一种供热系统的控制调节方法与系统与流程

1.本发明涉及采暖技术领域，具体涉及一种供热系统的控制调节方法与系统。


背景技术：

[0002][0003]
现有技术中，绝大部分的供热采暖系统在供热调节时采用供给侧调节的方式，一般按照采暖室外温度和历史经验绘制采暖调节曲线，并根据采暖调节曲线确定一次侧和二次侧供水温度，并配合客户投诉和上门测温对供水温度进行适当修正，这种方式常常造成供热管网上各个楼栋之间、一个楼栋的各用户之间供热温度差异较大，只能靠手动调节适当予以调节和修正，很难彻底解决温度失调的问题，据调查统计采暖季很多供热系统同一区域或同一楼栋内有的用户室温高达25℃甚至更高，而同时有的用户则不达标，形成采暖用户各楼栋以及各用户间供热失调。


技术实现要素：

[0004]
鉴于上述问题，本发明实施例提供一种供热系统的控制调节方法与系统，解决现有供热失调的技术问题。
[0005]
本发明实施例的供热系统的控制调节系统，包括：
[0006]
物理感知层，用于形成并行采集通道，有序采集确定区域内典型用户室内、二次侧供回水管路和热力交换站的供热状态数据和调节阀状态数据；
[0007]
设备控制层，用于形成供回水管路调节阀的并行控制通道，接收根据所述确定区域内热量供给控制策略形成的驱动数据，控制所述确定区域内调节阀的工作状态，改变所述确定区域内热用户的室内温度间的温度差异；
[0008]
数据融合层，用于形成数据采集计算节点，将所述确定区域内相关采集数据进行数据融合，根据热用户典型室温模型和控制预期形成所述确定区域内热量供给控制策略驱动调节阀，使得热用户室内温度趋于平衡；
[0009]
智能决策层，用于与数据融合层交互，形成供热地域内确定区域的供热状态监控，通过调整所述控制预期和所述热用户典型室温模型干预所述供热地域内确定区域热量供给控制策略的形成。
[0010]
本发明一实施例中，所述物理感知层包括：
[0011]
室内温度传感器模组，用于采集确定建筑类型中典型热用户室内的温度变化信号；
[0012]
热力站二次侧管路温度传感器模组，用于采集二次侧供回水管路分支的温度变化信号。
[0013]
热力站二次侧管路压力传感器模组，用于采集二次侧供回水管路分支的压力变化信号。
[0014]
热力站二次侧管路热量传感器模组，用于采集二次侧供回水管路分支的热量密度
变化信号。
[0015]
本发明一实施例中，所述设备控制层包括：
[0016]
物联网管路调节阀，用于作为受控端与控制端形成专用数据链路，根据接收的控制数据调整调节阀阀门开度。
[0017]
本发明一实施例中，所述数据融合层包括：
[0018]
边缘处理器，用于接收确定区域内的采集数据和受控端的反馈数据，根据热用户典型室温模型和控制预期形成确定区域内关联受控端的供热控制策略，驱动控制关联受控端的调节阀阀门开度，使确定区域内关联热用户室内温度趋于平衡。
[0019]
本发明一实施例中，所述智能决策层包括：
[0020]
供热调节监控平台，用于与各边缘处理器进行交互，将供热地域内热用户的供热状态进行整体展示和监控；
[0021]
供热调节管理平台，用于调整控制预期和热用户典型室温模型形成供热地域内确定区域热量供给确定区域内热量供给控制策略的修正。
[0022]
本发明实施例的供热系统的控制调节方法，，利用上述的控制调节系统，在所述数据融合层中形成的处理过程，包括：
[0023]
获取所辖确定区域内具体建筑类型的典型用户的即时室温数据；
[0024]
获取所辖确定区域内热用户的调节阀状态数据；
[0025]
根据热用户典型室温模型通过典型用户的即时室温数据模拟一般用户的关联室温数据；
[0026]
根据关联室温数据针对即时室温数据的差异趋势，形成差异趋势减小的均衡调整系数；
[0027]
根据典型用户的调节阀状态通过均衡调整系数调整关联一般用户的调节阀状态；
