一种供热系统二级网分户调控模式切换方法及系统与流程

1.本发明属于智慧供热技术领域，具体涉及一种供热系统二级网分户调控模式切换方法及系统。


背景技术：

2.城镇集中供热作为一项重要的民生工程一直受到各级政府和社会的关注，是国家在基础建设领域中重点支持的行业，提高供热质量，降低供热成本、减少污染排放一直是供热行业的研究的重要课题。长期以来，由于一次热网的水力平衡涉及整个热网的安全运行，大多数供热企业非常重视，投入大量资金和精力进行研究和整改。取得了显著的成果，管网的热损失率和失水率明显下降。而现有的二次网的管理手段大都还停留在人工调控阶段，调控精细度和灵活度远远无法满足要求。
3.当前智慧供热技术发展迅猛，极大的提升了人们的生活质量，给人们营造了舒适的环境。但是目前集中供热属于高能耗产品，而且供热系统运行模式比较单一，当用户家中无人或者想要降低供暖个性化需求时，目前还没有多种供热模式来满足用户的需求。
4.基于上述技术问题，需要设计一种新的供热系统二级网分户调控模式切换方法及系统。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种供热系统二级网分户调控模式切换方法及系统。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
7.本发明提供了一种供热系统二级网分户调控模式切换方法，它包括：
8.步骤s1、采用机理建模和数据辨识的方法建立供热系统二级网数字孪生模型；
9.步骤s2、基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态；
10.步骤s3、判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式；
11.步骤s4、若用户已选择供热节能模式，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式；
12.步骤s5、基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求；
13.步骤s6、基于供热系统二级网数字孪生模型，对供热系统二级网运行模式对应的调控操作进行节能分析，验证调控可行性。
14.进一步，所述步骤s1中，采用机理建模和数据辨识的方法建立供热系统二级网数字孪生模型，具体包括：
15.建立包括供热系统二级网单元楼物理实体、虚拟实体、孪生数据服务和各组成部分之间的连接要素的数字孪生模型；
16.所述物理实体是数字孪生模型的基础，是整个数字孪生模型驱动的数据源；所述虚拟实体与物理实体一一映射、实时交互，通过从多维度、多尺度对物理空间的要素进行刻画，对物理实体的实际过程进行仿真模拟，并对要素数据进行分析数据、评价、预测及控制；所述孪生数据服务集成物理空间信息与虚拟空间信息，保证数据传输的实时性，同时提供包括智能算法、模型、规则标准、专家经验的知识库数据，通过融合物理信息、多时空关联信息、知识库数据形成孪生数据库；所述各组成部分之间的连接是实现各组成部分的互联互通，物理实体与孪生数据服务之间通过传感器、协议传输规范实现数据的实时采集与反馈；物理实体与虚拟实体之间通过协议进行数据传输，物理信息实时传输至虚拟空间内更新校正模型，虚拟实体则通过执行器对物理实体进行实时控制；虚拟实体与孪生数据服务之间的信息传递是通过数据库接口实现；
17.对数字孪生模型进行辨识，将二级网单元楼的多工况实时运行数据接入已建立的数字孪生模型中，采用反向辨识方法对数字孪生模型的仿真结果进行自适应辨识修正，获得辨识修正后的供热系统二级网数字孪生模型。
18.进一步，所述步骤s2中，基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态，具体包括：
19.s201、对供热系统二级网单元楼用户进行设备改造，在选取的单元楼典型热用户的户前供热管道入口处安装热计量表、在用户室内安装温度采集器、在热用户管道分户供热系统入口支管处安装用户调控设备；所述热计量表用于监测供水温度、回水温度、供水流量和供热量；所述用户调控设备包括电动调节阀、调节水泵；
20.s202、基于供热系统二级网数字孪生模型，采用第一学习算法对获取的历史热计量数据、天气数据和用户室温数据进行学习训练后，建立热负荷预测模型，获得用户需求负荷预测值；
21.s203、以满足用户室内温度达到预设的舒适状态，基于用户需求负荷预测值和用户室温、目标室温和历史调控设备的调控数据，采用第二学习算法建立用户调控设备控制模型，获得各用户户前调控设备的调控策略。
22.进一步，所述步骤s3和s4中，判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式，若用户已选择供热节能模式，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式，具体包括：
23.在用户智能终端上设置有供热节能模式，在预设的时间段内用户可以根据用户个性化需求选择是否切换到供热节能模式；所述供热节能模式选择具有时段划分机制和定制温度选择机制，可设置定制温度，并在固定时间段内选择供热节能模式，在时间段到达设定值后，再切换回常规优化运行模式；所述定制温度选择机制小于常规的预设温度；
24.正常情况下以常规优化运行模式运行，在供热二级网系统运行过程中不断监测用户供热模式需求的变化，当监测到用户通过智能终端选择供热节能模式，并收到供热运行模式切换指令后，判断出用户已选择供热节能模式和相应的调控时间段、调控温度，则在对应的调控时间段内切换至供热节能模式。
