CN209246249U - 热网能源管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热网能源管理系统，包括：多个用户侧换热站的PLC控制装置，电厂侧热网首站DCS、数据采集系统、数据处理系统和数据智能管理系统；每一PLC控制装置分别连接PLC控制装置所在换热站内各环境温度测点、热用户温度测点、一次网侧温度及压力测点、和/或二次网侧温度及压力测点；电厂侧热网首站连接电厂侧各数据测点；数据采集系统连接所有的PLC控制装置和电厂侧热网首站DCS；数据处理系统连接所述数据采集系统；数据智能管理系统的输入端连接数据处理系统，数据智能管理系统的输出端连接每一个PLC控制装置。上述系统可实现热力平衡、水力平衡及用热的按需分配，使得能源最大化利用，并减少能源传输过程的损耗。

Description

热网能源管理系统

技术领域

本实用新型涉及能源管理技术，特别是一种热网能源管理系统。

背景技术

随着城市的发展及城镇化率提高、城市人口增加，城市供热面积和规模的迅速扩大，供热调节滞后严重，能源供应系统能耗高，供热系统的控制难度增加、管理不到位，管网存在水力及热力工况的失调，循环水泵处在大流量小温差运行状态，无法利用既有数据对供暖系统运行调整及参数的实时优化，热量不平衡，耗能严重，供热效果难以保证，不利于供热系统的节能运行，无法达到有效的实时管控及节能；同时用户侧换热站使用年限因素，导致设备性能降低。造成能源的极大浪费，影响热用户的质量。不适应节能减排的发展。

现有的热网控制系统仅通过热源侧调整水量及温度，通过调整用户侧用户侧换热站温控门调整水力及热力平衡。

现有的热网控制系统管理不到位，管网存在水力及热力工况的失调，循环水泵处在大流量小温差运行状态，无法利用既有数据对供暖系统运行调整及参数的实时优化，热量不平衡，耗能严重，供热效果难以保证，不利于供热系统的节能运行，无法达到有效的实时管控及节能。

为此，需要提供一种能够对热用户侧数据和电厂侧数据进行收集和分析的热网能源管理系统。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型提供一种热网能源管理系统，用以保证热力平衡、水力平衡、按需分配用热，实现对热网的供热负荷进行智能控制。

第一方面，本实用新型提供一种热网能源管理系统，包括：

多个用户侧换热站的PLC控制装置，电厂侧热网首站DCS、数据采集系统、数据处理系统和数据智能管理系统；

其中，每一PLC控制装置分别连接该PLC控制装置所在换热站内各环境温度测点、热用户温度测点、一次网侧温度及压力测点、和/或二次网侧温度及压力测点；所述电厂侧热网首站连接电厂侧各数据测点；

