程序可以由服务提供商执行。

根据第二方面，本发明提供了一种用于控制供暖系统的运行的控制器，其中该控制器被配置为执行根据本发明的第一方面的方法。上述内容同样适用于此。

根据第三方面，本发明提供了一种用于供暖系统的子站，所述子站包括热交换单元和主流量控制器，其中至少所述主流量控制器被配置为根据本发明的第一方面的方法来运行。子站还可以包括压力调节单元，例如该压力调节单元被配置为控制跨主流量控制器的压力差。上述内容同样适用于此。

根据第四方面，本发明提供一种供暖系统，其包括根据本发明的第二方面的控制器和/或根据本发明的第三方面的子站。

附图说明

图1示出了可以实施根据本发明的实施例的方法的示例性供暖系统；

图2是图示本发明的第一实施例的流程图，包括用于获得优化运行参数的模拟，包括检查获得供暖系统的稳定状态的可行性的步骤；

图3是图示参数优化方法的附加步骤的流程图；以及

图4是图示添加模拟以获得缺失参数数据的流程图。

具体实施方式

详细描述和具体示例虽然指示了本发明的实施例，但是仅以示例的方式给出，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改通过详细描述对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

图1图示了向一个或多个热消耗装置4供应供暖流体的示例性供暖系统1。供暖流体在初级侧处经由初级侧供应管线6以初级侧供应温度T₁₁供应至热交换单元2，并且经由初级侧返回管线7以初级侧返回温度T₁₂返回。该供暖流体也被称为初级侧流体。

初级侧供应管线6和初级侧返回管线7连接到任何类型的供暖设施，诸如区域供暖网络、地热供暖系统、太阳能供暖系统等、或者它们的组合。

在图示的实施例中，热交换单元2经由次级侧供应管线8和次级侧返回管线9连接到次级侧供暖系统。在热交换单元2中，在经过该热交换单元2的次级侧流体与初级侧流体之间交换热，从而提供了以局部供应温度T₂₂被供应到次级侧供应管线8并且通过次级侧返回管线9以次级侧返回温度T₂₁返回的次级侧流体。

次级侧供暖系统包括一个或多个热消耗装置4，诸如散热器、地板供暖系统、用水水龙头等，以及任何所需的流量控制器10，诸如阀和/或恒温器(thermostat)。

供暖系统1还包括压力调节单元3，该压力调节单元3在图示实施例中定位在初级侧供应管线6处，并且适于维持该供暖系统1中的在这种情况下其定位在初级侧供应管线6中的部分的基本恒定的压力。这允许独立于压力波动的初级侧流体流的液压平衡。通过将压力调节单元3替代性地定位在初级侧返回管线7处可以获得相同的优点。

替代性地或附加地，如压力调节单元3的压力调节可以适于实现次级侧流体的液压平衡，并且因此该压力调节单元3可以定位在次级侧供应管线8处或次级侧返回管线9处。

压力调节单元3可以包括适于控制供暖系统1的一部分中的压力差的任何类型的压力调节阀，并且因此可以与供暖系统1的两个位置压力连通，该两个位置之间的压差是压力差。压力调节单元3将压力差控制成可调整的设定点压力差。可以在例如欧洲专利公开3093729中找到一种这样的示例性压力调节阀。

控制器5可以被定位成与压力调节单元3进行数据交换通信，其中数据交换通信可以是任何类型的，诸如无线的、有线的、数字的、模拟的等。控制器5可以适于向压力调节单元3提供设定点压力差信号，或者通过调整压力调节单元3的位置以设定主流量控制器10a的最大开度的期望的流动，来修改跨主流量控制器10a的压力差，从而控制供暖系统1到所期望的流量。

温度传感器11可以被定位成测量供暖系统1中的流体的温度，例如被定位成测量初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂和/或次级侧返回温度T₂₁。温度传感器(未示出)也可以被定位成连接到各个热消耗装置4，从而测量(一种或多种)经过的次级流体的入口温度和出口温度中的任一或全部温度和(一个或多个)环境温度。(一个或多个)热消耗装置4的消费者可以请求一空间(例如，客厅)的某一温度，这将被反映在所测量的室内温度、和/或(一个或多个)热消耗装置4的入口温度和/或出口温度，例如被反映在入口温度与出口温度之间的差。

