一种换热站二次网调控方法及系统与流程

本发明涉及集中供热系统换热站控制技术领域，具体涉及一种换热站二次网调控方法及系统。

背景技术：

目前集中供热系统换热站所带的二次网是保证热用户供热质量、管网工况平衡及节能降耗的主要环节之一。在供热系统热源、一次网和换热站已具备优化控制手段和措施的前提下，二次网即成为供热系统的“最后一公里”。现有的二次网楼栋/单元热力入口大部分仅有阀门隔离功能，即使安装有调节阀门，在实际运行中也很少调节或者功能失效；另外部分二次网楼栋/单元热力入口安装有自力式平衡阀门(自力式流量平衡阀或自力式差压平衡阀)，由于二次网普遍水质不佳，容易造成导压管堵塞和平衡阀失效，进而导致二次网工况失调。上述原因造成二次网水力和热力失调现象非常普遍，除难以满足热用户供热质量和热舒适性要求外，也带来能源浪费，增加供热运行成本(能耗及人工费用)和劳动强度。

近几年，部分热力公司采用基于云平台的智能二次网控制系统，以实现二次网的优化控制，解决二次网水力和热力失调的现象，但通常是以二次网热力入口回水温度平均值作为控制设定值进行调控，或者辅以建筑物边角热力入口回水温度进行修正，调控因素比较单一，很难实现有效的二次网水力和热力调节。另外，在专利文献公开的智能二次网控制系统中，例如：专利文献1-cn201910470504.2中通过计算机仿真模拟供热系统水力工况，结合阀门流量特性曲线计算阀门开度，之后，根据回水温度和室内温度变化调试实现二次网水力平衡；专利文献2-cn201710367492.1中通过对用户室内温度直接进行控制，在控制中考虑回水温度和对室内的实际温度的直接调节，采用用户室内温度传感器和用户入口电磁阀，依据当前用户室内温度控制用户入口水流量，对室内温度及时进行调节，减少了供热循环水量，避免了供热出水口近端过热、远端过冷的问题，优化循环泵的控制参数，降低了系统的能耗。然而，仅仅采用计算机程序很难做到精确的二次网水力工况仿真，即使做到一个二次网系统，但要推广到其他二次网几乎没有可能，费时费力，且不准确；采用室内温度+电磁阀的开关调节控方式会影响二次系统压力工况的稳定性，且容易导致室内温度的较大波动，难以满足用户的热舒适性和精确控制目标。

因此，如何有效控制二次网和热用户的热力及水力平衡是急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种换热站二次网调控方法及系统，用以解决换热站二次网和热用户的热力及水力平失衡的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种换热站二次网调控方法，包括：

获取二次网回水温度检测值和室内温度检测值；

根据所述室内温度检测值和二次网非中间单元回水温度修正值计算二次网回水温度控制设定值；

比较所述二次网回水温度控制设定值与所述二次网回水温度检测值得到回水温度控制误差；

根据所述回水温度控制误差和二次网物理参数计算二次网调控阀门的开度变化数值；

根据所述二次网调控阀门的开度变化数值调节所述二次网调控阀门的开度。

根据本发明的一实施方式，所述根据所述室内温度检测值和二次网非中间单元回水温度修正值计算二次网回水温度控制设定值的步骤包括：

获取二次网多个中间单元的回水温度；

根据获取的二次网多个中间单元的回水温度计算得到二次网中间单元回水温度平均值，并将所述二次网中间单元回水温度平均值作为二次网回水温度基本设定值；

根据所述室内温度检测值、所述二次网回水温度基本设定值、二次网非中间单元回水温度修正值、二次网中间单元室内温度修正值以及二次网非中间单元室内温度修正值确定所述二次网回水温度控制设定值。