所述数据采集系统连接所有的PLC控制装置和电厂侧热网首站DCS；

所述数据处理系统连接所述数据采集系统；

所述数据智能管理系统的输入端连接所述数据处理系统，所述数据智能管理系统的输出端连接每一个PLC控制装置。

可选地，所述数据采集系统与每一个PLC控制装置基于modbus+RTU通讯协议进行数据传输；

所述数据智能管理系统与每一个PLC控制装置基于modbus+RTU通讯协议进行数据传输。

可选地，所述PLC控制装置具有DTU传输单元；

所述数据智能管理系统具有DTU传输单元。

可选地，所述PLC控制装置位于所述PLC控制装置所属的换热站控制室内；

所述数据采集系统、数据处理系统和所述数据智能管理系统均位于电厂侧热网首站控制室内。

可选地，每一个PLC控制装置包括报警装置；

所述PLC控制装置在确定接收的各个测点的测量数据中存在至少一个超标数据时，通过所述报警装置发出报警信号；

或者，PLC控制装置接收到所述数据智能管理系统确定的该PLC控制装置所在换热站的报警信息时，通过所述报警装置发出报警信号。

可选地，所述电厂侧各数据测点包括：电厂侧加热器温度及压力测点、一次网循环水泵的频率值、热网供水及回水主干管线的流量计。

可选地，所述环境温度测点安装在用户侧换热器室外。

本实用新型具有的有益效果：

首先，本实用新型中通过设置数据采集系统、数据处理系统和数据智能管理系统相互配合，实现对采集的一次网、二次网、换热站及热用户的温度、压力、流量、循环水泵的频率等数据进行分析、比对处理，对大量的数据进行分类，结合天气状况数据进行温度补偿及校正，有针对性的分析后取得热用户的热负荷数据，能准确拟合获得热用户的单位时间用热曲线，提供能耗的异常报警，对异常能耗进行有效的管理，根据监控中心调度，调整一次热网流量及回水温度，保证热力平衡、水力平衡、按用热的按需分配，从而实现对热网的供热负荷进行智能控制，做到能源最大化利用、减少能源的损耗。同时引入热压机乏汽余热回收回收系统，提高电厂的能源利用率。

其次，还可以实现对热网及换热站、室外温度及室内温度进行自动监控。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的热网能源管理系统的示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的PLC控制装置连接的各个测点的分布示意图。

附图标记：

热网回水主干管线C1；

热网供水主干管线C2；

热电厂采暖抽汽系统D1；

热压机乏汽余热回收系统D2；

热电厂乏汽排汽系统D3；

数据采集系统1、数据处理系统2、数据智能管理系统3；

热用户侧环境温度测点11、热用户温度测点12、一次热网侧温度及压力测点13、二次热网侧温度及压力测点14、二次网循环水泵15、温控门16、用户侧换热器温度及压力测点17、用户侧换热站18、流量计19、电厂侧温度及压力测点21、一次网循环水泵的频率测点22。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种热网能源管理系统，包括：

多个用户侧换热站的PLC控制装置，电厂侧热网首站DCS、数据采集系统1、数据处理系统2和数据智能管理系统3；

其中，每一PLC控制装置分别连接该PLC控制装置所在换热站内各环境温度测点、热用户温度测点、一次网侧温度及压力测点、和/或二次网侧温度及压力测点，每一PLC控制装置用于接收连接的各测点的测量数据；

所述数据采集系统1连接所有的PLC控制装置和电厂侧热网首站DCS，用于接收每一个PLC控制装置获取的所属换热站的测量数据及电厂侧热网首站DCS输入的测量数据；

所述数据处理系统2连接所述数据采集系统，并根据数据采集系统接收的所有数据进行处理，得到处理结果；

所述数据智能管理系统3连接所述数据处理系统，并依据所述数据处理系统的处理结果，获取用于优化调整每一个换热站的一次网和/或二次网的流量、供水和/或回水温度的优化调整结果；

所述数据智能管理系统3连接每一个PLC控制装置，向PLC控制装置发送优化调整结果，所述PLC控制装置根据优化调整结果控制各自的温控门实现对换热站内的一次网和/或二次网的流量、供水和回水温度的调节。

本实施例中，数据采集系统1与每一个PLC控制装置基于modbus+RTU通讯协议进行数据传输；

所述数据智能管理系统3与每一个PLC控制装置基于modbus+RTU通讯协议进行数据传输。

应理解的是，Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。在配置每个控制器的时候，基于Modbus协议的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

本实施例中的PLC控制装置可具有DTU传输单元；所述数据智能管理系统可具有DTU(Data Transfer unit)传输单元。

在本实施例中，DTU(Data Transfer unit)传输单元是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据。

在实际应用中，上述任意的PLC控制装置均位于PLC控制装置所属的换热站控制室内；数据采集系统1、数据处理系统和所述数据智能管理系统均位于电厂侧热网首站控制室内。

在本实施例中，电厂侧热网首站DCS输入的测量数据可包括：

电厂侧热网加热器的温度测点检测的热网加热器的温度、电厂侧热网加热器的压力测点检测的热网加热器的压力值、一次网循环水泵测点测量的热泵测量频率、热网回水主干管线上的第一流量计测量的流量、和/或，电厂侧的实时供热负荷信息；