在许多供暖系统1中，供暖系统1的初级侧与次级侧之间的分隔由包括热交换单元2的子站(substation)单元12形成。另外，子站单元12可以包括其他装置，诸如温度传感器11、流量控制器10a(例如，阀和/或恒温器)、压力调节单元3以及可选的控制器5。因此，子站12可以被安装并连接作为一方面呈初级侧供应管线6和初级侧返回管线7的形式的初级侧流系统和另一方面呈次级侧供应管线8和次级侧返回管线9的形式的次级侧流系统以及相关联的热消耗装置4和其他部件之间的链路。

一般地，供暖系统1中的许多装置，例如流量控制装置10、10a(例如，阀和恒温器)、压力调节单元3、热交换单元2以及因此子站12观察非线性和动态的行为。例如当次级侧流量改变时，这以非线性方式影响热交换单元2的输出的次级侧供应温度T₂₂。

控制器5适于控制和调节供暖系统1的运行，例如流体进入和离开热交换单元2的流动、压力和温度。控制器5可以包括处理器，并且可以作为例如PI或PID控制器来运行，这部分被称为PI或PID控制器。控制器5还可以包括存储器，该存储器存储所需的参数，诸如关于运行点的数据、运行数据和标称数据或设定。

在本上下文中，运行点是指供暖系统1的稳定状态下的实际值和子站12的可能值。

子站12的运行点可以由若干个变量来限定，例如初级侧流量、次级侧流量、初级侧供应温度T₁₁、次级侧供应温度T₂₂、主流量控制器10a上的压力差等。对于供暖系统1本身，运行点可以另附加地包括(一个或多个)热消耗装置4的入口温度和/或出口温度等。在本发明中，可以使用选定数量的此类变量作为数据输入。

本上下文中的运行数据是指一般在供暖系统1中、或者更具体地在子站12中测量或运行的实际数据。这些数据包括测量得到的数据，诸如初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂、次级侧返回温度T₂₁以及相应的初级侧流量和次级侧流量。这可以包括可能存储在控制器5的存储器中或存储在云中的最新数据或多个实际测量的且已知的数据，例如最新的N个测量值，N是任何自然数。

标称数据或设定值通常被称为设定的运行数据，诸如初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂、次级侧返回温度T₂₁以及相应的初级侧流量和次级侧流量。这些是控制器5旨在通过控制在供暖系统1中获得的值。通常“标称数据”也被称为“设计数据”，例如设计流量和设计压力。

标称数据或设定值不需要与运行点的数据相同，这是因为供暖系统1的动态要求可能使设定的运行“移动”远离稳定状态。控制器5然后运行以便保持运行值稳定并且至少接近标称值或设定值。控制器5旨在将次级侧供应温度T₂₂保持在期望的设定点，而不管运行点(例如，次级流或初级侧供应温度T₁₁)如何变化。

在图1所图示的供暖系统1中，主流量控制器10a定位在初级侧供应管线6处，但是其可以定位在可替代的位置，类似于压力调节单元3，并且该主流量控制器10a可以可选地集成到压力调节单元3中，从而形成共享的压力和流量控制单元。主流量控制器10a可以连接到致动器以调节其阀开度(valve opening)，其中致动器可以被远程地控制，例如通过控制器5被远程地控制。在图1中，主流量控制器10a和压力调节单元3被指示为子站12的一部分。

通过这种子站12的不正确调试，可以观察到从未达到初级侧标称流量(初级侧供应管线6和/或初级侧返回管线7中的设定点流量)，因此不能向热消耗装置4提供所需的能量以充分地供能，使消费者感到不舒服。在更高需求的情况下，这导致次级侧供应温度T₂₂下降到低于期望的设定点。这可以引起次级侧供应温度T₂₂中的振荡。