25.进一步，所述用户智能终端与供热二级网系统进行通信连接，获取用户信息和进行用户登录验证，在选择供热节能模式后，可获知供热模式切换状态；当用户选择供热节能
模式后，可采取不同方式进行供热节能奖励，以鼓励用户在白天家里没人或者供热需求较低的时候选择供热节能模式。
26.进一步，所述步骤s5中，基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求，具体包括：
27.s501、对供热系统二级网单元楼用户进行设备改造，在选取的单元楼典型热用户的户前供热管道入口处安装热计量表、在用户室内安装温度采集器、在热用户管道分户供热系统入口支管处安装用户调控设备；所述热计量表用于监测供水温度、回水温度、供水流量和供热量；所述用户调控设备包括电动调节阀、调节水泵；
28.s502、基于供热系统二级网数字孪生模型，根据二次管网的运行特征和选择供热节能运行模式的用户调控设备，采用学习算法建立调节水泵运行频率和各用户支路电动调节阀开度的节能模型；若在供热节能模式下预设各用户支路的流量基本需求值，则根据建立的模型和寻优算法获取相应用户的调节水泵运行频率和各电动调节阀开度最优值，使各用户支路流量保持需求值的同时水泵的运行能耗最小，达到相应的节能效果；
29.其中，在供热节能模式下，所述电动调节阀的开度和调节水泵的运行频率小于常规优化运行模式；同时，供热系统二级网在供热节能运行模式下，要达到动态水力平衡需要满足二级管网各支路水力平衡度约束、调节水泵运行频率约束和各支路电动调节阀开度约束。
30.进一步，所述方法还包括：所述用户智能终端上还设置有供热感应模式，供热系统通过感应室内环境中人的活动信息、环境温度来对用户调控设备进行调控；供热系统定时监测到室内环境中人的活动信息和环境温度发生变化，在满足模式转换条件或者接收到用户智能终端发送的模式切换指令的情况下，将供热系统运行模式由当前的供热模式切换到供热感应模式；其中，通过设置红外传感器用以感应室内环境中人的活动信息，并通过通信模块上传至供热二级网系统。
31.本发明还提供了一种供热系统二级网分户调控模式切换系统，包括：供热二级网调控单元和用户智能终端，所述供热二级网调控单元包括数字孪生模型建立模块、调控模块、判别模块、模式切换模块和验证模块；所述供热二级网调控单元和用户智能终端通信连接
32.数字孪生模型建立模块，用于采用机理建模和数据辨识的方法建立供热系统二级网数字孪生模型；
33.调控模块，用于基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态；
34.判别模块，用于判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式；
35.模式切换模块，用于当用户已选择供热节能模式时，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式；
36.调控模块，还用于基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求；
37.验证模块，用于基于供热系统二级网数字孪生模型，对供热系统二级网运行模式对应的调控操作进行节能分析，验证调控可行性。
38.进一步，所述判别模块，用于判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式和所述模式切换模块，用于当用户已选择供热节能模式时，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式，具体包括：
39.在用户智能终端上设置有供热节能模式，在预设的时间段内用户可以根据用户个性化需求选择是否切换到供热节能模式；所述供热节能模式选择具有时段划分机制，可选择一定时间段内选择供热节能模式，在时间段到达设定值后，再切换回常规优化运行模式；
40.正常情况下以常规优化运行模式运行，在供热二级网系统运行过程中不断监测用户供热模式需求的变化，当监测到用户通过智能终端选择供热节能模式，并收到供热运行模式切换指令后，判断出用户已选择供热节能模式和相应的调控时间段，则在对应的调控时间段内切换至供热节能模式。
41.进一步，所述用户智能终端上还设置有供热感应模式，供热二级网调控单元通过感应室内环境中人的活动信息、环境温度来对用户调控设备进行调控；供热二级网调控单元在定时监测到室内环境中人的活动信息和环境温度发生变化，满足模式转换条件或者接收到用户智能终端发送的模式切换指令的情况下，通过模式切换模块将供热系统运行模式由当前的供热模式切换到供热感应模式；其中，通过设置红外传感器用以感应室内环境中人的活动信息，并通过通信模块上传至供热二级网调控单元。
42.本发明的有益效果是：
43.本发明通过建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态；判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式；若用户已选择供热节能模式，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式；基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求；提供了常规优化运行模式和节能模式，当用户选择节能模式后，进行模式切换，满足用户需求，解决了目前供热系统二级网存在的运行模式单一的问题，达到了更好的节能效果，具有很高的经济效益和社会效益。
