基于全息数字孪生的智能热网调控与优化方法与流程

本发明涉及智能热网调控与优化，具体的说是基于全息数字孪生的智能热网调控与优化方法。

背景技术：

1、现有技术中，集中供热系统的智能调控已逐步引入数字孪生、负荷预测、机理仿真和智能决策模型，以解决热源、输配管网、换热站及用户末端之间存在的非线性耦合、热滞后和水力失衡问题。公开号cn120627184a公开了一种基于数字孪生与深度强化学习的供热智能调控系统，其物理层由热源设备、输配管网及用户终端构成，数字孪生层构建与物理层实时映射的虚拟供热系统，智能决策层将热源功率与泵阀开度作为调控动作，并将能耗、室温舒适度及管网稳定性纳入奖励函数，以形成供热系统的闭环调控。该公开文件指出，供热管网属于强非线性、强耦合流体网络，阀门开度变化会引起全网压力重分布，水泵转速调整也会改变流量分配，因此单纯依赖局部状态的设备决策容易缺乏全局协同。该技术侧重于以数字孪生和深度强化学习实现全局优化，但其调控对象主要表现为系统状态向量和设备动作组合，对于热源已经输出但尚在管网中传输的热量，并未进一步建立可跟踪、可占位、可释放的时空记录，因此难以区分“热量尚未到达目标区域”与“热源侧供热不足”两类不同原因。

2、现有技术中还存在以高并发仿真和多工况推演提高调控实时性的方案。公开号cn121234725a公开了一种供热数字孪生智能调控方法，其通过物联网传感网络采集管网压力、介质温度、流量、设备能耗及环境温湿度等多源异构数据，结合建筑信息模型与三维激光点云构建管网三维数字化镜像，再基于热流力三元耦合模型和动态数字孪生体进行未来供热系统多工况推演，并生成设备调控指令集下发至边缘计算节点，以控制变频循环泵和电动调节阀执行机构。该公开文件的调控逻辑能够提高供热管网流量与压力的动态闭环调节能力，并在一定程度上减少水力失调和热力损耗，但其关注重点仍在管网镜像、机理模型修正、工况推演及设备指令生成上，对于目标供热区域参数低于预设范围时，如何先判断上游是否已有热量正在通行，如何在热量未进入目标区域前避免重复升高热源供水温度，以及如何在热量进入后依据回水温度响应再决定是否补热，未给出更具体的分级判断机制。

3、因此，现有供热数字孪生调控方案虽然能够采集多源数据、构建虚拟镜像并输出泵阀或热源调控策略，但在热网热惯性较强、管网路径较长、楼栋热力入口响应滞后的场景下，仍可能将尚在上游传输过程中的热量误判为供热不足，从而提前触发热源侧补热，导致热源输出温度升高、主管热量叠加、末端区域过热以及阀门频繁调节。尤其在多个目标供热区域同时偏离预设供热范围时，如果缺少对热源输出热量的输出时刻、通行管段、当前位置区段、目标换热站、目标楼栋热力入口、占位状态及释放状态的连续记录，调控系统难以判断不同区域之间的热量到达先后、响应延迟和释放优先级，进而影响智能热网调控的稳定性、经济性和供热均衡性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于全息数字孪生的智能热网调控与优化方法，从而解决背景技术中所指出的部分弊端和不足。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下的技术方案：

3、采集集中供热系统中热源、供热主管、供热支管、换热站及楼栋热力入口的供水温度、回水温度、流量、压差和调节阀开度，并在全息数字孪生运行镜像中建立热量占位记录，所述热量占位记录写入热源输出热量的输出时刻、通行管段、当前位置区段、目标换热站、目标楼栋热力入口、占位状态及释放状态；当目标供热区域的供热参数低于预设供热范围时，读取所述目标供热区域上游的热量占位记录；若存在未进入所述目标供热区域的热量占位记录，则保持热源供水温度不变，并增大目标换热站一次侧调节阀或目标楼栋热力入口调节阀的开度；若所述热量占位记录进入所述目标供热区域后，所述目标供热区域的回水温度未进入预设回水响应范围，则执行热源侧或供热主管侧补热调控。

