本發(fā)明涉及一種集中供熱系統(tǒng)全網(wǎng)平衡控制方法，屬于供熱控制技術(shù)領(lǐng)域。
二、
背景技術(shù)：
在供熱系統(tǒng)中，主要解決兩個方面的問題，一方面要解決全網(wǎng)中各個熱力站之間的均勻供熱問題，另一方面要解決熱源供熱量與熱網(wǎng)需熱量之間的供需平衡問題。目前的控制系統(tǒng)多數(shù)靠調(diào)度人員來解決這兩個問題，控制效果的好壞受調(diào)度人員的水平和責(zé)任心限制，不能充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的作用實現(xiàn)更好的節(jié)能效果。
三、
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠自動識別熱源的供熱能力充足與否，在熱源供熱能力足夠時實現(xiàn)舒適性供熱，在熱源供熱能力不足時實現(xiàn)均勻性供熱的集中供熱系統(tǒng)全網(wǎng)平衡控制方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為集中供熱系統(tǒng)全網(wǎng)平衡控制方法，按照以下步驟進(jìn)行，
1、熱負(fù)荷的預(yù)測計算，熱負(fù)荷變化采用動態(tài)的實時計算，通過采集室外的實際溫度進(jìn)行處理計算，合理利用供熱管網(wǎng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等的蓄熱作用，降低供熱量的調(diào)節(jié)頻率，具體算法如下：
(1)自控系統(tǒng)啟動時，采集室外溫度tw，令處理后的室外溫度t0＝tw；
(2)確定最小控制周期Tmin；
(3)令累積量A＝0；
(4)不斷采集室外溫度tw，同時按下式計算累積量A，A＝A+(tw-t0)Tmin；
(5)當(dāng)∣A∣≥C(常量)時，則t0＝t0+(tw-t0)/B(常量)返回到步驟(3)；
(6)當(dāng)∣A∣<C(常量)時，返回到步驟(4)；
其中，最小控制周期Tmin，根據(jù)氣象資料，室外溫度變化最劇烈時對室內(nèi)溫度的影響(室內(nèi)采暖條件不變)，不超過某一數(shù)值時的持續(xù)時間，并考慮到控制系統(tǒng)穩(wěn)定需要經(jīng)過若干次反復(fù)調(diào)節(jié)，確定最小控制周期Tmin；
常量A，代表了實際供熱量與理想供熱量的偏差，控制了室內(nèi)溫度變化的幅度，當(dāng)室內(nèi)溫度變化范圍小于1℃時，一般取A＝1.5(℃*小時)；
常量B，控制了室外溫度變化的幅度，一般取B＝3；
2、熱源供熱能力評估，采用控制二次網(wǎng)的供回水平均溫度作為控制目標(biāo)，然而各個熱力站的供熱負(fù)荷、采暖方式等不同，必須為每個熱力站設(shè)定相應(yīng)的供熱溫度控制曲線，為了簡化工程計算將供熱溫度控制曲線近似成直線，采用截距和斜率來描述，即熱力站的當(dāng)量外溫＝(截距-實際供回水平均溫度)/斜率，此時就把不同熱力站的不同溫控曲線的因素消除了，用各個熱力站的當(dāng)量外溫來評價該熱力站的供熱效果，當(dāng)量外溫越高說明該熱力站供熱效果越差，當(dāng)熱網(wǎng)中最高的當(dāng)量外溫大于實際室外溫度室說明熱源的供熱能力不足，反之說明熱源供熱能力足夠；
3、熱網(wǎng)中各個熱力站之間的平衡控制，把最不利環(huán)路熱力站對應(yīng)的當(dāng)量外溫作為代表全網(wǎng)所有熱力站的當(dāng)量調(diào)度外溫，同時對比最不利環(huán)路熱力站的當(dāng)量外溫與處理后的室外溫度，其中較高者就是整個熱網(wǎng)的調(diào)度外溫，所有熱力站都按照這個統(tǒng)一的調(diào)度外溫結(jié)合自己的溫控曲線、節(jié)能時鐘修正、人工修正等計算供回水平均溫度的設(shè)定值，用數(shù)學(xué)公式描述為：供回水平均溫度設(shè)定值＝溫控曲線截距-溫控曲線斜率*(調(diào)度外溫+節(jié)能時鐘修正)+人工修正；
4、節(jié)能時鐘的設(shè)置，根據(jù)熱力站的熱負(fù)荷特點設(shè)置每個熱力站的24小時調(diào)度外溫的節(jié)能時鐘修正值，比如住宅供熱用戶在夜間休息時可以將室內(nèi)溫度降低2度，此時就可以將調(diào)度外溫的節(jié)能時鐘修正值設(shè)置為2度；