44.其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本发明一种供热系统二级网分户调控模式切换方法流程图；
48.图2为本发明一种供热系统二级网分户调控模式切换系统结构图。
具体实施方式
49.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.实施例1
51.图1是本发明所涉及的一种供热系统二级网分户调控模式切换方法流程图。
52.如图1所示，本实施例1提供了一种供热系统二级网分户调控模式切换方法，它包括：
53.步骤s1、采用机理建模和数据辨识的方法建立供热系统二级网数字孪生模型；
54.步骤s2、基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态；
55.步骤s3、判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式；
56.步骤s4、若用户已选择供热节能模式，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式；
57.步骤s5、基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求；
58.步骤s6、基于供热系统二级网数字孪生模型，对供热系统二级网运行模式对应的调控操作进行节能分析，验证调控可行性。
59.在本实施例中，所述步骤s1中，采用机理建模和数据辨识的方法建立供热系统二级网数字孪生模型，具体包括：
60.建立包括供热系统二级网单元楼物理实体、虚拟实体、孪生数据服务和各组成部分之间的连接要素的数字孪生模型；
61.所述物理实体是数字孪生模型的基础，是整个数字孪生模型驱动的数据源；所述虚拟实体与物理实体一一映射、实时交互，通过从多维度、多尺度对物理空间的要素进行刻画，对物理实体的实际过程进行仿真模拟，并对要素数据进行分析数据、评价、预测及控制；所述孪生数据服务集成物理空间信息与虚拟空间信息，保证数据传输的实时性，同时提供包括智能算法、模型、规则标准、专家经验的知识库数据，通过融合物理信息、多时空关联信息、知识库数据形成孪生数据库；所述各组成部分之间的连接是实现各组成部分的互联互通，物理实体与孪生数据服务之间通过传感器、协议传输规范实现数据的实时采集与反馈；物理实体与虚拟实体之间通过协议进行数据传输，物理信息实时传输至虚拟空间内更新校正模型，虚拟实体则通过执行器对物理实体进行实时控制；虚拟实体与孪生数据服务之间的信息传递是通过数据库接口实现；
62.对数字孪生模型进行辨识，将二级网单元楼的多工况实时运行数据接入已建立的数字孪生模型中，采用反向辨识方法对数字孪生模型的仿真结果进行自适应辨识修正，获得辨识修正后的供热系统二级网数字孪生模型。
63.在本实施例中，所述步骤s2中，基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态，具体包括：
64.s201、对供热系统二级网单元楼用户进行设备改造，在选取的单元楼典型热用户的户前供热管道入口处安装热计量表、在用户室内安装温度采集器、在热用户管道分户供热系统入口支管处安装用户调控设备；所述热计量表用于监测供水温度、回水温度、供水流量和供热量；所述用户调控设备包括电动调节阀、调节水泵；
65.s202、基于供热系统二级网数字孪生模型，采用第一学习算法对获取的历史热计量数据、天气数据和用户室温数据进行学习训练后，建立热负荷预测模型，获得用户需求负荷预测值；
66.s203、以满足用户室内温度达到预设的舒适状态，基于用户需求负荷预测值和用户室温、目标室温和历史调控设备的调控数据，采用第二学习算法建立用户调控设备控制模型，获得各用户户前调控设备的调控策略。
67.在本实施例中，所述步骤s3和s4中，判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式，若用户已选择供热节能模式，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式，具体包括：
68.在用户智能终端上设置有供热节能模式，在预设的时间段内用户可以根据用户个性化需求选择是否切换到供热节能模式；所述供热节能模式选择具有时段划分机制和定制温度选择机制，可设置定制温度，并在固定时间段内选择供热节能模式，在时间段到达设定值后，再切换回常规优化运行模式；所述定制温度选择机制小于常规的预设温度；
69.正常情况下以常规优化运行模式运行，在供热二级网系统运行过程中不断监测用户供热模式需求的变化，当监测到用户通过智能终端选择供热节能模式，并收到供热运行模式切换指令后，判断出用户已选择供热节能模式和相应的调控时间段、调控温度，则在对应的调控时间段内切换至供热节能模式。
70.在本实施例中，所述用户智能终端与供热二级网系统进行通信连接，获取用户信息和进行用户登录验证，在选择供热节能模式后，可获知供热模式切换状态；当用户选择供热节能模式后，可采取不同方式进行供热节能奖励，以鼓励用户在白天家里没人或者供热需求较低的时候选择供热节能模式。
71.需要说明的是，当用户选择供热节能模式后，可以向用户反馈节能效果，依据节能效果适当进行补偿奖励。