聚焦于对热交换单元2的次级侧的温度的控制，并且假设热交换单元2的初级侧的压力稳定，次级侧供应温度T₂₂中的振荡的一个原因可以归因于子站12的运行点。

当子站12远离其标称运行点(诸如流量、温度等运行设定)运行时，例如与非线性的热交换单元2结合的主流量控制器10a的非线性，PI控制器5可以引起主流量控制器10a的振荡响应。这进而又引起流量的振荡，该流量的振荡固有地通过非线性的热交换单元2传播。由于温度和流量之间的相移，由控制不良而引起的振荡可能会影响能量测量、增加磨损等。在任一情况下，对供暖系统1的控制，例如借助于控制器5根据控制器参数控制子站12来对供暖系统1的控制变得不足，并且可能发生振荡，或者可能向热消耗装置4供应的热不足以导致消费者的不适，或者甚至可能供应过多的热从而导致热或功率的浪费。控制器参数是指预定的设定值，例如温度设定点。

因此，有利的是，优化对控制器5的控制以消除由于例如次优调谐的PI控制器5而导致的子站的振荡的主要原因。

正确调试的子站12还不能保证控制环路的最佳运行。为了消除供暖系统1中的振荡，本发明引入了控制重新调谐功能，其基于子站12或者至少通常与子站12相关联的部分的运行点，并且将控制器5的控制器参数调整到它们在当前运行点处的最佳值。

例如，在低功率消耗的情况下，通过将控制器5自动地重新调谐到当前运行条件附近来消除控制环路的不稳定性。这意味着子站12实际上可以自主地起作用并因此调整其自身的运行参数，例如基于季节性。

该解决方案基于控制器5对子站12或热交换单元2的数字孪生(适当的数学模型)的连续调谐，其由在线数据支持。

因此，本发明涉及一种用于控制供暖系统1的方法，也参见图2和图3，并且包括以下步骤：提供100热交换单元2的运行数据200，以及识别110供暖系统2的流中是否存在振荡以及是否检测到振荡，开始包括以下步骤的模拟程序。

a)提供120热交换单元2的参数化模型210，并且在该参数化模型210上使用实际测量得到的运行数据，来估计热交换单元2将在稳定状态下运行的运行点。

b)检查130达到目标温度T_target的可行性。

一般地，在实施例中，模拟程序140附加地包括主流量控制器10a的参数化模型220，其与热交换单元2的参数化模型210以及其他所包括的装置的可能的参数化模型一起形成子站12的模型。

由于供暖系统1中的许多装置，例如流量控制装置10、10a(例如，阀和恒温器)、压力调节单元3、热交换单元2以及因此子站12，观察到非线性和动态的行为，因此参数化模型210、220也可以是非线性的和动态的。

在实施例中，可以根据通过跟踪控制误差的方法来检测振荡，该控制误差可以基于次级侧供应温度T₂₂或次级侧返回温度T₂₁，例如跟踪所述误差e_k＝T_22，k-T^R _22，k。这里，“k”是指编号k的样本数据，并且“R”表示与设定点温度对应的参考温度。

目标温度T_target可以与达到目标初级侧返回温度T₁₂相关。

热交换单元2的运行点与热交换器的初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂、次级侧返回温度T₂₁以及相应的初级侧流量和次级侧流量相关。

可以通过以下来检查可行性：使用热交换单元210的参数化模型210以及可选的主流量控制器10a的参数化模型220，并且基于次级侧处所需的负载、功率来估计主流量控制器10a是否可以被充分地打开，以识别子站12是否可以完全根据热消耗装置4的热需求来输送所需的功率。

还如先前所述，运行数据包括测量得到的数据，诸如初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂、次级侧返回温度T₂₁以及相应的初级侧流量和次级侧流量。这可以包括可能存储在控制器5的存储器中或存储在云中的最新数据或多个实际测量得到的且已知的数据，例如最新的N个测量值，N是任何自然数。

在一个实施例中，压力调节单元3的压力差设定点和/或主流量控制器10a上的测量得到的压力差还可以被包括作为运行数据200，可选地作为模拟程序140的实际输入。

在一个实施例中，当前的控制器参数可以被包括到运行数据中，或者至少由模拟程序使用。

参考图4，如所指示的形成运行数据的这些数据中的一些或全部数据可能并不总是可获得的，尤其是与次级侧流量相关的那些数据，并且在这种情况下采用估计技术。

包括两种不同的方法，其中基于可获得的运行数据进行选择。

第一方法M1包括使用诸如卡尔曼滤波器算法(Kalman filter algorithm)之类的算法，其递归地估计次级侧流量以及可能的一些其他缺失数据。其他可能的算法可以是最小二乘解(least-squares solutions)或改进的卡尔曼滤波器(modified Kalmanfilters)，例如萨利切夫的“波算法”(Salychev’s“wave algorithm”)，以及热消耗装置的消耗的统计模式，或者可以直接地测量次级流。