其中，所述电厂侧的实时供热负荷信息为根据电厂侧的测量数据中的温度、压力值和流量计算获得的信息。例如，将电厂侧的测量数据输入预先的计算软件中，其输出电厂侧的实时供热负荷信息。

进一步地，每一个PLC控制装置输入的每一个换热站的测量数据包括：热用户的温度测点的温度数据、一次网回水温度测点的温度数据，一次网供水温度测点的温度数据、一次网回水压力测点的压力数据、一次网供水压力测点的压力数据、二次网回水温度测点的温度数据，二次网供水温度测点的温度数据、二次网回水压力测点的压力数据、二次网供水压力测点的压力数据、二次网循环水泵的泵出口压力测点的热泵频率测量数据、温控门测点的测量数据、用户侧换热器温度测点的温度数据和压力测点的压力数据；如图1所示。

此外，上述PLC控制装置输入的每一个换热站的测量数据还包括：依据安装在用户侧换热器室外的环境温度测点检测的环境温度。

可选地，在具体应用中，上述的PLC控制装置也还可以获取换热站内二次网侧补水箱的各数据，例如，变送器的数据、补水流量计的数据、补水泵变频装置的数据、补水调节门的数据等。

若换热站使用二次网侧的补水箱，其可以实现自动调节水箱液位和补水泵的调节，实现高度自动化，无需人工操作。

另外，在实际应用中，每一个PLC控制装置可包括报警装置，在PLC控制装置在确定接收的各个测点的测量数据中存在至少一个超标数据时，通过所述报警装置发出报警信号；

或者，PLC控制装置接收到所述数据智能管理系统确定的该PLC控制装置所在换热站的报警信息时，通过所述报警装置发出报警信号。

本实施例中，室外温度传感器、用户室内温度传感器连接在数据采集系统，数据采集系统输出的信号连接至数据处理系统，计算室外温度变化对供热的影响，并通过数据智能管理系统对一次网及二次网供水温度进行预测和补偿。

例如，数据采集系统用于实时接收每一个PLC控制装置传输的所述一次热网的供水温度、回水温度、供水流量、回水流量、供水压力及回水压力、各用户侧换热站二次热网的供水温度、回水温度、供水流量、回水流量、供水压力及回水压力等实时的热负荷数据。

数据处理系统可将数据采集系统输入的实时热负荷数据和所述天气状况数据拟合获得所述热用户的预测热负荷曲线；数据智能管理系统根据所述预测热负荷曲线对所述热网的实时供热负荷进行智能控制。具体地，可根据所预测供热负荷曲线获取实时供热负荷的预测值；将所述实时供热负荷的预测值与当前实际供热负荷进行比对后，自动追踪及调整热网的实际供热负荷。

此外，数据处理系统还用于将预测供热负荷与实际供热负荷进行对比，根据所述一次热网的供热管网的传热系数、水量、管径、供水压力及温度计算获得热损耗(如管网等散失的热量)，将所述预测供热负荷与一次管网热损耗相加后获得热网的校正供热负荷；

可理解的是，在本实施例中，上述的热网能源管理系统中在数据智能管理系统可根据所述预测供热负荷调整一次热网的供水流量，或者调整一次热网的回水温度，或者调整流量及温度；将一次网回水温度低于预测值的热用户二次网的供热负荷累加后计算获得二次网优化的供水温度，并根据所述二次网优化供水温度计算获得的流量值调整所述热网的一次热网的供水流量或回水温度。进一步地，根据所述实际二次热网供回水温度及预测二次热网供回水温度计算处理二次热网优化供回水温度，并根据二次网优化后的温度调整一次网的供水流量或回水温度。