72.在本实施例中，所述步骤s5中，基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求，具体包括：
73.s501、对供热系统二级网单元楼用户进行设备改造，在选取的单元楼典型热用户的户前供热管道入口处安装热计量表、在用户室内安装温度采集器、在热用户管道分户供热系统入口支管处安装用户调控设备；所述热计量表用于监测供水温度、回水温度、供水流量和供热量；所述用户调控设备包括电动调节阀和调节水泵；
74.s502、基于供热系统二级网数字孪生模型，根据二次管网的运行特征和选择供热节能运行模式的用户调控设备，采用学习算法建立调节水泵运行频率和各用户支路电动调节阀开度的节能模型；若在供热节能模式下预设各用户支路的流量基本需求值，则根据建立的模型和寻优算法获取相应用户的调节水泵运行频率和各电动调节阀开度最优值，使各用户支路流量保持需求值的同时水泵的运行能耗最小，达到相应的节能效果；
75.其中，在供热节能模式下，所述电动调节阀的开度和调节水泵的运行频率小于常规优化运行模式；同时，供热系统二级网在供热节能运行模式下，要达到动态水力平衡需要满足二级管网各支路水力平衡度约束、调节水泵运行频率约束和各支路电动调节阀开度约束。
76.在本实施例中，所述方法还包括：所述用户智能终端上还设置有供热感应模式，供热系统通过感应室内环境中人的活动信息、环境温度来对用户调控设备进行调控；供热系统定时监测到室内环境中人的活动信息和环境温度发生变化，在满足模式转换条件或者接收到用户智能终端发送的模式切换指令的情况下，将供热系统运行模式由当前的供热模式切换到供热感应模式；其中，通过设置红外传感器用以感应室内环境中人的活动信息，并通过通信模块上传至供热二级网系统。
77.需要说明的是，本发明不限制于提到的供热常规优化运行模式、节能模式和感应模式，还包括其他定义的模式，满足用户的个人化需求；当不同的用户选择不同的运行模式后，需要考虑供热二级网的稳定性、水力平衡性，保证系统稳定可靠的运行。
78.图2是本发明所涉及的一种供热系统二级网分户调控模式切换系统结构图。
79.实施例2
80.本实施例2提供了一种供热系统二级网分户调控模式切换系统，它包括供热二级网调控单元和用户智能终端，所述供热二级网调控单元包括数字孪生模型建立模块、调控模块、判别模块、模式切换模块和验证模块；所述供热二级网调控单元和用户智能终端通信连接
81.数字孪生模型建立模块，用于采用机理建模和数据辨识的方法建立供热系统二级网数字孪生模型；
82.调控模块，用于基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网常规优化运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度达到预设的舒适状态；
83.判别模块，用于判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式；
84.模式切换模块，用于当用户已选择供热节能模式时，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式；
85.调控模块，还用于基于供热系统二级网数字孪生模型，建立供热系统二级网节能运行模式，对二级网用户调控设备进行调控，以使用户室内温度满足用户的当前需求；
86.验证模块，用于基于供热系统二级网数字孪生模型，对供热系统二级网运行模式对应的调控操作进行节能分析，验证调控可行性。
87.在本实施例中，所述判别模块，用于判断用户通过智能终端是否已选择供热节能模式和所述模式切换模块，用于当用户已选择供热节能模式时，则将供热系统二级网运行模式由常规优化运行模式切换至节能模式，具体包括：
88.在用户智能终端上设置有供热节能模式，在预设的时间段内用户可以根据用户个性化需求选择是否切换到供热节能模式；所述供热节能模式选择具有时段划分机制和定制温度选择机制，可设置定制温度，并在固定时间段内选择供热节能模式，在时间段到达设定值后，再切换回常规优化运行模式；所述定制温度选择机制小于常规的预设温度；
89.正常情况下以常规优化运行模式运行，在供热二级网系统运行过程中不断监测用户供热模式需求的变化，当监测到用户通过智能终端选择供热节能模式，并收到供热运行
模式切换指令后，判断出用户已选择供热节能模式和相应的调控时间段、调控温度，则在对应的调控时间段内切换至供热节能模式。
90.在本实施例中，所述用户智能终端上还设置有供热感应模式，供热二级网调控单元通过感应室内环境中人的活动信息、环境温度来对用户调控设备进行调控；供热二级网调控单元在定时监测到室内环境中人的活动信息和环境温度发生变化，满足模式转换条件或者接收到用户智能终端发送的模式切换指令的情况下，通过模式切换模块将供热系统运行模式由当前的供热模式切换到供热感应模式；其中，通过设置红外传感器用以感应室内环境中人的活动信息，并通过通信模块上传至供热二级网调控单元。
91.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
92.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
93.功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
94.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。