一种供热管网多维度运行数据智能处理系统及方法与流程

本发明属于智能供热，具体涉及一种供热管网多维度运行数据智能处理系统及方法。

背景技术：

1、供热管网是城市能源系统中连接热源与用户的关键基础设施，其运行效率直接关系到城市能源利用水平和居民供暖质量。随着城镇化的持续推进和建筑节能要求的不断提高，供热管网的规模日益扩大，系统运行管理的复杂度显著增加。

2、目前，传统的供热管网管理方式普遍存在以下问题。首先，能源利用效率偏低，传统供热系统多采用统一供给的运行模式，难以根据各区域、各楼栋的实际热需求进行差异化调节，普遍存在过量供热现象，造成大量能源浪费。其次，供热质量参差不齐，由于缺乏对管网各节点运行参数的全面感知和精准调控，供热管网冷热不均的问题突出。再次，运行调控主要依赖人工经验，由操作人员根据气温变化手动设定供水温度、压力及流量等参数，调控粗放，响应滞后，无法实现精细化调节。此外，现有供热系统的信息化水平不足，缺乏对运行数据的系统性采集、传输与深度分析能力。

3、现有传统供热管控模式缺少全域数据协同处理、分布式智能调控与分级数据安全防护机制，无法依托管网实时数据动态求解最优调控参数，负荷预测、水力优化运算集中在中心设备，多换热站并发工况下调控延迟高，运行数据无标准化处理与加密存储流程，难以兼顾管网节能均衡供热、故障提前预警与热力数据安全管控多重需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中供热管网缺少全域数据智能处理机制，无法动态优化管网水力工况实现均衡节能供热的问题，提供一种供热管网多维度运行数据智能处理系统及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种供热管网多维度运行数据智能处理系统，包括：

4、数据采集传输模块，用于采集供热管网运行参数和室外环境参数，将采集的参数转发至中心处理模块，同时接收中心处理模块传输的最优调控参数并转发至分布式执行模块，实现双向数据中转；

5、中心处理模块，用于接收数据采集传输模块的参数进行标准化处理生成标准化管网运行数据集，根据标准化管网运行数据集运算得到分建筑热负荷预测值，以热负荷预测值为约束条件求解管网最优调控参数，将最优调控参数输出至数据采集传输模块；

6、分布式执行模块，用于接收数据采集传输模块转发的最优调控参数，并根据最优调控参数驱动管网水泵和电动调节阀执行水力工况调节，将调节后的运行数据传至中心处理模块供中心处理模块迭代更新热负荷预测模型。

7、优选地，所述数据采集传输模块包括设置于热源、换热站及管网节点的温度传感器、压力传感器、流量计和热量表；所述温度传感器输出4~20ma电流信号；所述压力传感器输出4~20ma电流信号。

8、优选地，所述数据采集传输模块与所述中心处理模块之间的数据传输网络为无源光网络，包括光线路终端、光网络单元和光分配网络。

9、优选地，所述中心处理模块内置热负荷预测运算单元、管网压力损失耦合计算单元、异常判定单元、加密存储单元；所述热负荷预测运算单元接收管网运行数据集输出分建筑热负荷预测值，并接收分布式执行模块回传的调节后运行数据迭代更新内部预测模型；所述管网压力损失耦合计算单元以热负荷预测值为流量约束求解各楼栋调节阀最优开度。

10、优选地，所述中心处理模块求解管网最优调控参数时，以热负荷预测值为约束条件，具体包括以下步骤：

11、获取二次侧输配网络的拓扑结构数据及分建筑热负荷预测值；

12、根据拓扑结构数据，分别建立换热站及二次侧管网中调节阀、管道、建筑物及换热器的压力损失计算模型；

13、根据热媒流向将各压力损失计算模型进行整合，建立换热站及二次侧管网的整体压力损失模型；

14、以降低所述整体压力损失为优化目标、以分建筑热负荷预测值为各楼栋的流量约束条件、以各楼栋阀门的开度为调整参数，求解各楼栋阀门的优化开度值，作为管网最优调控参数。

15、优选地，所述分布式执行模块由多台分布式控制单元构成；单台分布式控制单元最多与六台相邻分布式控制单元交互楼栋负荷数据，交互数据同步回传至中心处理模块补充建模数据。