本实施例中，在保证热网水量的同时，优化调整运行工况，调整一次热网的回水温度。有利提高乏汽余热的利用率。

实施例2

本实施例提供一种基于上述实施例1的热网能源管理系统的处理方法，方法包括如下步骤：

步骤S1、数据处理系统根据数据采集系统接收的所有测量数据进行计算，获取一次网的预测供热负荷曲线和二次网的预测供热负荷曲线，以及

步骤S2、数据处理系统根据所有的测量数据、预先输入的一次网的设备信息和二次网的设备信息，获取一次网的热量损失信息和二次网的热量损失信息。

举例来说，一次网的设备信息包括：一次网的高程、埋深、管道材质、管道壁厚、管道传热系数、保温材质、保温厚度，和/或保温材质的热传导系数。

步骤S3、数据处理系统根据一次网的预测供热负荷曲线获取一次网的供水温度、一次网供水流量，以及根据二次网的预测供热负荷曲线获取二次网的供水温度；

步骤S4、数据智能管理系统根据所述一次网的预测供热负荷曲线、二次网的预测供热负荷曲线，以及数据采集系统接收的电厂侧的实时供热负荷信息进行比较，获取用于优化调整每一个换热站的一次网和/或二次网的流量、供水和回水温度的优化调整结果。

本实施例中的优化调整结果可包括：调整后的二次网供水温度、调整后的一次网供水流量，和/或，调整后的一次网回水温度。

本实施例中，通过采集一次网、二次网、换热站及热用户的温度、压力、流量、循环水泵的频率等数据进行分析、比对处理，对大量的数据进行分类，结合天气状况数据进行温度补偿及校正，有针对性的分析后取得热用户的热负荷数据，能准确拟合获得热用户的单位时间用热曲线，提供能耗的异常报警，对异常能耗进行有效的管理，根据监控中心调度，调整一次热网流量及回水温度，保证热力平衡、水力平衡、按用热的按需分配，从而实现对热网的供热负荷进行智能控制，做到能源最大化利用、减少能源的损耗。同时引入热压机乏汽余热回收回收系统，提高电厂的能源利用率。

本实施例中还可以实现对热网及换热站、室外温度及室内温度进行自动监控。

实施例3

如图2所示，本实施例的用户侧换热站18的PLC控制装置包括的各个测点包括：环境温度测点11、热用户温度测点12、一次热网侧温度及压力测点13(如一次网供水的温度及压力测点、一次网回水的温度及压力测点)、二次热网侧温度及压力测点14(如二次网供水的温度及压力测点、二次网回水的温度及压力测点)、二次网循环水泵15、用户侧换热器温度及压力测点17。

热源厂侧数据(即热电厂热网首站)的测点可包括：电厂侧温度及压力测点21(如供水主干管线的温度及压力测点、回水主干管线的温度及压力测点)、一次网循环水泵的频率测点22、流量计19。

本实施例中的电厂侧热网首站控制室设置有数据采集系统1、数据处理系统2、数据智能管理系统3。

每一各二次换热站控制室内设置一台PLC控制装置，该PLC控制装置可以有线或无线方式连接其所在换热站内的各个测点，用于接收所属换热站内各个测点的数据，并将采集的数据可以通过无线方式输入到数据采集系统1中。

特别说明的是，每一个换热站控制室内的PLC控制装置还连接二次网侧循环泵变频器，以采集该循环泵变频器的频率值。

环境温度测点11安装用户侧换热器室外，环境温度测点11连接PLC控制装置，其环境温度测点的数据在后续计算处理中可对二次热网供水温度进行补偿及修正；即在数据处理系统2的后续计算处理中根据环境温度修正预先输入所需热负荷对应的环境温度。

在具体应用中，任一换热站的PLC控制装置还连接换热站二次热网侧补水箱，例如，补水箱变送器、补水流量计、补水泵变频装置，补水调节门的各个数据发送PLC控制装置。

数据处理系统2根据用数据采集系统提供的数据进行拟合，计算出预测供热负荷曲线，如一次网的预测供热负荷曲线，二次网的预测供热负荷曲线。上述的拟合可举例来说，如环境温5℃，根据当地环境设计符合40W/㎡，假设供热面积200㎡，可以理论计算出所需一次网及二次网所需热负荷。