5、溫度控制曲線的識別，供熱工程教材中給出了供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)基本公式，但是該公式與實際運(yùn)行數(shù)據(jù)相差很大，不能直接用來作為識別供熱溫控曲線的計算，需要根據(jù)實際的供熱情況引入熱負(fù)荷修正系數(shù)和相對流量系數(shù)，具體計算方法如下：
式中：tg、th—實際供、回水溫度(℃)；
tˊg、tˊh—設(shè)計供、回水溫度(℃)；
tn—實測室內(nèi)溫度(℃)；
tˊn—供暖室內(nèi)計算溫度(℃)；
tw—任意室外日平均溫度(℃)；
tˊw—供暖室外計算溫度(℃)；
B—散熱器的散熱指數(shù)(實驗得出)；
—相對流量，即調(diào)節(jié)時的實際運(yùn)行流量G與設(shè)計流量G’之比：
n—熱負(fù)荷修正系數(shù)；
于是經(jīng)過實際運(yùn)行參數(shù)修正后的供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)基本公式如下：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明能夠通過監(jiān)控軟件的腳本語言編程實現(xiàn)，與控制系統(tǒng)融為一體，實時性好，不需要第三方軟件，簡單可靠，方法簡單實用，能夠直接在監(jiān)控軟件的腳本中實現(xiàn)；能夠自動識別熱源的供熱能力充足與否，在熱源供熱能力足夠時實現(xiàn)舒適性供熱，在熱源供熱能力不足時實現(xiàn)均勻性供熱；能夠?qū)崿F(xiàn)在熱源供熱能力充足時的舒適性供熱與熱源供熱能力不足時的均勻供熱自動切換模式；充分考慮各個熱力站的溫控曲線的差別，人工修正的差別，節(jié)能時鐘修正的差別等，實現(xiàn)供熱效果的平衡；能夠?qū)崟r地實現(xiàn)熱源供熱能力與熱網(wǎng)熱負(fù)荷之間的動態(tài)平衡控制，充分節(jié)約能源。
四、具體實施方式
為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
集中供熱系統(tǒng)全網(wǎng)平衡控制方法，按照以下步驟進(jìn)行：
1、熱負(fù)荷的預(yù)測計算，影響熱負(fù)荷變化的主要因素是室外溫度的變化和供熱面積的變化，其次夜間休息時可以降低室內(nèi)溫度引起的熱負(fù)荷減小和白天太陽輻射引起的熱負(fù)荷減少，還有部分生活熱水負(fù)荷會隨著人們生活起居時間規(guī)律性周期變化。供熱的最終目的就是為了滿足隨著熱負(fù)荷的變化及時供應(yīng)相應(yīng)的熱能。因此，熱負(fù)荷變化的動態(tài)實時計算很有必要。其中室外溫度的變化引起的熱負(fù)荷的變化是最主要因素，由于室外溫度的變化頻率和變化幅度較大，供熱系統(tǒng)實時地跟蹤室外溫度的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的難度很大，甚至不可能。另一方面由于房間維護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱作用，室外溫度變化并不會立即成為熱負(fù)荷，會經(jīng)歷一個蓄熱、放熱過程后成為熱負(fù)荷，此時熱負(fù)荷的變化會比室外溫度的變化滯后而平緩，緊隨室外溫度變化而調(diào)節(jié)供熱量并沒有必要。
在動態(tài)計算熱負(fù)荷時室外溫度是關(guān)鍵，因此，室外溫度的測量要準(zhǔn)確。一方面我們要選精度等級高，可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性好的產(chǎn)品。另一方面我們要規(guī)范安裝室外溫度，加強(qiáng)室外溫度的校準(zhǔn)工作。除此之外，我們還要設(shè)計一種算法將采集來的室外溫度“方波化”、“滯后化”、“平滑化”。
方波化的目的是維持室外溫度的相對穩(wěn)定，減少設(shè)備的動作；
滯后化的目的是考慮維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱慣性作用，實際熱負(fù)荷的變化滯后于室外溫度的變化；
平滑化的目的是考慮維護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱作用，實際熱負(fù)荷的變化比室外溫度的變化要平滑的多。