[0028]
获取所辖确定区域内的温度控制预期，根据即时室温数据针对温度控制预期的阶段差异，形成阶段差异消除的阶段调整系数；
[0029]
通过阶段调整系数调整典型用户的调节阀状态。
[0030]
本发明一实施例中，通过与各隔热用户连通的供热供回水分支管路上物联网管路调节阀之间建立的数据传输链路识别调节阀，根据历史采集数据校验调节阀状态。
[0031]
本发明一实施例中，所述热用户典型室温模型包括：
[0032]
公式中t
yd
为一般用户室温，t
d,i
为距离一般用户最近的上层及下层典型用户的室温，t
d,j
为距离一般用户最近的左侧及右侧典型用户的室温，α为采暖方式修正系数，β为层高修正系数，η为客观环境修正系数，根据试验数据及实际运行数据修正。
[0033]
本发明一实施例中，在所述智能决策层中形成的处理过程，包括：
[0034]
通过各边缘处理器进行数据交互，将供热地域内热用户的供热状态进行整体展示和监控；
[0035]
调整控制预期和热用户典型室温模型形成供热地域内确定区域热量供给确定区域内热量供给控制策略的修正。
[0036]
本发明实施例的供热系统的控制调节方法与系统控制调节系统形成基于现有供
热系统对热力分配均衡度的主动调节技术手段，对采暖系统实现有效控制和精准调节，大大提高管理和节能水平。能够实现用户需求侧响应，实现按需供热、精准供热。可以应用于供热系统换热站及热用户供热调节，最大限度地达到节能的目的。
附图说明
[0037]
图1所示为本发明一实施例供热系统的控制调节系统的架构示意图。
[0038]
图2所示为本发明一实施例供热系统的控制调节系统的具体结构示意图。
[0039]
图3所示为本发明一实施例利用供热系统的控制调节系统形成的供热控制调节方法的流程示意图。
[0040]
图4所示为本发明一实施例供热系统的控制调节系统中物联网管路调节阀的结构示意图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅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作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。
[0042]
本发明一实施例供热系统的控制调节系统如图1所示。在图1中，本实施例包括：
[0043]
物理感知层10，用于形成并行采集通道，有序采集确定区域内典型用户室内、二次侧供回水管路和热力交换站的供热状态数据和调节阀状态数据。
[0044]
本领域技术人员可以理解，供暖系统在供热地域内通过热力交换站将一次侧热力交换至二次侧，通过二次侧分布的多级供回水管路在确定区域内形成对热用户的供热。对于确定区域具有不同的划分尺度，包括但不限于小区楼群、楼栋、单元或楼层，以热用户所辖居室为最小空间尺度时串联在供回水管路中的各供热终端可以逻辑整合为与热用户对应的单一供热终端。供热状态数据通过在管路、供热终端和用户空间内设置物理信号的类型传感器在即，并结合有线或无线传输技术可以有序获得类型物理信号的适时数据采集和反馈，类型物理信号包括但不限于即时温度、压力、流速和累积的热量密度等物理信号。同时，利用机电控制电路和控制信号传输电路配套集成管路调节阀，形成管路调节阀开度控制的同时获取受控过程中的调节阀状态反馈。
[0045]
设备控制层20，用于形成供回水管路调节阀的并行控制通道，接收根据确定区域内热量供给控制策略形成的驱动数据，控制确定区域内调节阀的工作状态，改变确定区域内热用户的室内温度间的温度差异。
[0046]
本领域技术人员可以理解，在确定区域的供回水管路上设置作为受控端的管路调节阀可以调节热介质的流速和流量改变供热效率。通过设置物联网管路调节阀，可以在控制端和受控端之间建立数据传输链路，利用数据传输链路的链路标识形成驱动数据的分发和接收，通过对确定区域内管路调节阀的有序调节形成确定区域内热用户室内温度的一致性。