数据处理系统2输入有一次热网的高程，埋深，管道材质、管道壁厚及传热系数，保温材质、厚度及热传导系数通过数据处理系统计算获得管网的热量损失；

数据处理系统2提供给数据智能管理系统的预测实时供热负荷包括二次热网负荷及管网热量损失；

数据处理系统2根据一次热网，计算一次热网中最不利工况点(如满足用户最远端热负荷需求)，对一次热网的供水流量及温度进行优化(如可预留富余量，保证一次网及二次网流量、温度)；也就是说，通过数据处理系统2处理后，通过数据智能管理系统提供给换热站的PLC控制装置的信息，以增加热负荷需求信息。

数据处理系统2根据预测供热负荷计算出二次网供水温度；

数据智能管理系统3根据数据处理系统2提供的预测供热负荷曲线对热网的供热负荷进行智能控制，控制信号连接至各用户侧换热站PLC控制装置。该处的智能控制可举例说明：如环境温5℃，根据当地环境设计符合40W/㎡，假设供热面积200㎡，可以理论计算出所需一次网及二次网所需热负荷，当热网运行时按照预计热负荷提供热量(一次网供水温度及流量)。

数据智能管理系统3用于将数据处理系统2获取的预测供热负荷曲线获与当前实际供热负荷进行对比校准后调整供热负荷。本实施例中，预测负荷为根据计算的热负荷，实时/实际供热负荷为根据热用户室内温度测点调整后的负荷。例如，根据二次热网供水温度优化，调整一次热网供水流量及回水温度，使得一次热网回水温度达到40±5℃。

在具体应用中，数据智能管理系统3获取的优化调整结果可通过PLC控制装置控制温控门16实现，本实施例中的PLC控制装置可与一次热网侧温控门连接。

在图1中，各用户侧换热站PLC控制装置可对环境温度测点、热用户温度测点、一次热网侧温度及压力测点、二次热网侧温度及压力测点、二次网循环水泵、温控门用户侧换热器温度及压力测点数据进行采集通过modbus通讯模块及无线DTU传输单元传至数据采集系统1，电厂侧加热器温度及压力测点、一次网循环水泵通过硬接线引至数据采集系统1。或者，电厂侧各测点通过无线方式将测量数据输入至数据采集系统1.

数据采集系统1数据连接至数据处理系统2，数据处理系统2连接至数据智能管理系统3，数据智能管理系统3通过对一次网及二次网系统进行控制，从而实现对热网供热负荷的智能控制。

本实施例中，对热网及换热站、室外温度及室内温度进行自动监控，通过采集一次网、二次网、换热站及热用户的温度、压力、流量、循环水泵的频率等数据进行分析、比对处理，对大量的数据进行分类，结合天气状况数据进行温度补偿及校正，有针对性的分析后取得热用户的热负荷数据，能准确拟合获得热用户的单位时间用热曲线，根据监控中心调度，调整一次热网流量及回水温度，保证热力平衡、水力平衡、用热的按需分配，从而实现对热网的供热负荷进行智能控制，做到能源最大化利用、减少能源传输过程的损耗。同时引入热压机乏汽余热回收系统，提高电厂的能源利用率。

热网能源管理系统是指通过对热源、一次管网、各换热站、二次管网和辖区终端热用户的整个供热生产过程的集成管理。实现从热源生产到换热站、到楼栋、到用户终端供热量和用热量的“可调、可控、可计量、可远传”的目标。可实现供热运行参数的动态预测、热量调度、平衡分析、运行趋势分析和能耗分析等，同时通过生成各种分析报表、图表，形成供热系统能耗统计、质量监测和评价体系。对“供热”与“用热”进行监控，科学分析热网数据，总结供热规律，制定运行调度方案，降低能耗损失，实现能源数字化管控。智慧热网自动化和数字化解决方案，换热站标准化无人值守自控，热力水利平衡，换热站自控及热网监控系统；无人值守自控及远程实时监控；建立供热信息化综合节能管理平台；降低热网运行单位热耗。