第二方法M2包括使用热交换单元2的静态模型，从而省略任何时间动态并以更静态的方式估计次级侧流量。

如所指示的，第一方法M1和第二方法M2之间的选择取决于可获得的运行数据。如果数据被采样快于供暖系统1或子站12中最快动态分量(fastest dynamic component)，则使用第一方法M1，否则当采样慢于最快动态分量时，则使用第二方法M2，使用静态模型和平均的传感器读数。

如果断定达到(一个或多个)目标温度(例如，(一个或多个)热消耗装置4的目标温度)不可行，则该方法可以包括生成警报或指示错误的步骤。此外，可以启动用于避免振荡所已知的运行参数的运行改变，但是，例如通过改变输出，如改变由热消耗装置4传递给消费者的温度，从而“推翻”消费者设定。后一实施例优选地与系统应通过其他装置来校正的警报或错误指示相结合。

如果达到(一个或多个)目标温度T_target是可行的，则模拟程序包括140(参见图3)以使用热交换单元模型210来运行模拟以找到模型稳定状态。

一旦找到模型稳定状态，模拟程序包括150以进行阶跃响应模拟(step responsesimulation)并收集模拟后数据，在本上下文中，这意味着供暖系统1的所估计的运行数据和设定避免振荡并根据消费者要求进行运行，例如由热消耗装置4传送所要求的温度。

阶跃响应模拟是系统中运行参数的突然变化，其允许优化控制器5的参数，使得控制器5以功率高效且对变化稳健的方式运行。简而言之，这是对初级流的操纵，并且模拟对被供应至消费者的次级出口温度T₂₂的影响。

因此，在执行阶跃响应模拟150之后，使用子站模型210，该方法可以计算160最佳控制器参数，并且执行一致性检查。一致性检查可以包括检查该最佳控制器参数是否在预定范围内，该范围可能存储在控制器5的存储器、云等中。

最后，退出170优化算法，并且控制器5返回以根据优化后的控制器参数进行运行。

子站的示例性模型

对主控制阀10a的行为进行精确建模是困难的任务。然而，从温度控制的视角来看，实施例中的重要特性(其静态特性)是用单个等式描述的。这是因为即使存在某些因此被忽略的重要现象，这些现象或者比热传递动力学(流相对于阀开度的动态响应)快得多，或者太慢(如表面劣化，例如主流量控制器10a的表面劣化)，或者简单地没有足够的影响(如滞后)。如果这些以及其他未提及的现象在阀的运行期间变得明显，则这些现象可以被视为故障。

因此，在示例性实施例中，相关的唯一映射是阀静态特性：

这里，φ是流量，并且kv(p)是作为阀开度y(对应于心轴或阀销位置)的函数的阀特性(例如，主流量控制器10a的阀特性)，并且p是阀上的压力差。这些特性可以通过拟合于实验数据的简单多项式来建模。

附图标记

1——供暖系统

2——热交换单元

3——压力调节单元

4——热消耗装置

5——控制器

6——初级侧供应管线

7——初级侧返回管线

8——次级侧供应管线

9——次级侧返回管线

10——流量控制器/阀/恒温器

10a——主流量控制器

11——温度传感器

12——子站

13——流量测量装置

100——提供(一个或多个)热消耗装置的运行数据的方法步骤

110——识别在供暖系统中是否存在振荡的方法步骤

120——提供(一个或多个)热消耗装置的参数化模型估计的方法步骤

130——使用(一个或多个)热消耗装置的运行数据和参数化模型估计的方法步骤

140——检查达到(一个或多个)目标温度T_target的可行性的方法步骤

150——如果达到(一个或多个)目标温度T_target是可行的，则模拟程序包括使用热交换单元模型来运行模拟以找到模型稳定状态的方法步骤

160——当找到模型稳定状态时，模拟程序包括进行阶跃响应模拟并收集数据的方法步骤

170——一致性检查包括检查最佳控制器参数是否在预定范围内的方法步骤

200——输入到模拟的运行数据

210——热交换单元的参数化模型

220——主控制阀的参数化模型

T₁₁——初级侧供应温度

T₁₂——初级侧返回温度

T₂₂——次级侧供应温度

T₂₁——次级侧返回温度

Claims (16)

