一种用于供热系统的智能控制方法与流程

1.本发明涉及供热控制技术领域，特别是涉及一种用于供热系统的智能控制方法。


背景技术：

2.随着经济的持续发展，人们的生活水平得到很大的提高，随着智慧城市、智慧社区的持续建设，将极大地推动我国智能、绿色、集约的新型城市模式的形成。城市集中供热作为关乎民生的一项城市基础设施，提高其智能化水平是智慧城市建设中不可缺少的一部分，具有非常重要的实际意义。随着城市化的不断发展，城市集中供热的普及率越来越高，供热规模越来越大，供热半径越来越长。然而，国内的供热运行调控水平却发展滞后，智能化水平较低，存在高能耗、低效率、热量不均衡等诸多缺点，与目前所提倡的智慧城市存在较大差距。
3.因此，随着人工智能技术的大力发展，需要将人工智能、大数据分析等技术算法运用到供热系统的综合控制中，以实现对供热系统的实时化、智能化调节，最终达到降能耗、曾效率的目标。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种用于供热系统的智能控制方法，仅通过对一次侧供热循环系统的调节阀的开度进行调节便可改变热用户的流量，最终实现各热用户室内温度稳定一致。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于供热系统的智能控制方法，包括：
6.步骤(1)：分别获取一次侧供水管道和二次侧供水管道的相关数据；
7.步骤(2)：根据获取到的数据构建关于一次侧供水管道上调节阀的开度变化关系模型；
8.步骤(3)：根据预设优化目标对所述开度变化关系模型进行优化，得到优化后的开度变化关系模型；
9.步骤(4)：根据所述优化后的开度变化关系模型生成开度变化曲线，根据所述开度变化曲线对所述调节阀进行开度控制。
10.所述步骤(1)还包括：对获取到的数据进行零点与异常点的删失与补充。
11.所述步骤(2)中开度变化关系模型的公式为：其中，o
opening
为调节阀的开度，t
2g
为二次侧供水温度，t
2h
为二次侧回水温度，t'
2g
为二次侧供水设计温度，t'
2h
为二次侧回水设计温度，t
1g
为一次侧供水温度，t
1h
为一次侧回水温度，t
w
为室外温度，||t'
w
||为单位时间内的室外温差的2范数，kf为换热站换热能力系数且k1f1为换
热站中任一换热器的换热能力系数，b为换热站中的换热器特性参数，c
s
为补偿水的热力损失，ρ为热传递介质。
12.所述步骤(3)具体为：采集一天时间内一次侧供水管道和二次侧供水管道的相关数据，以一次侧回水温度t
1h
和二次侧供水温度t
2g
恒定作为预设优化目标，通过粒子群优化算法对所述开度变化关系模型中的换热站换热能力系数kf进行优化，得到优化后的开度变化关系模型。
13.所述二次侧供水温度t
2g
满足：其中，t
i
为热用户室内温度，t
i
'为热用户室内温度设计值，t
w
为室外温度，t'
w
为单位时间内的室外温差，t'
2h
为二次侧回水温度设计值，t'
2g
为二次侧供水温度设计值，b为换热器特性参数；为换热站二次侧管网相对流量。
14.所述二次侧回水温度t
2h
满足：其中，t
i
为热用户室内温度，t
i
'为热用户室内温度设计值，t
w
为室外温度、t'
w
为室外温度设计值，t'
2h
为二次侧回水温度设计值，t'
2g
为二次侧供水温度设计值，b为换热器特性参数；为换热站二次侧管网相对流量。
15.有益效果
16.由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过构建开度变化关系模型，并对开度变化关系模型中的换热站换热能力系数进行优化得到适用于实际环境的开度变化关系模型；本发明仅通过对一次侧供热循环系统的调节阀的开度进行调节便可改变热用户的流量，最终实现各热用户室内温度稳定一致；本发明具有智能化、实时化、可人机交互、抗环境干扰性强、通用性强的优点。
