一种供热系统网源协同调节方法与流程

1.本发明属于供热领域，具体涉及一种供热系统网源协同调节方法。


背景技术：

2.供热系统由热源、热网和热用户三部分构成，热源一般为热电联产机组或区域锅炉房，负责产生热量；热网主要包括供热管道及换热站，负责输配热量；热用户提出热量需求，负责消耗热量。供热系统运行期间，热用户所需热量随室外温度不断变化而变化，需要对供热系统进行实时调节，避免热量不足或过剩，做到按需供热。但实际运行中，热源和热网运维管理相对独立，供热系统调节方法也大多围绕热源或热网独立制定，缺乏整体协同调节，导致热源出力与热网负荷匹配精度不高或者匹配不及时，影响供热系统的供热质量和供热能耗。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种供热系统网源协同调节方法，解决现有供热系统网源控制脱节或网源匹配不及时导致的超供或供热不足的缺陷。
4.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.本发明提供的一种供热系统网源协同调节方法，包括以下步骤：
6.步骤1，构建供热系统量化模型，供热系统量化模型包括热源首站供热系统量化模型、换热站供热系统量化模型和热用户供热系统量化模型；
7.步骤2，辨识步骤1中供热系统量化模型中的静态常量；
8.步骤3，根据步骤2中得到的静态常量解析供热系统的运行状态参数；
9.步骤4，将步骤2得到的静态常量，结合步骤3中解析得到的供热系统运行状态参数，调节热源出力、各换热站一次网流量和供热首站供水温度。
10.优选地，步骤1中，基于质量和能量守恒定律，所述热源首站供热系统量化模型的表达式为：
11.t
g_0
＝t
g_1
；
[0012][0013][0014]
式中，t
g_0
为首站供水温度，单位℃；t
g_1
为换热站一次侧供水温度，单位℃；f
g_0
为首站供水流量，单位t/h；f
g_1
为换热站一次侧供水流量，单位t/h；t
h_0
为首站回水温度，单位℃；t
h_1
为换热站一次侧回水温度，单位℃；n为换热站编号；
[0015]
设定换热站供热系统量化模型中换热器的一次侧水流流动和二次侧水流流动形式均为逆向流动，则所述换热站供热系统量化模型的表达式：
[0016]
q
g_1
＝c1·
(t
g_1
‑
t
h_1
)
·
f
g_1
[0017]
q
g_2
＝c1·
(t
g_2
‑
t
h_2
)
·
f
g_2
[0018][0019]
式中，q
g_1
、q
g_2
为一、二次网供热量，单位kw；t
g_2
、t
h_2
为换热站二次侧供、回水温度，单位℃；f
g_2
为换热站二次侧供水流量，单位t/h；q
1_2
为换热站一、二次侧换热量，单位kw；c1为与水比热容从相关的静态常量；c
1_2
为与换热器传热系数和换热面积相关的静态常量；
[0020]
设定散热器传热系数和建筑物围护结构传热系数为常数，则所述热用户供热系统量化模型的表达式为：
[0021][0022]
q
j_h
＝c
3_1
·
[t
n
‑
(c
3_2
·
t
w
+c
3_3
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]
式中，，q
s_s
为散热器散热量，单位kw；q
j_h
为建筑耗热量，单位kw；t
w
为室外温度，单位℃；t
n
为室内温度，单位℃；c2为与散热器传热系数和散热器面积相关的静态常量；c
3_1
为与围护结构传热系数和围护结构面积相关的静态常量；c
3_2
、c
3_3
分别为对气象数据中室外温度的修正常数。
[0024]
优选地，步骤2中，辨识步骤1中供热系统量化模型中的静态常量，具体方法是：
[0025]
根据公式所示量纲，c1取值为1.1625；
[0026]
基于一次网供热量与换热器换热量相等，结合换热器、管道热损失及测量过程中产生的系统误差和仪表测量误差，建立一次网和换热器之间传热关系式，并作为回归模型，利用两变量线性回归模型参数的最大似然估计法，通过计算辨识出c1‑2；
[0027]