4、进一步地，所述热量占位记录进入目标供热区域上游的供热支管后，保持占位状态至目标楼栋热力入口的回水温度进入预设回水响应范围；在所述占位状态解除前，不根据目标供热区域的供热参数再次执行热源侧补热调控。

5、进一步地，多个目标供热区域上游均存在所述热量占位记录时，按照距离热源的管网路径长度和占位持续时间形成释放优先级，并优先释放排序在前的热量占位记录，同时限制其他目标供热区域新增热量占位记录进入同一供热主管，直至优先释放的热量占位记录解除占位状态。

6、进一步地，所述热量占位记录进入目标供热区域并使回水温度进入预设回水响应范围后，将目标供热区域设为热量保持区域；在所述热量保持区域的回水温度退出预设回水响应范围前，暂缓执行热源侧补热调控。

7、进一步地，释放所述优先释放的热量占位记录时，若其他目标供热区域的回水温度先于所述优先释放的热量占位记录对应目标供热区域达到预设升温阈值，则减小其他目标供热区域对应调节阀的开度，并保持所述优先释放的热量占位记录对应调节阀的开度不变。

8、进一步地，所述优先释放的热量占位记录在同一供热主管内对应的入口流量低于预设流量范围时，保留其占位顺序，并暂停新增热量占位记录进入所述同一供热主管，直至所述优先释放的热量占位记录对应目标供热区域的入口流量恢复至预设流量范围。

9、进一步地，所述优先释放的热量占位记录解除占位状态后，将同一供热主管内等待时间排序在前的热量占位记录接续设为新的优先释放对象，并按照所述新的优先释放对象对应目标供热区域重新分配调节阀开度。

10、进一步地，在所述热量保持区域的回水温度处于预设回水响应范围内时，若所述热量保持区域内目标楼栋热力入口的入口流量在预设持续周期内持续升高并达到预设流量增量阈值，则将后续进入目标供热区域上游的热量占位记录转移至同一供热主管内回水温度未进入预设回水响应范围的接续供热区域。

11、进一步地，当所述热量保持区域的回水温度退出预设回水响应范围时，先恢复对所述热量保持区域的热量占位记录写入；若重新写入的热量占位记录进入目标供热区域后回水温度再次进入预设回水响应范围，则继续暂缓执行热源侧补热调控。

12、进一步地，所述后续进入目标供热区域上游的热量占位记录转移至接续供热区域后，在所述接续供热区域的回水温度进入预设回水响应范围前，冻结热量保持区域对应调节阀的新增开度请求；若所述热量保持区域的回水温度先于接续供热区域退出预设回水响应范围，则撤销所述转移并恢复所述热量保持区域的热量占位记录写入。

13、本发明通过采集热源、供热主管、供热支管、换热站及楼栋热力入口的供水温度、回水温度、流量、压差和调节阀开度，并在全息数字孪生运行镜像中建立热量占位记录，使热源输出热量能够以输出时刻、通行管段、当前位置区段及目标对象为基础被持续跟踪。由此，在目标供热区域供热参数低于预设供热范围时，系统能够先判断上游是否存在尚未进入目标区域的热量占位记录，而不是直接提高热源供水温度。

14、本发明在存在未进入目标供热区域的热量占位记录时，保持热源供水温度不变，并优先增大目标换热站一次侧调节阀或目标楼栋热力入口调节阀的开度，使既有热量能够向目标区域释放，从而降低因热量传输滞后造成的误补热概率。该方式能够减少热源侧频繁升温、主管侧热量叠加及末端过热风险，并提高供热调控对热网热惯性的适配性。

15、本发明在热量占位记录进入目标供热区域后，再以目标供热区域的回水温度是否进入预设回水响应范围作为后续判断依据；若回水温度仍未进入预设回水响应范围，才执行热源侧或供热主管侧补热调控。通过该分级判断过程，能够将“热量未到达”与“到达后仍响应不足”进行区分，提高补热动作的必要性和准确性，有利于提升集中供热系统的调控稳定性、区域供热均衡性和能源利用效率。