控制滯后時間的參數(shù)是實際室外溫度與用于參控的當(dāng)量室外溫度的偏差對時間的積分值，當(dāng)該積分值超過我們規(guī)定的“積分常數(shù)”時，就應(yīng)該改變當(dāng)量室外溫度值?？刂破交潭鹊膮?shù)是每次改變當(dāng)量室外溫度的幅度，該幅度值為實際室外溫度與當(dāng)量室外溫度偏差除以“平滑系數(shù)”，該系數(shù)是我們事先設(shè)定好的。因此，算法中規(guī)定了“積分常數(shù)”和“平滑系數(shù)”，我們可以調(diào)試這兩個參數(shù)來使算法能夠較精確地描述出室外溫度變化與熱負(fù)荷變化之間的關(guān)系。
室外溫度平滑處理計算方法的描述如下：
(1)自控系統(tǒng)啟動時，采集室外溫度tw，令處理后的室外溫度t0＝tw；
(2)確定最小控制周期Tmin；
(3)令累積量A＝0；
(4)不斷采集室外溫度tw，同時按下式計算累積量A，A＝A+(tw-t0)Tmin；
(5)當(dāng)∣A∣≥C(常量)時，則t0＝t0+(tw-t0)/B(常量)返回到步驟(3)；
(6)當(dāng)∣A∣<C(常量)時，返回到步驟(4)。
1)最小控制周期Tmin
根據(jù)氣象資料，室外溫度變化最劇烈時對室內(nèi)溫度的影響(室內(nèi)采暖條件不變)，不超過某一數(shù)值時的持續(xù)時間，并考慮到控制系統(tǒng)穩(wěn)定需要經(jīng)過若干次反復(fù)調(diào)節(jié)，確定最小控制周期Tmin。
例如：某城市的室外溫度變化最劇烈時為每小時1.5度，室內(nèi)溫度變化不超過1度(室內(nèi)采暖條件不變)的持續(xù)時間為2小時，若取控制反復(fù)調(diào)節(jié)次數(shù)為6，則最小控制周期為120/6＝20分鐘。
2)常量A
常量A代表了實際供熱量與理想供熱量的偏差，控制了室內(nèi)溫度變化的幅度。當(dāng)室內(nèi)溫度變化范圍小于1℃時，一般取A＝1.5(℃*小時)。
3)常量B
常量B控制了室外溫度變化的幅度。一般取B＝3。
2、熱源供熱能力評估，熱網(wǎng)中最不利環(huán)路熱力站的熱力工況是評估熱源供熱能力的最直觀的判據(jù)，只要最不利環(huán)路熱力站的熱力工況滿足供熱要求就說明熱源供熱能力足夠，反之熱源供熱能力不夠。我們的控制系統(tǒng)采用控制二次網(wǎng)的供回水平均溫度作為控制目標(biāo)，然而各個熱力站的供熱負(fù)荷、采暖方式等不同，必須為每個熱力站設(shè)定相應(yīng)的供熱溫度控制曲線(稍后會詳細(xì)描述如何確定)，為了簡化計算我們用一條直線來描述，即供回水平均溫度設(shè)定值＝截距-斜率*室外溫度，將此公式變化一下，即熱力站的當(dāng)量外溫＝(截距-實際供回水平均溫度)/斜率，此時就把不同熱力站的不同溫控曲線的因素消除了，用各個熱力站的當(dāng)量外溫來評價該熱力站的供熱效果，當(dāng)量外溫越高說明該熱力站供熱效果越差，當(dāng)熱網(wǎng)中最高的當(dāng)量外溫大于實際室外溫度室說明熱源的供熱能力不足，反之說明熱源供熱能力足夠。在某個特例情況下，假如各個熱力站的供熱曲線相同，熱力站的當(dāng)量外溫與熱力站的實際供回水平均溫度的評價是一致的，此時就可以簡單地對比各個熱力站的實際供回水平均溫度值的大小，即實際供回水溫度最小的熱力站就是熱網(wǎng)的最不利環(huán)路熱力站，該值能夠滿足供熱要求就說明熱源供熱能力足夠，反之熱源供熱能力不夠。熱網(wǎng)中不平衡的存在會降低熱源的供熱能力，因為評價熱源的供熱能力不是以平均值來衡量的，而是以最差值來衡量的。因此平衡是非常重要的，可以變相地提高熱源和熱網(wǎng)的供熱能力。
3、熱網(wǎng)中各個熱力站之間的平衡控制，在熱網(wǎng)中會存在最不利的熱力站，相比較這個熱力站其他所有熱力站都有調(diào)節(jié)余量。因此把最不利環(huán)路熱力站對應(yīng)的當(dāng)量外溫作為全網(wǎng)所有熱力站的調(diào)度外溫就可以實現(xiàn)全網(wǎng)供熱效果平衡控制的目的。當(dāng)量外溫＝(溫控截距-供回水平均溫度)/溫控曲線斜率，事先選定全網(wǎng)中10個典型的代表熱力站，計算它們的當(dāng)量外溫，其中當(dāng)量外溫最高的就是最不利環(huán)路熱力站。