基于一次网供热量与散热器散热量相等，以及一次网供热量与建筑耗热量相等，结合换热器、管道热损失及测量过程中产生的系统误差和仪表测量误差，建立用户散热器及其围护结构之间传热关系式，并作为回归模型，利用多元线性回归模型参数的最大似然估计法，计算辨识得到c3‑2、c3‑3和1/c3‑1+1/c2；
[0028]
基于一次网供热量与散热器散热量相等，结合换热器和管道的散热损失，以及系统测量误差，并通过实测统计确定换热站供暖区域内的室内温度，建立一次网和用户散热器之间传热关系式，并作为回归模型，利用两变量线性回归模型参数的最大似然估计法，计算辨识得到c2；
[0029]
根据得到的1/c3‑1+1/c2和c2值辨识得到c3‑1。
[0030]
优选地，步骤3中，根据步骤2中得到的静态常量解析供热系统的运行状态参数，具体方法是：
[0031]
所述供热系统的运行状态参数包括用户室内温度t
n
，室外温度t
w
，换热站一次侧供水温度t
g
‑1，换热站一次侧回水温度t
h
‑1，换热站一次侧供水流量f
g
‑1，换热站二次侧供水温度 t
g
‑2，换热站二次侧回水温度t
h
‑2，换热站二次侧供水流量f
g
‑2；其中：
[0032]
当不考虑室外风速对建筑物围护结构耗热量影响时，基于一次网供热量等于换热器换热量、一次网供热量等于二次网供热量、一次网供热量等于散热器散热量和一次网供
热量等于建筑物耗热量，联立数学关系式，将供热系统的八个运行状态参数通过换热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1、换热站二次侧供水流量t
g
‑2和室外温度t
w
进行唯一表示；
[0033]
当考虑室外风速v对建筑围护结构耗热量影响时，将供热系统的八个运行状态参数通过换热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1、换热站二次侧供水流量t
g
‑2、室外温度t
w
和室外风速v进行唯一表示。
[0034]
优选地，步骤4中，将步骤2得到的静态常量，结合步骤3中解析得到的供热系统运行状态参数，调节热源出力，具体方法是：
[0035]
建立供热系统的供热负荷的预测模型：
[0036][0037]
将步骤2中得到的静态常量、各个换热站室外风速v(n)、室外温度t
w
(n)和供热区域内室内温度期望值t
n
(n)代入供热系统的供热负荷预测模型中，得到该供热系统的热负荷q0；
[0038]
根据预测的供热系统热负荷值对汽轮机抽汽量进行实时调节。
[0039]
优选地，步骤4中，将步骤2得到的静态常量，结合步骤3中解析得到的供热系统运行状态参数，调节各换热站一次网流量，具体方法是：
[0040]
建立各换热站一次侧流量数学模型：
[0041][0042]
根据步骤2中得到的静态常量，结合各换热站在同一时刻自身外部环境变量t
w
(n)、v(n) 和供热区域内室内温度期望值t
n
(n)；对首站供水流量f
g
‑0进行分配，确定各换热站一次侧流量f
g
‑1。
[0043]
优选地，步骤4中，将步骤2得到的静态常量，结合步骤3中解析得到的供热系统运行状态参数，调节供热首站供水温度，具体方法是：
[0044]
基于各个换热站一次侧供水温度相等且与首站供水温度相同，建立供热首站的数学模型：
[0045]
t
g_0
＝g4[f
g_1
(n),f
g_2
(n),t
n
(n)，t
w
(n),v(n),c1(n),c2(n),c
1_2
(n),c
3_1
(n),c
3_2
(n),c
3_3
(n)]
[0046]
根据步骤2中得到的静态常量，结合各个换热站室外风速v(n)、室外温度t
w
(n)、换热站一次侧供水流量f
g
‑1(n)、换热站二次侧供水流量f
g
‑2(n)和供热区域内室内温度期望值 t
n
(n)，得到首站供水温度推荐值t
g
‑0；将首站供水温度推荐值t
g
‑0和调节对外供水总流量相结合，得到供水温度。
[0047]
一种供热系统网源协同调节系统，基于该系统能够运行所述的一种供热系统网源协同调节方法，具体包括：模型构建单元、参数计算单元、参数解析单元和参数调节单元，其中：
[0048]
模型构建单元用于构建供热系统量化模型，供热系统量化模型包括热源首站供热系统量化模型、换热站供热系统量化模型和热用户供热系统量化模型；