基于上述的实施例1至实施例3，本实施例中的供热可部分利用热电厂乏汽排汽系统的余热再利用，例如，热网回水主干管线C1的一次网回水通过热压机乏汽余热回收系统进行加热，并再次经过热电厂采暖抽汽系统进行加热，得到热网供水主干管线C2内的一次网供水，其温度为100℃。

本实施例的热压机乏汽余热回收系统D2可回收热电厂乏汽排汽系统D3的乏汽余热，例如，所述热压机乏汽余热回收系统D2包括：高背压凝气器；所述高背压凝气器中的用于加热一次网回水的热源为热电厂乏汽排汽系统D3中汽轮机组的乏汽；其中，降到第一预设温度以下的一次网回水通过高背压凝气器后，所述一次网回水的温度升至第二预设温度；所述第二预设温度大于第一预设温度。

此外，热压机乏汽余热回收系统D2还包括热压机；热压机利用热电厂汽轮机组的采暖抽汽作为动力蒸汽，以热电厂汽轮机组的乏汽作为低温热源，对第二预设温度的一次网回水进行加热，使得一次网回水达到第三预设温度；所述第三预设温度大于第二预设温度。所述第一预设温度为40℃，第二预设温度为58℃，第三预设温度为85℃。

降温后的一次网回水借助热网回水主干管线C1通过电厂侧乏汽余热回收系统D2中高背压凝汽器，该高背压凝汽器采用回收汽轮机组乏汽余热对一次网回水进行加热，使得一次网回水的温度升高至58℃；

升高至58℃的一次网回水接着经过电厂侧乏汽余热回收系统D2中热压机对上述58℃的一次网回水继续进行加热，使得一次网回水温度达到85℃；

85℃的一次网回水进入采暖抽汽系统D1中汽水换热器进行加热，使得一次网回水的温度达到100℃，作为一次网供水通过热网供水主干管线C2输出至小区换热站。本实施例中的热电厂乏汽排汽系统D3包括汽轮机组(图中未标出)。

上述各个实施例可以相互参照，本实施例不对各个实施例进行限定。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种热网能源管理系统，其特征在于，包括：

多个用户侧换热站的PLC控制装置，电厂侧热网首站DCS、数据采集系统、数据处理系统和数据智能管理系统；

其中，每一PLC控制装置分别连接该PLC控制装置所在换热站内各环境温度测点、热用户温度测点、一次网侧温度及压力测点、和/或二次网侧温度及压力测点；所述电厂侧热网首站连接电厂侧各数据测点；

所述数据采集系统连接所有的PLC控制装置和电厂侧热网首站DCS；

所述数据处理系统连接所述数据采集系统；

所述数据智能管理系统的输入端连接所述数据处理系统，所述数据智能管理系统的输出端连接每一个PLC控制装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述数据采集系统与每一个PLC控制装置基于modbus+RTU通讯协议进行数据传输；

所述数据智能管理系统与每一个PLC控制装置基于modbus+RTU通讯协议进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述PLC控制装置具有DTU传输单元；

所述数据智能管理系统具有DTU传输单元。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述PLC控制装置位于所述PLC控制装置所属的换热站控制室内；

所述数据采集系统、数据处理系统和所述数据智能管理系统均位于电厂侧热网首站控制室内。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每一个PLC控制装置包括报警装置；

所述PLC控制装置在确定接收的各个测点的测量数据中存在至少一个超标数据时，通过所述报警装置发出报警信号；

或者，PLC控制装置接收到所述数据智能管理系统确定的该PLC控制装置所在换热站的报警信息时，通过所述报警装置发出报警信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述电厂侧各数据测点包括：电厂侧加热器温度及压力测点、一次网循环水泵的频率值、热网供水及回水主干管线的流量计。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述环境温度测点安装在用户侧换热器室外。