根据本发明的另一实施方式，所述根据所述回水温度控制误差和二次网物理参数计算二次网调控阀门的开度变化数值的步骤包括：

获取所述二次网调控阀门的阀门特性曲线；

获取所述二次网的物理结构特性；

根据所述二次网调控阀门的阀门特性曲线、所述回水温度控制误差以及所述二次网的物理结构特性计算得到所述二次网调控阀门的开度变化数值。

根据本发明的另一实施方式，所述二次网的物理结构特性包括最不利环路、散热装置和调控阀门位置。

根据本发明的另一实施方式，所述根据所述二次网调控阀门的开度变化数值调节所述二次网调控阀门的开度的步骤之后还包括：

根据用户散热装置确定等待预设时间后获取所述二次网调控阀门的实际开度变化值；

如果所述二次网调控阀门的实际开度变化值满足预设阀门开度变化条件，则完成所述二次网调控阀门的调控。

根据本发明的另一实施方式，所述预设阀门开度变化条件为所述二次网调控阀门的开度变化范围在[-3％～3％]之间。

另一方面，本发明实施例还提供了一种换热站二次网调控系统，包括云平台和通信终端，所述换热站二次网调控系统还包括二次网调控阀门、回水温度采集器和室内温度采集器；

所述回水温度采集器用于获取所述二次网回水温度检测值和所述二次网多个中间单元的回水温度；

所述室内温度采集器用于获取室内温度检测值；

所述通信终端用于将所述回水温度采集器和所述室内温度采集器获取的温度数据发送至所述云平台，并接收所述云平台发送的二次网调控阀门控制信息；

所述云平台用于根据所述通信终端发送的温度数据和二次网物理参数计算得到所述二次网调控阀门控制信息；

所述二次网调控阀门用于根据所述二次网调控阀门控制信息进行阀门开度调节；

其中，所述二次网调控阀门控制信息包括所述二次网调控阀门的开度变化数值。

根据本发明的一实施方式，所述二次网调控阀门为手动调节阀。

根据本发明的另一实施方式，所述回水温度采集器集成在所述二次网调控阀门的阀体内。

根据本发明的另一实施方式，所述回水温度采集器可拆卸地设置在所述二次网调控阀门的阀体内。

本发明方法具有如下优点：

本发明实施例的换热站二次网调控方法及系统，首先通过获取二次网回水温度检测值和室内温度检测值，之后根据室内温度检测值和二次网非中间单元回水温度修正值计算二次网回水温度控制设定值，再比较二次网回水温度控制设定值与二次网回水温度检测值得到回水温度控制误差，并根据回水温度控制误差和二次网物理参数计算二次网调控阀门的开度变化数值，进而调节二次网调控阀门的开度，从而将二次网调控阀门的开度设置在合适的位置，以调控二次网和热用户的热力和水力达到平衡状态。本发明实施例的换热站二次网调控方法通过二次网回水温度检测值、室内温度检测值、二次网非中间单元回水温度修正值以及二次网物理参数等多种因素来确定二次网调控阀门的调节开度数值，提高了二次网和热用户的热力平衡和水力平衡程度和控制精度，为换热站优化运行提供必要条件，满足热用户供热质量要求，充分利用系统自由热，降低系统能耗和污染物排放，降低人工成本和劳动强度。

附图说明

图1为本发明的一种换热站二次网调控方法的一些实施例的流程示意图；

图2为本发明的一种换热站二次网调控方法的步骤200的流程示意图。

图3为本发明的一种换热站二次网调控方法的步骤400的一些实施例的流程示意图；

图4为本发明的一种换热站二次网调控方法的另一些实施例的流程示意图；

图5为本发明的一种换热站二次网调控系统的一个实施例的结构示意图；

图6为本发明的平面硬密封平衡阀及内置nb-iot温度传感器结构示意图；

图7为本发明的w型球阀及内置nb-iot温度传感器结构示意图；

图8为本发明的二次网调控阀门的开度变化数值与回水温度控制误差的关系特性曲线。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

参见图1所示，图中示出了本发明实施例提供了一种换热站二次网调控方法，包括：

步骤100：获取二次网回水温度检测值和室内温度检测值；

本步骤中可以采用设置在二次网和室内的温度传感器实时采集二次网回水温度和室内温度以获取得到二次网回水温度检测值和室内温度检测值。

步骤200：根据室内温度检测值和二次网非中间单元回水温度修正值计算二次网回水温度控制设定值；

因实际现场室内温度的安装位置通常与真正要求的室内温度监测点位置(热用户主要房间几何中心上方的1-1.5m范围内)存在偏差，所以，应根据经验对现场室内温度安装位置对回水温度的影响进行修正。二次网非中间单元热用户的失热量面积指标高于中间单元，因此需要对此类单元的供热量进行补偿，以便获得与中间单元热用户相同的室内温度。在本步骤中通过室内温度检测值和二次网非中间单元回水温度修正值这两种检测参数，共同修正二次网回水温度控制设定值，以满足个性化回水温度设定及精细化控制要求。需要说明的是，二次网非中间单元回水温度修正值是根据实际运行经验和非中间单元和中间单元所需供热量占比共同确定的。