[0049]
参数计算单元用于辨识中供热系统量化模型中的静态常量；
[0050]
参数解析单元用于根据得到的静态常量解析供热系统的运行状态参数；
[0051]
参数调节单元用于将得到的静态常量，结合解析得到的供热系统运行状态参数，调节热源出力、各换热站一次网流量和供热首站供水温度。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0053]
本发明提供的一种供热系统网源协同调节方法，通过预测热网热负荷指导热源调节抽汽量、设定热用户室内期望温度调节供热首站供水温度、并在首站供水流量一定的情况下，按需分配调节各换热站调节阀获取目标流量；有利于热源对热网负荷、要求等变化快速作出精准的响应，提升供热系统整体调度协调能力，避免供热系统热量不足或过剩，实现供热系统按需供热，大幅改善供热质量，降低供热能耗。
附图说明
[0054]
图1是本发明的原理示意图；
具体实施方式
[0055]
下面结合附图，对本发明进行举例说明。
[0056]
如图1所示，本发明提供的一种供热系统网源协同调节方法，包括以下步骤：
[0057]
步骤1，搭建供热系统量化模型，包括热源首站供热系统量化模型、换热站供热系统量化模型和热用户供热系统量化模型；
[0058]
所述热源首站供热系统量化模型基于质量和能量守恒定律，且忽略管道散热损失和漏水，具体如下：
[0059]
t
g_0
＝t
g_1
；
[0060][0061][0062]
式中，t
g_0
为首站供水温度，单位℃；t
g_1
为换热站一次侧供水温度，单位℃；f
g_0
为首站供水流量，单位t/h；f
g_1
为换热站一次侧供水流量，单位t/h；t
h_0
为首站回水温度，单位℃； t
h_1
为换热站一次侧回水温度，单位℃；n为换热站编号。
[0063]
所述换热站供热系统量化模型需设定换热器一、二次侧水流流动形式，取逆向流动，具体如下：
[0064]
q
g_1
＝c1·
(t
g_1
‑
t
h_1
)
·
f
g_1
[0065]
q
g_2
＝c1·
(t
g_2
‑
t
h_2
)
·
f
g_2
[0066][0067]
式中，q
g_1
、q
g_2
为一、二次网供热量，单位kw；t
g_2
、t
h_2
为换热站二次侧供、回水温度，单位℃；f
g_2
为换热站二次侧供水流量，单位t/h；q
1_2
为换热站一、二次侧换热量，单位 kw；c1为与水比热容从相关的静态常量；c
1_2
为与换热器传热系数和换热面积相关的静态常
量；
[0068]
所述用户供热系统量化模型需设定散热器传热系数和建筑物围护结构传热系数为常数，具体如下：
[0069][0070]
q
j_h
＝c
3_1
·
[t
n
‑
(c
3_2
·
t
w
+c
3_3
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0071]
式中，q
s_s
为散热器散热量，单位kw；q
j_h
为建筑耗热量，单位kw；t
w
为室外温度，单位℃； t
n
为室内温度，单位℃；c2为与散热器传热系数和散热器面积相关的静态常量；c
3_1
为与围护结构传热系数和围护结构面积相关的静态常量；c
3_2
、c
3_3
分别为对气象数据中室外温度的静态常量；
[0072]
步骤2，基于供热系统大量历史运行数据，利用机器学习算法辨识步骤1中所述的静态常量，具体包括c1、c1‑2、c2、c3‑1、c3‑2、c3‑3六个静态常量；
[0073]
所述静态常量c1与水比热容相关，根据公式所示量纲，c1可取为1.1625；
[0074]
所述静态常量c1‑2确定时，忽略换热器和管道的热损失，一次网供热量与换热器换热量相等，即：
[0075][0076]
但实际运行过程中，存在换热器和管道热损失，且测量过程中也存在系统误差和仪表测量误差，c1为已知，实际工况下上式可视为如下两变量线性回归模型，回归模型结果表示一次网和换热器之间传热关系式；
[0077][0078]
上式中，ε为随机误差，利用两变量线性回归模型参数的最大似然估计法，通过计算机编程计算可辨识出c1‑2。
[0079]
所述静态常量c3‑2、c3‑3确定时，忽略换热器和管道热损失，一次网供热量与散热器散热量相等，一次网供热量与建筑耗热量相等，即：