附图说明
17.图1是本发明实施方式的方法流程图；
18.图2是本发明实施方式的供热系统的原理图；
19.图3是本发明实施方式的一天室外温度的变化曲线图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
21.本发明的实施方式涉及一种用于供热系统的智能控制方法，请参阅图1，具体包括：
22.步骤1：在一次侧供水管道中添加温度、压力等监测装置；在二次侧供水管道中添加温度、压力、流量等监测装置，详见图2，采集到的参数如下：
23.(1)一次侧供水温度t
1g
；
24.(2)一次侧回水温度t
1h
；
25.(3)二次侧供水温度t
2g
；
26.(4)二次侧回水温度t
2h
；
27.(5)一次侧供水压力p
1g
；
28.(6)一次侧回水压力p
1h
；
29.(7)二次侧进水压力p
2g
；
30.(8)二次侧回水压力p
2h
；
31.(9)调节阀(电动调节阀)开度o
f
。
32.步骤2：采用相关数据预处理方法对上述获取到的数据进行预处理，完成数据中零点与异常点的删失与补充。
33.步骤3：通过对整个换热过程的分析可知，其主要是将热水直接一次供水，在换热器的板换内部实现将一次供水的能量传递到二次侧的供水环境里，从而实现热量的转换与传递。这个传递过程受外界温度影响较大，其主要是基于系统热力工况特性的，它具有简单易行的优点。温度调节法的调节标准是各个换热站的二次侧供水、回水温度或供水、回水平均温度的一致与否，依据实际供热系统的运行状态，来改变电动调节阀的开度，以此来改变热用户的流量，最终实现各热用户室内温度稳定一致。
34.当供热系统在稳定工况下运行时，依据能量守恒定律，系统此时的供热量与散热器的散热量以及建筑物的耗热量都要相等。此时，便可以得到二次侧管网供水温度与室外温度的关系，满足下式：
[0035][0036][0037]
将上述两个式子联立便可得到二次侧供水、回水的平均温度，如下式所示：
[0038][0039]
以上各式中，t
2g
为二次侧供水温度，t'
2g
为二次侧供水温度设计值；t
2h
为二次侧回水温度，t'
2h
为二次侧回水温度设计值；t
i
、t
i
'分别为热用户室内温度及其设计值；t
w
、t'
w
分别为室外温度及其设计值，需要注意室外温度是同一时间内的室外温度；b为换热器特性参数；为换热站二次侧管网相对流量，单位为1。
[0040]
由上式可知，二次侧管网供水、回水平均温度t
2ρ
可视为热用户室内温度t
i
的函数，即：
[0041][0042]
因此，对于本实施方式所需要达到的技术目标，只需要合理调节一次侧管网上的电动调节阀的开度来确保各个换热站二次供水、回水平均温度的一致性，最终达到节能降耗的效果。
[0043]
以下进行一次侧管网流量设计值的确定，过程如下：
[0044]
由热平衡方程：
[0045]
散热方程：
[0046]
供热方程：
[0047]
耗热方程：q＝k
w
f
w
(t
i
‑
t
w
)
[0048]
即散热方程＝供热方程＝耗热方程。
[0049]
上述三个式子中，kf为所有换热器的总换热能力系数，k
w
f
w
为建筑物向室外的散热能力系数，g2为二次侧管网流量，ρ为热传递介质，水的密度为1；c
p
为换热损失系数。
[0050]
由以上三个热平衡的方程可得下述公式，具体计算过程为：由耗热方程计算出t
i
，代入散热方程，然后计算出q，代入供热方程，就可以推导出以下公式：
[0051][0052][0053]
其中，ζ是换热器将热水的热量传送到热用户室内时的等效传热系数，对于那些换热站间接连接的换热站，可以引入一个换热器传热方程及一次侧管网的热平衡方程：