16、优选地，所述分布式执行模块包括设置于各楼栋或各供热区域的分布式控制单元，所述分布式控制单元包括数据交换端口、存储模块、运算核心和驱动信号交互模块；

17、所述数据交换端口用于与其他分布式控制单元进行数据通信，单个分布式控制单元通过数据交换端口与至多六个相邻的分布式控制单元通信连接；

18、所述存储模块用于存储设备运行参数和性能数据；

19、所述运算核心用于根据最优调控参数执行控制运算并输出控制指令；

20、所述驱动信号交互模块用于将控制指令传输至对应阀门的驱动部件。

21、优选地，所述中心处理模块还用于对运行参数、管网运行数据集、热负荷预测值以及最优调控参数按照数据安全等级执行分级加密存储。

22、本发明提出的一种供热管网多维度运行数据智能处理方法，包括如下步骤：

23、通过数据采集传输模块采集供热管网运行参数、室外环境参数，并将采集得到的参数转发至中心处理模块；

24、中心处理模块接收采集参数并开展标准化处理，生成标准化管网运行数据集；

25、中心处理模块基于标准化管网运行数据集运算得到分建筑热负荷预测值，以热负荷预测值为约束条件求解管网最优调控参数，并将最优调控参数下发至数据采集传输模块；

26、数据采集传输模块将最优调控参数转发至分布式执行模块；分布式执行模块依据最优调控参数驱动管网水泵、电动调节阀完成水力工况调节；

27、分布式执行模块采集调节后的管网运行数据并回传至中心处理模块；中心处理模块利用回传运行数据迭代更新热负荷预测模型，为下一轮负荷预测计算提供更新后的模型。

28、优选地，标准化处理包括剔除量程外异常噪声数据、统一多类参数量纲、线性补全短时缺失采集值，处理后数据附加时间戳与设备编号生成标准化管网运行数据集。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、本发明提出的一种供热管网多维度运行数据智能处理系统，采集供热管网各类运行参数及室外环境参数，实现管网多维度运行数据的采集与实时双向传输，有效解决了传统供热系统数据采集不全面、信息传输滞后、信息化程度低的问题。同时，通过中心处理模块对原始采集数据进行标准化规整处理，形成规范的管网运行数据集，并根据数据集精准计算各建筑热负荷预测值，以实际楼栋热需求为约束条件求解管网最优调控参数，在此基础上，分布式执行模块依据最优调控参数精准驱动管网水泵与电动调节阀完成水力工况调节，实现管网精细化按需供热，同时将调节后的实际运行数据反向回传至中心处理模块，持续迭代更新热负荷预测模型，使系统调控能够动态适配环境温度、用户用热习惯及管网工况的动态变化，解决了现有技术存在的问题。

1.一种供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述数据采集传输模块包括设置于热源、换热站及管网节点的温度传感器、压力传感器、流量计和热量表；所述温度传感器输出4~20ma电流信号；所述压力传感器输出4~20ma电流信号。

3.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述数据采集传输模块与所述中心处理模块之间的数据传输网络为无源光网络，包括光线路终端、光网络单元和光分配网络。

4.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述中心处理模块内置热负荷预测运算单元、管网压力损失耦合计算单元、异常判定单元、加密存储单元；所述热负荷预测运算单元接收管网运行数据集输出分建筑热负荷预测值，并接收分布式执行模块回传的调节后运行数据迭代更新内部预测模型；所述管网压力损失耦合计算单元以热负荷预测值为流量约束求解各楼栋调节阀最优开度。

5.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述中心处理模块求解管网最优调控参数时，以热负荷预测值为约束条件，具体包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述分布式执行模块由多台分布式控制单元构成；单台分布式控制单元最多与六台相邻分布式控制单元交互楼栋负荷数据，交互数据同步回传至中心处理模块补充建模数据。

7.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述分布式执行模块包括设置于各楼栋或各供热区域的分布式控制单元，所述分布式控制单元包括数据交换端口、存储模块、运算核心和驱动信号交互模块；

8.根据权利要求1所述的供热管网多维度运行数据智能处理系统，其特征在于，所述中心处理模块还用于对运行参数、管网运行数据集、热负荷预测值以及最优调控参数按照数据安全等级执行分级加密存储。

9.一种供热管网多维度运行数据智能处理方法，其特征在于，应用于权利要求1至8任一项所述供热管网多维度运行数据智能处理系统，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的供热管网多维度运行数据智能处理方法，其特征在于，标准化处理包括剔除量程外异常噪声数据、统一多类参数量纲、线性补全短时缺失采集值，处理后数据附加时间戳与设备编号生成标准化管网运行数据集。