[0047]
数据融合层30，用于形成数据采集计算节点，将确定区域内相关采集数据进行数据融合，根据热用户典型室温模型和控制预期形成确定区域内热量供给控制策略驱动调节
阀，使得热用户室内温度趋于平衡。
[0048]
节点包括数据计算功能，可以与较大尺度的确定区域形成对应关系，例如根据楼栋、单元或楼层灵活设置节点。通过节点将确定区域内相关采集数据进行数据融合，以融合的采集数据作为控制反馈基础，根据热用户典型室温模型和控制预期形成确定区域内不同热用户热量供给的控制策略，作为控制端控制确定区域内每个管路调节阀的时序性开度，通过状态反馈修正确定区域内热量供给控制策略，平衡热量供给。
[0049]
智能决策层40，用于与数据融合层交互，形成供热地域内确定区域的供热状态监控，通过调整控制预期和热用户典型室温模型干预供热地域内确定区域热量供给控制策略的形成。
[0050]
数据融合层中的数据融合与控制策略形成具有区域性，通过智能决策层与数据融合层交互形成供热地域内完整的供热状态监控和监控展示。供热状态包括但不限于确定区域内对应管路、终端和空间的类型物理信号、管路调节阀开度以及居室或供热用户的类型等。通过调整控制预期调度供热地域内的整体热量供给，通过优化热用户典型室温模型使得确定区域内针对热用户空间内的热量供给控制策略形成变化，平衡热量供给控制过程发生改变。优化确定区域内热量供给的均衡度。
[0051]
本发明实施例的供热系统的控制调节系统形成基于现有供热系统对热力分配均衡度的主动调节技术手段，对采暖系统实现有效控制和精准调节，大大提高管理和节能水平。能够实现用户需求侧响应，实现按需供热、精准供热。可以应用于供热系统换热站及热用户供热调节，最大限度地达到节能的目的。
[0052]
本发明一实施例供热系统的控制调节系统如图2所示。在图2中，物理感知层10包括：
[0053]
室内温度传感器模组11，用于采集确定建筑类型中典型热用户室内的温度变化信号。
[0054]
建筑类型根据用途可以分为居民、商业和工业。根据建筑物高度、型体系数、朝向、层高、各类围护结构等会形成不同的耗热量水平。根据耗热量水平可以将居民类建筑划分为5个等级，将商业和工业类建筑各划分为2个等级，即形成确定建筑类型的细分。同时根据确定建筑类型中供热空间位置可以确定热用户类型，一种是典型用户，包括同一栋楼的顶层、底层、边户、中间户等可以代表楼栋内供热室温特点的用户。典型用户以外的热用户为一般用户。
[0055]
热力站二次侧管路温度传感器模组12，用于采集二次侧供回水管路分支的温度变化信号。
[0056]
热力站二次侧管路压力传感器模组13，用于采集二次侧供回水管路分支的压力变化信号。
[0057]
热力站二次侧管路热量传感器模组14，用于采集二次侧供回水管路分支的热量密度变化信号。
[0058]
在本发明一实施例中，各传感器模组自备电源，通过输出端连接通信模块(4g公网模块或wifi通信模块)的输入端形成采集数据的并行传输通道。
[0059]
本发明实施例的供热系统的控制调节系统通过在二次侧和热用户室内设置的物理信号类型传感器形成与二次侧供回水管网拓扑结构向匹配的传感器布设网络，根据管网
管路分支拓扑结构获得围绕热用户的不同划分尺度即时热力分布变化特征信息。为形成和修正供热平衡的控制过程提供可靠的反馈基础。
[0060]
如图2所示，在本发明一实施例中，设备控制层20包括：
[0061]
物联网管路调节阀21，用于作为受控端与控制端形成专用数据链路，根据接收的控制数据调整调节阀阀门开度。
[0062]