同時對比最不利環(huán)路熱力站的當(dāng)量外溫與平滑處理后的室外溫度，其中較高者就是整個熱網(wǎng)的調(diào)度外溫，所有熱力站都按照這個統(tǒng)一的調(diào)度外溫結(jié)合自己的溫控曲線、節(jié)能時鐘修正、人工修正等計算供回水平均溫度的設(shè)定值。供回水平均溫度設(shè)定值＝溫控曲線截距-溫控曲線斜率*(調(diào)度外溫+節(jié)能時鐘修正)+人工修正。如此計算得來的每個熱力站的供回平均溫度設(shè)定值，既考慮了整個熱網(wǎng)的全網(wǎng)統(tǒng)一指令(調(diào)度外溫)，又考慮了各個熱力站自身的熱負(fù)荷特點(截距和斜率)，同時還給調(diào)度人員參與調(diào)控的接口參數(shù)(人工修正)，也考慮了分時供熱的特點(節(jié)能時鐘)。將整個熱網(wǎng)的一般性和各個熱力站的特殊性有機(jī)地結(jié)合在一起了。
4、節(jié)能時鐘的設(shè)置，根據(jù)熱力站的熱負(fù)荷特點設(shè)置每個熱力站的24小時調(diào)度外溫的節(jié)能時鐘修正值，比如住宅供熱用戶在夜間休息時可以將室內(nèi)溫度降低2度，此時就可以將調(diào)度外溫的節(jié)能時鐘修正值設(shè)置為2度。再比如考慮陽光輻射對熱負(fù)荷的影響也可以將調(diào)度外溫的節(jié)能時鐘修正值設(shè)置為2度。還有與作息時間相關(guān)的公建單位，可以按照作息時間去設(shè)置調(diào)度外溫的節(jié)能時鐘修正值。選擇修正調(diào)度外溫便于直接將供熱溫度的改變與室內(nèi)溫度的變化建立聯(lián)系。
5、溫度控制曲線的識別，供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)的基本公式描述了供熱溫度、流量與室內(nèi)溫度、室外溫度之間的關(guān)系，但是由于實際的供熱系統(tǒng)與理論中供熱系統(tǒng)存在偏差，供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)的基本公式就不能準(zhǔn)確計算供熱溫度、流量與室內(nèi)溫度、室外溫度之間的關(guān)系了。為此，需要根據(jù)實際的供熱情況需要引入熱負(fù)荷修正系數(shù)和相對流量系數(shù)。具體計算方法如下：
式中：tg、th—實際供、回水溫度(℃)；
tˊg、tˊh—設(shè)計供、回水溫度(℃)；
tn—實測室內(nèi)溫度(℃)；
tˊn—供暖室內(nèi)計算溫度(℃)；
tw—任意室外日平均溫度(℃)；
tˊw—供暖室外計算溫度(℃)；
B—散熱器的散熱指數(shù)(實驗得出)；
—相對流量，即調(diào)節(jié)時的實際運(yùn)行流量G與設(shè)計流量G’之比：
n—熱負(fù)荷修正系數(shù)；
于是經(jīng)過實際運(yùn)行參數(shù)修正后的供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)基本公式如下：
取室外溫度為0度和-10度兩個點分別計算對應(yīng)的供回水溫度。就可以根據(jù)兩個點畫出一條直線。在供熱控制系統(tǒng)中應(yīng)用這個簡單的直線確定供熱溫度與室外溫度變化的關(guān)系。一般考慮到外溫較高時，按照這個關(guān)系確定供熱溫度雖然室內(nèi)溫度達(dá)標(biāo)，但是供熱溫度較低也會引起熱用戶的投訴，我們設(shè)定室外溫度的上限。另外，考慮到供熱能力的限制，我們設(shè)置了室外溫度的下限。
本發(fā)明在進(jìn)行調(diào)控時，采用四種控制模式：①人工設(shè)定調(diào)度外溫，調(diào)度人員可以憑經(jīng)驗設(shè)定；②舒適性控制，按照熱力企業(yè)自己建立的室外溫度采集點采集到的室外溫度經(jīng)過平滑處理后作為調(diào)度外溫?；蛘甙凑债?dāng)?shù)貧庀蟛块T提供的室外溫度作為調(diào)度外溫；③均勻性控制，按照事先確定典型代表熱力站的實際供熱參數(shù)，經(jīng)過折算對應(yīng)的當(dāng)量室外溫度作為調(diào)度外溫；④綜合調(diào)度室外溫度設(shè)定，取舒適性控制和均勻性控制中調(diào)度外溫較高者作為調(diào)度外溫。采用這四種模式，調(diào)控更加便利。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包在本發(fā)明范圍內(nèi)。