步骤300：比较二次网回水温度控制设定值与二次网回水温度检测值得到回水温度控制误差；

本步骤中可以通过计算二次网回水温度控制设定值与二次网回水温度检测值两者之间的差值来作为回水温度控制误差，当然也可以采用两者的比值等，在此不做具体限定。

步骤400：根据回水温度控制误差和二次网物理参数计算二次网调控阀门的开度变化数值；

本步骤中可以考虑了回水温度控制误差以及二次网物理参数例如：调控阀门在二次网中的位置及其调控性能曲线等因素后总结整理了二次网调控阀门的开度变化数值计算公式以计算二次网调控阀门的开度变化数值。

步骤500：根据二次网调控阀门的开度变化数值调节二次网调控阀门的开度。

本步骤中现场工作人员可以根据二次网调控阀门的开度变化数值手动调节二次网调控阀门的开度，也可以智能的二次网调控阀门自动调节，在此不做具体限定。

本发明实施例的换热站二次网调控方法首先通过获取二次网回水温度检测值和室内温度检测值，之后根据室内温度检测值和二次网非中间单元回水温度修正值计算二次网回水温度控制设定值，再比较二次网回水温度控制设定值与二次网回水温度检测值得到回水温度控制误差，并根据回水温度控制误差和二次网物理参数计算二次网调控阀门的开度变化数值，进而调节二次网调控阀门的开度，从而将二次网调控阀门的开度设置在合适的位置，以调控二次网和热用户的热力和水力达到平衡状态。本发明实施例的换热站二次网调控方法通过二次网回水温度检测值、室内温度检测值、二次网非中间单元回水温度修正值以及二次网物理参数等多种因素来确定二次网调控阀门的调节开度数值，提高了二次网和热用户的热力平衡和水力平衡程度和控制精度，为换热站优化运行提供必要条件，满足热用户供热质量要求，充分利用系统自由热，降低系统能耗和污染物排放，降低人工成本和劳动强度。

在一些实施例中，参见图2所示，本发明的换热站二次网调控方法中步骤200包括：

步骤201：获取二次网多个中间单元的回水温度；

本步骤中中间单元的回水温度采集通过安装二次网回水管道的调控阀体上的回水温度传感器获得的。

步骤202：根据获取的二次网多个中间单元的回水温度计算得到二次网中间单元回水温度平均值，并将二次网中间单元回水温度平均值作为二次网回水温度基本设定值；

本步骤中二次网回水温度基本设定值表示为：

其中，tr2spo为二次网回水温度基本设定值，单位为℃，为中间单元热力入口回水温度平均值，单位为℃。

步骤203：根据室内温度检测值、二次网回水温度基本设定值、二次网非中间单元回水温度修正值、二次网中间单元室内温度修正值以及二次网非中间单元室内温度修正值确定二次网回水温度控制设定值。

本步骤中二次网回水温度控制设定值表示为：

其中，tr2sp为二次网回水温度控制设定值，单位为℃；

i、j为数字；

m、n为安装于中间及非中间单元热力入口调控阀门的个数；

为安装于中间单元热力入口从第一个至第m个调控阀门的室内温度修正值，单位为℃；

为安装于非中间单元热力入口从第一个至第n个调控阀门的室内温度修正值，单位为℃；

为中间单元热力入口回水温度平均值，单位为℃；

tr2ct为非中间单元热力入口回水温度修正值，单位为℃。

本发明实施例的换热站二次网调控方法中二次网回水温度控制设定值的确定考虑了多种温度参数，包括：二次网多个中间单元的回水温度、室内温度检测值、二次网非中间单元回水温度修正值、二次网中间单元室内温度修正值以及二次网非中间单元室内温度修正值，使得二次网回水温度控制设定值的设定更加精确，进一步提高二次网和热用户的热力和水力平衡的控制精度。

在一些实施例中，参见图3所示，本发明的换热站二次网调控方法中步骤400包括：

步骤401：获取二次网调控阀门的阀门特性曲线；

本步骤中可以根据二次网调控阀门的类型，从阀门产品手册或供应商处中获取阀门特性曲线。

步骤402：获取二次网的物理结构特性；

本步骤中二次网包括多种物理结构特性，例如：最不利环路、散热设置、调控阀门位置以及调控阀门的数量等等，本实施例中可以根据需要获取想要的物理结构特性，在此不做具体限定。

步骤403：根据二次网调控阀门的阀门特性曲线、回水温度控制误差以及二次网的物理结构特性计算得到二次网调控阀门的开度变化数值。

本步骤中可以将上述的二次网调控阀门的阀门特性曲线、回水温度控制误差以及二次网的物理结构特性发送到智能云平台或计算机等来计算二次网调控阀门的开度变化数值。

二次网调控阀门的开度变化数值计算如下：

根据二次网管网结构，将二次网按照距离换热站远近分成三部分：前端、中端和末端。

当二次网调控阀门处于换热站前端时，二次网调控阀门的开度变化数值为：

当e>＝10时，dv＝40％-----(3)