[0080][0081]
联立可得：
[0082][0083]
但实际运行过程中，存在换热器和管道热损失，测量过程中也存在系统误差和仪表测量误差， c1为已知，上式可视为如下多元线性回归模型，回归模型结果显示用户散热器及其围护结构之间传热关系式；
[0084][0085]
上式中ε为随机误差，利用多元线性回归模型参数的最大似然估计法，通过计算机编程计算可辨识出c3‑2、c3‑3和1/c3‑1+1/c2；
[0086]
所述静态常量c2确定时，忽略换热器和管道热损失，一次网供热量与散热器散热量相等，
[0087]
即：
[0088]
[0089]
换热站供暖区域内的室内温度根据实测值经统计后确定，c1为已知值，引入换热器、管道散热损失和系统、测量误差后，上式可视为如下两变量线性回归模型，线性回归模型结果表示一次网和用户散热器之间传热关系式；
[0090][0091]
上式中ε为随机误差，利用两变量线性回归模型参数的最大似然估计法，通过计算机编程计算可辨识出c2；
[0092]
根据辨识出的1/c3‑1+1/c2和c2值可求出c3‑1；
[0093]
步骤3，解析供热系统运行状态参数
[0094]
在不考虑室外风速对建筑物围护结构耗热量影响时，除热源外，供热系统涉及的运行变量共有八个，分别为用户室内温度t
n
，室外温度t
w
，换热站一次侧供水温度t
g
‑1，换热站一次侧回水温度t
h
‑1，换热站一次侧供水流量f
g
‑1，换热站二次侧供水温度t
g
‑2，换热站二次侧回水温度t
h
‑2，换热站二次侧供水流量f
g
‑2；
[0095]
根据一次网供热量等于换热器换热量，可得：
[0096][0097]
根据一次网供热量等于二次网供热量，可得：
[0098][0099]
将公式(12)代入公式(11)可得：
[0100][0101]
根据一次网供热量等于散热器散热量，可得：
[0102][0103]
联立(12)和(14)，可得：
[0104][0105]
[0106]
根据一次网供热量等于建筑物耗热量，可得：
[0107][0108]
将(17)分别代入(15)和(16)，可得：
[0109][0110][0111]
将(18)和(19)代入(1)可得：
[0112][0113]
根据一次网供热量等于建筑耗热量，可得：
[0114][0115]
联立(20)和(21)可得：
[0116][0117]
上式可以表述为如下函数关系式：
[0118]
f(t
g_1
,f
g_1
,f
g_2
,t
n
,t
w
,c1,c2,c
1_2
,c
3_1
,c
3_2
,c
3_3
)＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0119]
当辨识出供热系统静态常量后，换热站供热区域内用户平均室内温度t
n
可表示为换热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1、换热站二次侧供
[0120]
水流量t
g
‑2、室外温度t
w
四个变量的函数关系式，即：
[0121][0122]
由公式(18)、公式(19)可以看出，当辨识出供热系统静态常量后，换热站二次侧供水温度t
g
‑2、换热站二次侧回水温度t
h
‑2只与换热站二次侧供水流量f
g
‑2及室内温度t
n
、室外温度t
w
有关，换热站二次侧供回水温度可表示为如下函数：
[0123]
[0124][0125]
由公式(21)可以看出，当辨识出供热系统静态常量后，换热站一次侧回水温度t
h
‑
1只与换
热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1及室内温度t
n
、室外温度t
w
有关，换热站一次侧回水温度可表示为如下函数：
[0126][0127]
由公式(24)可知，用户室内温度t
n
是关于换热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1、换热站二次侧供水流量t
g
‑2、室外温度t
w
的函数关系式，将公式(24)代入公式 (27)后，换热站一次侧回水温度可表示为如下函数：