在本发明一实施例中，专用数据链路采用窄带物联网(narrow bandinternet of things,nb-iot)通信模块形成，物联网管路调节阀集成调节阀状态采集电路，用于采集阀门开度信号，并将阀门开度信号通过专用数据链路反馈控制端。
[0063]
本发明实施例的供热系统的控制调节系统采用公网通信技术与成熟的电动调流阀集成的调节阀，实现对调节阀的实时自动控制，使得典型热用户的室温状态可以及时反馈，一般用户的室温需求可以及时改善。
[0064]
如图2所示，在本发明一实施例中，数据融合层30包括：
[0065]
边缘处理器31，用于接收确定区域内的采集数据和受控端的反馈数据，根据热用户典型室温模型和控制预期形成确定区域内关联受控端的供热控制策略，驱动控制关联受控端的调节阀阀门开度，使确定区域内关联热用户室内温度趋于平衡。
[0066]
边缘处理器可以采用dsp(digital signal processor)数字信号处理器、 fpga(field-programmable gate array)现场可编程门阵列、mcu (microcontroller unit)系统板、soc(system on a chip)系统板或包括i/o 的plc(programmable logic controller)最小系统。
[0067]
本发明实施例的供热系统的控制调节系统形成分布式的独立调节模式，实现基于热用户典型室温模型对确定区域内的热用户进行有针对性的供热调节。可以适应各确定区域内热用户规模和建筑类型的多样性供热需求。可以有效降低在供热地域内进行统一供热调节带来的能耗大、响应时延高和调控精度受限的缺陷。
[0068]
如图2所示，在本发明一实施例中，智能决策层40包括：
[0069]
供热调节监控平台41，用于与各边缘处理器进行交互，将供热地域内热用户的供热状态进行整体展示和监控。
[0070]
供热调节监控平台包括存储资源、显示资源和计算资源，通过对所辖边缘处理器进行数据汇聚处理，将供热地域内的整体供热状态以图形方式呈现，同时提供必要的人机交互接口用于数据监控。
[0071]
供热调节管理平台42，用于调整控制预期和热用户典型室温模型形成供热地域内确定区域热量供给确定区域内热量供给控制策略的修正。
[0072]
通过人机交互接口的授权机制对控制预期和热用户典型室温模型进行授权调整以影响确定区域热量供给控制策略的形成，在供热系统达到主要热力供热指标的基础上，调整关联热用户间的热量供给均衡度。
[0073]
本发明实施例的供热系统的控制调节系统形成对供热地域内所有确定区域内热量供给控制的实时监控。通过整体展示和监控获取供热地域内可靠的供热实时状态，为供热有效性提供评估基础。同时利用与数据融合层配合，形成以供热控制预期作为宏观调控基础，以热用户典型室温模型修正为数据融合层区域调控基础，以具体确定区域内热量供给控制策略为热用户现场基础的三级供热调节机制，有效改善热用户供热均衡度，在较大
范围内解决采暖用户各楼栋以及各用户间供热失调问题。
[0074]
本发明一实施例利用供热系统的控制调节系统形成的供热控制调节方法如图3所示。在图3中，本实施例在数据融合层中利用边缘处理器形成的处理过程包括：
[0075]
步骤110：获取所辖确定区域内具体建筑类型的典型用户的即时室温数据。
[0076]
具体建筑类型的典型用户类型可以通过边缘处理器与智能决策层数据交互从监控的基础数据库中获得。建筑类型的典型用户类型根据针对典型建筑种类采用先进的建筑负荷计算方法形成，模拟同一建筑不同典型区域房间的热工特性和差异。建筑类型、典型用户的确定遵循行业规范。
[0077]
步骤120：获取所辖确定区域内热用户的调节阀状态数据。
[0078]
在本发明一实施例中，通过与各隔热用户连通的供热供回水分支管路上物联网管路调节阀之间建立的数据传输链路识别调节阀，根据历史采集数据校验调节阀状态。
[0079]