当-10<e<10时，dv＝0.0063e^3+3.3465e(％)-----(4)

当e<＝-10时，dv＝-40％-----(5)

当二次网调控阀门处于换热站中端时，二次网调控阀门的开度变化数值为：

当e>＝10时，dv＝30％-----(6)

当-10<e<10时，dv＝0.0063e^3+2.3465e(％)-----(7)

当e<＝-10时，dv＝-30％-----(8)

当二次网调控阀门处于换热站末端时，二次网调控阀门的开度变化数值为：

当e>＝10时，dv＝20％-----(9)

当-10<e<10时，dv＝0.0048e^3+1.5162e(％)-----(10)

当e<＝-10时，dv＝-20％-----(11)

其中，e为回水温度控制误差，dv为二次网调控阀门的实际开度变化值。

具体的二次网调控阀门的开度变化数值与回水温度控制误差的关系特性曲线参见图8所示。

本发明实施例的换热站二次网调控方法中二次网调控阀门的开度变化数值可以通过智能云平台或计算机来计算，且二次网调控阀门的阀门特性曲线、回水温度控制误差以及二次网的物理结构特性等多种因素参与计算，使得二次网调控阀门的开度变化数值的确定更加精确，进一步提高二次网和热用户的热力和水力平衡的控制精度。

可选地，本发明实施例的换热站二次网调控方法中二次网的物理结构特性包括最不利环路、散热装置和调控阀门位置。

在一些实施例中，参见图4所示，本发明的换热站二次网调控方法中步骤500之后还包括：

步骤600：根据用户散热装置确定等待预设时间后获取二次网调控阀门的实际开度变化值；

步骤700：如果二次网调控阀门的实际开度变化值满足预设阀门开度变化条件，则完成二次网调控阀门的调控。

本发明实施例的换热站二次网调控方法在完成二次网调控阀门的调控后，需要等待一定时间(例如：热用户为散热器和地暖时分别为2和4小时)，通过调控阀门实际开度变化值进行基于回水温度的二次网水力平衡状态进行判定：(1)满足调控阀门开度变化条件时，说明二次网达到水力平衡状态，完成调试；(2)不满足调控阀门开度变化条件时，说明二次网需要继续调整，重复步骤100-步骤700的工作，直至满足调控阀门开度变化判定条件为止，实现二次网水力平衡，之后在实现二次网水力平衡工况后，锁定楼栋/单元热力入口调控阀门，保持其开度不变。本实施例的换热站二次网调控方法通过换热站实现二次网的质量调节，实现“站-网-户”联动调节，在满足热用户供热质量的前提下，实现换热站热耗和电耗最低。

可选地，本发明实施例的换热站二次网调控方法中预设阀门开度变化条件为二次网调控阀门的开度变化范围在[-3％～3％]之间。

本发明实施例的换热站二次网调控方法中预设阀门开度变化条件即回水温度控制误差通过调控阀门开度变化数值进行判断，当各二次网调控阀门开度变化范围为±3％时，可认为实现二次网水力平衡，否则，针对没有满足判定条件的热力入口重新进行计算和调节，直至满足判定条件为止。需要说明的是，二次网调控阀门的开度变化范围还可以为其他数值，可以根据需要进行设定。

另一方面，参见图5所示，本发明实施例还提供了一种换热站二次网调控系统，包括云平台10和通信终端20，其中该换热站二次网调控系统还包括二次网调控阀门30、回水温度采集器40和室内温度采集器50；

回水温度采集器40用于获取二次网回水温度检测值和二次网多个中间单元的回水温度；

室内温度采集器50用于获取室内温度检测值；

通信终端20用于将回水温度采集器40和室内温度采集器50获取的温度数据发送至云平台10，并接收云平台10发送的二次网调控阀门控制信息；

云平台10用于根据通信终端20发送的温度数据和二次网物理参数计算得到二次网调控阀门控制信息；

二次网调控阀门30用于根据二次网调控阀门控制信息进行阀门开度调节；

其中，二次网调控阀门控制信息包括二次网调控阀门的开度变化数值。

本发明实施例的云平台能够实时接收回水温度采集器和室内温度采集器获取的温度数据，之后计算二次网回水温度控制设定值，并比较和回水温度控制误差，最后结合现场应用阀门类型及其他输入数据，计算现场调控阀门需要的开度值，从而通信终端获得要求的调控要求，进行现场手动调节或自动智能调节。