[0054][0055]
q2＝g1c
p
ρ(t
1g
‑
t
1h
)
[0056]
以上式子中，t
1g
为一次侧供水温度，t
1h
为一次侧回水温度，k1f1为换热站中任一换热器的换热能力系数，如果一个换热站就一个换热器，则kf＝k1f1；g1为一次侧管网流量，ρ为热传递介质，水的密度为1；c
p
为换热损失系数。
[0057]
通过以上分析可知，在假设一次侧供水温度t
1g
为恒定值的情况下，开度变化是与一次侧回水温度t
1h
、二次侧供水温度t
2g
、二次侧回水温度t
2h
有关，即在不考虑一次侧供水温度的条件下，假设一次侧供水温度t
1g
为恒定值，通过调节一次侧供水的电动调节阀，控制一次侧供水的水流量，实现对热能耗的控制，达到节能降耗的目标。需要注意的是，虽然二次侧管网流量g2、一次侧管网流量g1均和开度变化存在一定关系，但是本实施方式考虑到计算量和分析难度，并未将二次侧管网流量g2和一次侧管网流量g1引入下述的开度变化关系模型中。
[0058]
因此，以室外温度t
w
、一次侧供水温度t
1g
、一次侧回水温度t
1h
、二次侧供水温度
t
2g
、二次侧回水温度t
2h
、二次侧供水温度设计值t'
2g
、二次侧回水温度设计值t'
2h
等参数作为输入，设计开度变化关系模型，表达式如下：
[0059][0060]
其中，o
opening
为调节阀的开度，t
w
为室外温度，||t'
w
||为单位时间内的室外温差的2范数，kf为换热站换热能力系数且kf可以通过数据仿真测算出来，kf越大表示其换热能力越强，kf越小表示换热能力较小；b为换热站中的换热器特性参数，一般取0.45；c
s
为补偿水的热力损失；ρ为热传递介质，水的密度为1。
[0061]
步骤4：系统仿真建模，以采集到一天时间内的数据为原始数据，对所得到的数据进行预处理，将得到的数据输入到模型中，计算相应的开度值大小，如果设计的开度值不符合相应的目标，需要调整相应的系数，以期达到相应的技术目标，从而完成系统建模。具体实现过程如下：
[0062]
采集到的室外温度如图3所示，同时，获取了该时段的各种参数，包括一次侧供水温度、回水温度、一次侧供水流量、供水压力、二次侧供水温度、回水温度、二次侧供水流量、供水压力、补水流量等。
[0063]
(1)假设在二次侧区域内，没有水力损失，即补偿水的热力损失c
s
为0，在室外温度t
w
为
‑
16℃的环境下，设置二次侧供水温度t
2g
、回水温度t
2h
的设计值t'
2g
为70℃、t'
2h
为25℃，一次侧供水温度t
1g
为85℃时，对一次侧供水电动调节阀的开度进行动态调节，采集到的参数如表1所示。
[0064]
表1参数表
[0065][0066]
(2)根据(1)中获取到的数据进行预处理，结合粒子群优化算法，以一次侧回水温度、二次侧供水温度恒定为目标，建立粒子群优化模型，对换热站换热能力系数kf进行优化，结果为9.26*e(
‑
4)。
[0067]
(3)依据(2)中获取到的换热站换热能力系数kf后，可以完成智能化控制模型的建模。
[0068]
步骤5：通过步骤4得到的控制模型，设采样频率为1hz，可以设计以1小时的时间周期，将采集到的数据输入到算法模型，计算下时刻需要调节的电动阀的开度值，并赋值给电动阀的控制机构，完成调动的动态调节，从而实现对供热系统的智能化、精准化、实时化的控制，达到节能降耗的功能。
[0069]
由此可见，本发明通过构建开度变化关系模型，并对开度变化关系模型中的换热站换热能力系数进行优化得到适用于实际环境的开度变化关系模型；本发明仅通过对一次
侧供热循环系统的调节阀的开度进行调节便可改变热用户的流量，最终实现各热用户室内温度稳定一致。