步骤130：根据热用户典型室温模型通过典型用户的即时室温数据模拟一般用户的关联室温数据。
[0080]
热用户典型室温模型的室温数学表达式包括：
[0081]
公式中t
yd
为一般用户室温，t
d,i
为距离一般用户最近的上层(最多取2个)及下层(最多取2个)典型用户的室温，t
d,j
为距离一般用户最近的左侧(最多取2个)及右侧(最多取2个)典型用户的室温，α为采暖方式修正系数，β为层高修正系数，η为客观环境修正系数，根据试验数据及实际运行数据修正。客观环境因素包括但不限于地理、气象、海拔等。
[0082]
根据热用户典型室温模型获得典型用户室温对一般用户的量化影响，根据量化影响可以获得关联的典型用户与一般用户间的供热变化差异。
[0083]
步骤140：根据关联室温数据针对即时室温数据的差异趋势，形成差异趋势减小的均衡调整系数。
[0084]
差异趋势是指即时室温数据与关联室温数据在一个取定时长内差异变化幅度。均衡调整系数是通过计算差异趋势区域零时，需要对关联室温数据对应的一般用户的热量增量或热量减量的量化。在本发明一实施例中，热量增量或热量减量的量化为消除差异所需热量，为当前关联室温数据对应热量的比值。
[0085]
步骤150：根据典型用户的调节阀状态通过均衡调整系数调整关联一般用户的调节阀状态。
[0086]
根据均衡调整系数的热量需求，结合存储在监控的基础数据库中的建筑类型的典型用户类型的供回水管径、流速、供热规程等相关固有特征形成对应支路所需的供热介质流量或流速数据。同时根据反馈的当前调节阀开度状态形成开度调整动作的比例系数实现调节阀开度变化。进而根据各传感器反馈数据形成一般用户室温差异趋势减小的反馈控制过程。
[0087]
步骤160：获取所辖确定区域内的温度控制预期，根据即时室温数据针对温度控制预期的阶段差异，形成阶段差异消除的阶段调整系数。
[0088]
温度控制预期作为供热地域内各确定区域热力供应目标的调整参数。阶段差异是指即时室温数据与预期温度在一个取定时长内的相对误差。阶段调整系数是通过计算相对
误差消除过程中，需要对即时室温数据对应的典型用户的热量增量或热量减量的量化。在本发明一实施例中，热量增量或热量减量的量化为消除相对误差所需热量，为当前即时室温数据对应热量的比值。
[0089]
步骤170：通过阶段调整系数调整典型用户的调节阀状态。
[0090]
根据阶段调整系数的热量需求，结合存储在监控的基础数据库中的建筑类型的典型用户类型的供回水管径、流速、供热规程等相关固有特征形成对应支路所需的供热介质流量或流速数据。同时根据反馈的当前调节阀开度状态形成开度调整动作的比例系数实现调节阀开度变化。进而根据各传感器反馈数据形成典型用户室温差异趋势减小的反馈控制过程。
[0091]
本发明实施例的供热控制调节方法利用典型用户和一般用户的热负荷的内在关联性形成供热系统的平滑自动控制机制。通过温度控制预期形成对区域供热需求的量化和调整，通过边缘处理器构成分布式供热控制策略，形成区域内面向典型用户的主动控制和一般用户跟随典型用户的随动控制。通过主动随动的反馈控制响应保证了供热调整过程中的热量再平衡的平衡过渡和调整效率。对采暖系统实现有效控制和精准调节，并大大提高管理和节能水平的方法。
[0092]
如图3所示，在本发明一实施例中，还包括：
[0093]
在智能决策层中供热调节监控平台和供热调节管理平台的处理过程包括：
[0094]
步骤180：通过各边缘处理器进行数据交互，将供热地域内热用户的供热状态进行整体展示和监控。
[0095]
步骤190：调整控制预期和热用户典型室温模型形成供热地域内确定区域热量供给确定区域内热量供给控制策略的修正。
[0096]