[0128][0129]
由公式(24)、公式(25)、公式(26)和公式(28)可以看出，前述供热系统八个运行状态参数，均可由换热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1、换热站二次侧供水流量t
g
‑2、室外温度t
w
四个状态参数唯一表示出；
[0130]
当考虑室外风速v对建筑围护结构耗热量影响后，前述供热系统八个运行状态参数，均可由换热站一次侧供水温度t
g
‑1、换热站一次侧供水流量f
g
‑1、换热站二次侧供水流量t
g
‑2、室外温度t
w
和室外风速v五个状态参数唯一表示出；
[0131]
步骤4，通过热网所需热负荷预测，调节热源出力；
[0132]
根据公式(3)可知，建筑耗热量q
j_h
与静态常量c
3_1
、c
3_2
、c
3_3
及室内温度t
n
、室外温度t
w
有关，引入室外风速v变量影响后，换热站供暖区域内建筑耗热量可表述如下：
[0133]
q
j_h
(n)＝g1[t
n
(n),t
w
(n),v(n),c
3_1
(n),c
3_2
(n),c
3_3
(n)]
ꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0134]
整个供热系统热负荷为各个换热站供暖区域内建筑耗热量之和，即：
[0135][0136]
上式中，通过历史数据辨识模型静态常量后，在已知各个换热站室外风速v(n)、室外温度 t
w
(n)、供热区域内室内温度期望值t
n
(n)的前提下，可预测出整个供热系统的热负荷q0；
[0137]
电厂需根据预测的供热系统热负荷大小对汽轮机抽汽量进行实时调节；
[0138]
步骤5，将供热首站供水流量按需分配，调节各换热站一次网流量；
[0139]
不考虑室外风速影响时，由公式(6)可得：
[0140][0141]
不考虑一次网管道散热损失时，各换热站一次侧供水温度相等，一次网流量分配的原则是按需分配，目标是实现各换热站一次侧回水温度相同；一次网流量按需分配后，对于换热站n 和换热站m，一次侧流量满足如下关系式：
[0142][0143]
首站供水流量f
g
‑0为各换热站一次侧流量之和，换热站一次侧流量计式如下：
[0144][0145]
引入室外风速v变量影响后，换热站一次侧流量可表述如下：
[0146][0147]
上式中，通过历史数据辨识模型静态常量后，各换热站在同一时刻自身外部环境变量t
w
(n)、 v(n)条件下，当满足各换热站供热区域内室内温度期望值t
n
(n)时，可对首站供水流量f
g
‑0进行分配，确定各换热站一次侧流量f
g
‑1；
[0148]
确定各换热站一次侧流量f
g
‑1后，需通过调节各个换热站一次侧电动调节阀开度，实现各换热站一次侧流量按需分配，使各换热站一次侧回水温度基本相同；
[0149]
步骤6，根据供热区域内用户室内温度的期望值，实时调节供热首站供水温度；
[0150]
根据公式(23)，换热站一次侧供水温度可表述为：
[0151]
t
g_1
(n)＝g3[f
g_1
(n),f
g_2
(n),t
n
(n),t
w
(n),c1(n),c2(n),c
1_2
(n),c
3_1
(n),c
3_2
(n),c
3_3
(n)]
[0152]
不考虑一次网管道散热损失时，各个换热站一次侧供水温度相等，且与首站供水温度相同，
[0153]
即：t
g_0
＝t
g_1
(n)；
[0154]
因此，首站供水温度可表示为：
[0155][0156]
考虑室外风速v变量影响后，首站供水温度预测模型可表述为：
[0157][0157][0158]
上式中，通过历史数据辨识模型静态常量后，在已知各个换热站室外风速v(n)、室外温度t
w
(n)、换热站一次侧供水流量f
g
‑1(n)、换热站二次侧供水流量f
g
‑2(n)、供热区域内室内温度期望值t
n
(n)的前提下，可给出首站供水温度推荐值t
g
‑0；热源侧获得首站供水温度推荐值后，通过调节对外供水总流量实现供水温度控制。
[0159]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。