1.一种用于控制供暖系统(1)的方法，所述供暖系统(1)包括控制器(5)、热交换单元(2)和至少一个热消耗装置(4)，其中在所述热交换单元(2)中在初级侧流体与次级侧流体之间发生热交换，并且其中次级侧流体从所述热交换器单元(2)经由次级侧供应管线(8)被供应到所述至少一个热消耗装置(4)，所述方法包括以下步骤：

-使所述供暖系统(1)运行，同时监测在所述次级侧供应管线(8)中流动的流体的次级侧供应温度T₂₂，并且确定所述次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡；

-在所述次级侧供应温度T₂₂发生振荡的情况下，启动模拟程序，所述模拟程序包括：

-提供(120)至少所述热交换单元(2)的参数化模型(210)，

-测量所述供暖系统(1)中的运行数据，并且将测量得到的运行数据提供至所述参数化模型(210)，以及

-借助于所述参数化模型(210)并且基于所提供的测量得到的运行数据来估计所述热交换单元(2)在稳定状态下运行的运行点，所述运行点限定用于所述控制器(5)的至少一个运行参数，

-向所述控制器(5)提供所估计的运行点的所述至少一个运行参数；以及

-随后基于所提供的至少一个运行参数来使所述供暖系统(1)运行。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

-借助于所述参数化模型并且基于所提供的测量得到的运行数据，来调查(130)在所述供暖系统(1)的当前设定下能够达到所述次级供应温度T₂₂的目标温度T_target是否可行；以及

-在达到所述目标温度T_target是不可行的情况下，生成警报。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，估计所述运行点的所述步骤包括：执行阶跃响应模拟并且收集模拟后数据。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括通过调查所述至少一个运行参数是否在预定范围内，来执行对由所述运行点限定的所述至少一个运行参数的一致性检查(150)的步骤。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，测量得到的所述运行数据包括至少一个流量和/或至少一个温度。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述供暖系统(1)还包括被布置成控制所述供暖系统(1)的一部分中的压力差的压力调节单元(3)，并且其中测量得到的所述运行数据包括所述供暖系统(1)的所述部分中的实际压力差，其中所述压力差是由所述压力调节单元(3)控制的。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，确定所述次级侧供应温度T₂₂是否发生振荡的所述步骤包括：跟踪所述次级侧供应温度T₂₂的控制误差。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述热交换单元(2)在稳定状态下运行的所述运行点限定与初级侧供应温度T₁₁、初级侧返回温度T₁₂、次级侧供应温度T₂₂、次级侧返回温度T₂₁、初级侧流量和/或次级侧流量相关的稳态运行。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述控制器(5)是比例积分(PI)控制器或比例积分微分(PID)控制器，并且其中所估计的所述运行点的所述至少一个运行参数包括所述控制器(5)的比例项(P)和/或积分项(I)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括估计不能作为测量得到的运行数据被获得的运行数据的步骤，并且其中，进一步基于所估计的所述运行数据来执行估计所述热交换单元(2)在稳定状态下运行的运行点的所述步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：

将测量得到的所述运行数据的采样速率与所述供暖系统(1)和/或容纳所述热交换单元(2)的子站(12)的最快动态分量进行比较，以及

在所述采样速率快于所述最快动态分量的情况下，选择用于估计所述运行数据的第一方法M1，并且在所述采样速率慢于所述最快动态分量的情况下，选择用于估计所述运行数据的第二方法M2。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在云服务处执行所述模拟程序。

13.一种用于控制供暖系统(1)的运行的控制器(5)，其中，所述控制器(5)被配置为执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。

14.一种用于供暖系统(1)的子站(12)，所述子站(12)包括热交换单元(2)和主流量控制器(10a)，其中至少所述主流量控制器(10a)被配置为根据权利要求1-12中的任一项所述的方法来运行。

15.根据权利要求14所述的子站(12)，还包括压力调节单元(3)。

16.一种供暖系统(1)，包括根据权利要求13所述的控制器(5)和/或根据权利要求14或15所述的子站(12)。