本发明实施例的供热控制调节方法将集中反馈和分布监控集成在统一功能平台上，实现对供热地域内热力分配的有效管理，利用平台资源形成准确的温度控制预期进行宏观控制，利用分布式反馈数据形成热量管网供热效率评估、反馈和告警，提高监控水平。同时可以形成智能决策层与数据融合层的进一步融合，以智能决策层作为数据融合层的计算资源替代和备份，充分利用平台优势。
[0097]
本发明一实施例物联网管路调节阀的结构如图4所示。在图4中，本实施例的物联网管路调节阀基于现有物联网智能调节阀、物联网阀门控制器形成，在典型用户室内利用现有调节阀集成的控制器或控制器电路，包括：
[0098]
远程通信模块210，用于通过通信公网与控制端建立传输通信链路。
[0099]
远程通信模块采用窄带物联网(narrow band internet of things,nb-iot) 通信模块，根据控制器与控制端的通信策略按需建立传输通信链路。
[0100]
近场通信模块220，用于建立控制器与传感器间的采集通信链路。
[0101]
近场通信模块采用工业级蓝牙通信模块，建立小于50米的采集通信链路距离。利用蓝牙通信模块还可以形成近场中的蓝牙通信网络，微信号床输的稳定性形成冗余路由。
[0102]
温度传感器模组230，用于形成温度信号采集经模数转换后形成温度数据。温度传感器模组包括温度传感感应电路、模数转换电路和近场通信模块。
[0103]
湿度传感器模组240，用于形成湿度信号采集经模数转换后形成湿度数据。湿度传感器模组包括湿度传感感应电路、模数转换电路和近场通信模块。
[0104]
压力传感器模组250，用于形成压力信号采集经模数转换后形成压力数据。压力传感器模组包括压力传感感应电路、模数转换电路和近场通信模块。
[0105]
如图4所示，在本发明一实施例中，各传感器模组的设置具有固定的相对位置关系，湿度传感器模组240设置在窗户周边，优选设置在冷山墙壁的窗户周边。
[0106]
窗户存在定期通风行为，窗户开启时会导致室内外湿度混合，导致处于稳态的室内湿度信号快速变化。通过该位置湿度信号的采集，可以过滤室内温度信号变化时的人为因素或量化温度信号变化的一种变化因素。
[0107]
如图4所示，在本发明一实施例中，压力传感器模组250设置在门和窗周边，优选与湿度传感器模组240配对设置在门窗周边。
[0108]
窗户存在定期通风行为，门窗开启时会导致敞口位置压力发生趋势性变化，导致处于稳态的附近压力信号快速变化。通过该位置压力信号的采集，可以过滤室内温度信号变化时的人为因素或量化温度信号变化的一种变化因素。根据人为动作特征在湿度信号和压力信号的相关性可以为判断室温变化是否受人为因素干扰提供复合评估基础。
[0109]
如图4所示，在本发明一实施例中，温度传感器模组230分别设置在地面和天花板上，优选设置在靠近墙壁衔接处。
[0110]
地面和天花板间距相对固定，即使空气对流产生的温度差异和差异趋势也可保持相对均匀稳定。利用这一特征在形成对流高度两端的温度信号采集，可以形成温度相关性特征，为判断室温变化是否均匀稳定提供复合评估基础。
[0111]
本发明实施例感知调节装置形成关联传感器模组设置结构，通过将传感器布设位置与信号特征变化最显著的空间位置相结合，构成了利用现有通用传感器技术进行信号采集形成可量化可识别的供热空间随机事件发生和观察的信息维度。针对典型用户供热空间的位置与类型数据的映射关系在存储在相关数据库中后，为后续热用户典型室温模型和建筑类型、热用户类型的量化，直至针对性供热控制策略的形成和修正提供额外的信息维度。通用的物联网管路调节阀依旧可以在一般用户的室内直接应用，基于本发明提供的供热系统的控制调节方法与系统，可以大大简化通用物联网管路调节阀作为供热系统的感知调节装置时，物理感知层的配置复杂度。
[0112]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。