本发明实施例的换热站二次网调控系统首先通过回水温度采集器和室内温度采集器获取的温度数据(二次网回水温度检测值和室内温度检测值)，之后通过通信终端发送到云平台，云平台根据上述温度数据和二次网物理参数计算得到二次网调控阀门控制信息即二次网调控阀门的开度变化数值，最后二次网调控阀门根据二次网调控阀门控制信息进行阀门开度调节，从而将二次网调控阀门的开度设置在合适的位置，以调控和解决换热站二次网和热用户的热力及水力平失衡的问题，提高二次网和热用户的热力平衡和水力平衡程度和控制精度，为换热站优化运行提供必要条件，满足热用户供热质量要求，充分利用系统自由热，降低系统能耗和污染物排放，降低人工成本和劳动强度。

优选地，本发明实施例的换热站二次网调控系统的二次网调控阀门30为手动调节阀。

近几年，部分热力公司采用基于云平台的智能二次网控制系统，控制阀门、数据采集和传输设备采用外部电源供电，但由于各种原因导致现场取电非常困难，阻碍了智能控制二次网的发展。即使采用电池驱动，因电池的电容量、电池体积和安装位置、环境所限和使用寿命等因素的影响，也极大地影响了二次网智能控制系统的应用和推广。本发明实施例的换热站二次网调控系统可以极大地能降低二次网智能控制系统初投资，仅安装最主要部分即手动调节阀、云平台和回水温度采集器，而手动调节阀不需用电，进一步降低了现场取电的难度，促进了智能控制二次网的发展。需要说明的是，本实施例中二次网调控阀门的型号可以为zkf-dn50/pn16，只要能实现本发明的调节阀功能即可，在此不一一举例说明。

可选地，本发明实施例的换热站二次网调控系统的回水温度采集器40集成在二次网调控阀门30的阀体内。

优选地，本发明实施例的换热站二次网调控系统的回水温度采集器的型号可以为nb-iot，当然还可以为其他类型的为温度采集器，在此不一一举例说明。

优选地，本发明实施例的换热站二次网调控系统的回水温度采集器可拆卸地设置在所述二次网调控阀门的阀体内。本发明实施例的换热站二次网调控系统采用可拆卸的二回水温度采集器，可以实现即插即用，在实现换热站二次网和热用户的热力及水力平衡后再复用到另外的换热站二次网中。

本发明实施例换热站二次网调控系统的中设置在热力入口处的二次网调控阀门可以为平面硬密封平衡阀和w型球阀)，回水温度采集器集成在阀体内部，具体结构图参见图6和图7所示。图6中：1-保护装置；2-刻度盘；3-nb-iot温度传感器；4-隔离套；5-平面开口型阀芯；6-阀座；7-阀体。图7中：1’-保护装置；2’-刻度盘；3’-nb-iot温度传感器；4’-隔离套；5’-w开口型阀芯；6’-阀座；7’-阀体。

具体的，在本发明实施例的换热站二次网调控系统进行调控时，首先在云平台输入参数，包括：控制阀门编号、控制阀门安装位置、单元位置、回水温度基本设定值、室内温度修正值、回水温度控制设定值、室内温度检测值、回水温度检测值、回水温度温差以及控制阀在二次网中的位置；而云平台的输出参数包括：控制阀门编号、控制阀安装位置、控制阀门开度变化数值、预设阀门开度变化条件(水力平衡判定条件)、控制状态以及控制阀门调整角度(运行调试人员可根据输出参数的“状态”和“阀门调整角度”对现场设备进行调试)。

具体举例参见下表所示：表一为输入参数列表，表二为输出参数列表，表三为中间单元和非中间单元回水温度。

表一：

表二：

表三：

通信终端可以为移动终端，进行如下开发：

1、手机app(安卓系统+苹果系统)

1.1输入界面

可根据二次网总平面图和实际运行情况获取以下各列参数：

(1)输入采集更新时间(1-120分钟可在界面上设定)及输入参数如下：控制阀门编号、控制阀门安装位置、单元位置、回水温度基本设定值/℃、室内温度修正值/℃、控制阀门在二次网中的位置；

(2)通过云平台智能计算，得出回水温度控制设定值及回水温度控制误差；

(3)通过云平台获取回水温度检测值和室内温度检测值。

1.2输出界面

给出输出参数列表，输出参数如下：

控制阀门编号、控制阀门安装位置、单元位置、控制阀门开度变化数值、预设阀门开度变化条件、控制状态及控制阀门调整角度。

2、便携式计算机

通过上网远程链接，可以在权限允许的情况下登陆给定网址，进入与手机功能等同的网站，进行二次网智能平衡计算，得出调节参数。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。