一种热网调控系统和方法与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种热网调控系统和方法。


背景技术：

2.城市现代化的一个重要标志为集中供热，但限于实际情况，当前城镇锅炉供热普遍存在，且利用锅炉进行小型区域供热和集中热力供暖共同发展是一个长期趋势。但目前在锅炉供热方面存在两个方面的主要问题，一是运行管理水平较低：供热管理运行部门普遍存在重视供暖的社会效益，节能观念和经济效益意识较为薄弱，尤其在新技术上的应用较少，一直以来停留在粗放的经验型管理；二是由于管理水平低，缺乏节能意识，缺乏统一规划和设计缺陷，造成锅炉供热能耗大，从而不利于产生更好的经济效益、环保效益。在当前国家大力提倡节能环保，碳达峰、碳中和的要求下，锅炉供热系统的管控水平和节能水平亟待提供。


技术实现要素：

3.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种热网调控系统和方法，用以解决现有锅炉供热管理水平低，缺乏节能意识和统一规划，锅炉供热能耗大的问题。
4.一方面，本发明实施例提供了一种热网调控系统，包括：热网数据模块、设备数据模块、平衡调控模块和锅炉运行模块，其中，所述热网数据模块，用于基于热网结构和分布构建热网拓扑图，并基于所述热网拓扑图利用图论方法计算热网数据结构；所述设备数据模块，用于采集各现场设备运行数据并上传至所述平衡调控模块，其中，所述现场设备运行数据包括供水温度、回水温度和瞬时流量；所述平衡调控模块，用于对热网运行中水力平衡和热力平衡进行自动化循环调控，其中，所述热网调控系统的循环调控包括：基于所述楼口供水温度和所述楼口回水温度计算供回水平均温度；基于所述瞬时流量和所述楼口供回水平均温度修正楼口设计流量；计算所述楼口运行流量与所述楼口设计流量之间的当前流量偏差；以及基于所述当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门；以及所述锅炉运行模块，用于利用燃气量计算模型和燃烧比率计算模型，通过室温设定和节能系数设定控制锅炉运行。
5.上述技术方案的有益效果如下：改变以往仅仅通过回水温度判定的方式确定运行状态，对于楼口无流量表的供热系统使用供回水温度进行换算。基于上述自动化循环调控方式，将实际室温和供回水平均温度整合计算，基于楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门，进而不断调整楼口运行流量，最终趋向平稳，从系统层面可实时监控调控数据变化。
6.基于上述系统的进一步改进，基于所述当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门进一步包括：当所述当前流量偏差的绝对值在控制范围内时，不调节所述楼口阀门；以及当所述当前流量偏差的绝对值不在控制范围内时，自动调节所述楼口阀门。
7.基于上述系统的进一步改进，所述热网数据结构还包括基本回路矩阵和管段流
量，其中，自动调节所述楼口阀门进一步包括：基于所述基本回路矩阵和所述管段流量计算所有管段流量矩阵；根据管网水力计算模拟法基于所述基本回路矩阵、所述管段流量矩阵和所述所有管段流量计算最不利环路压降；基于所述最不利环路压降和调节前的环路压降计算各环路阀门调节后需达到的压差；基于所述楼口运行流量，计算所述阀门调节后需达到的阻抗；以及根据阀门特性曲线基于所述各环路阀门调节后需达到的压差和所述阀门调节后需达到的阻抗计算楼口阀门开度，以根据所述楼口阀门开度自动调节所述楼口阀门。
8.基于上述系统的进一步改进，所述热网数据模块包括：热网信息、热网构图、部件管理、供热分区和结构辨识，其中，所述热网信息，包括热网名称、类型、位置、供热面积和供热方式；所述热网构图，用于根据热网结构和分布，定义并构建热网拓扑图的点和线，其中，所述点指所述热网拓扑图中的断点或部件以及所述线指所述热网拓扑图中的管段；所述部件管理，用于对组成热网的各空间部件进行集中管理，以树形结构显示热网中部件集合；所述供热分区，用于定义供热末端建筑的类型、面积和热指标；以及所述结构辨识，用于基于所述热网拓扑图分解管网结构数据，以形成环路结构数据，其中，基于所述热网拓扑图计算基本回路矩阵和管段流量矩阵。
9.上述技术方案的有益效果如下：基于直供热网真实结构为整个系统构建数字孪生的热网拓扑图，利用图论算法辨识热网结构，计算并存储热网部件之间的拓扑关系，生成整个直供热网的环路结构数据，是系统实施平衡调控的必要数据要求。
10.基于上述系统的进一步改进，所述设备数据模块包括基本信息管理子模块、上行数据管理子模块、下行数据管理子模块、控制设置子模块和变量绑定子模块，其中，所述设备管理模块包括：所述基本信息管理子模块，用于对各设备名称、编号和型号进行管理；所述上行数据管理子模块，用于显示设备运行数据；所述下行数据管理子模块，用于显示所述热网调控系统下发的设备控制指令；所述控制设置子模块，用于在所述热网调控系统与各设备之间交互设置upd传输协议；所述变量绑定子模块，用于将业务层面的指标名称与设备层面的数据指标的绑定，以允许多个业务变量绑定同一个设备变量。
11.上述技术方案的有益效果如下：基于物联网传感数据处理技术，根据工艺控制要求获取现场工艺数据，将基于经验控制的粗放模式调整为基于数据的精细化控制。进一步地，设备管理部分通过信息化技术与热网管理部分进行数据上的时空关联，进而结合热网拓扑图展示更强的数据可视效果。
12.基于上述系统的进一步改进，所述锅炉运行模块包括：燃气量计算模型、燃烧比率计算模型和锅炉运行监控，其中，所述燃气量计算模型，用于基于历史样本数据燃气量、室内温度和室外温度，利用svm回归预测算法推导出所述燃气量计算模型；所述燃烧比率计算模型，用于基于历史样本数据燃气瞬时流量和燃烧比率，利用svm回归预测算法推导出所述燃烧比率计算模型；以及所述锅炉运行监控，用于可视化显示锅炉运行数据。
13.上述技术方案的有益效果如下：利用svm回归预测算法可根据样本数据的更新反复训练计算模型，进而得出更优的锅炉运行策略。通过系统的功能编排，最终实现根据用户室温需求控制锅炉燃烧比率，实现管理节能需求控制锅炉燃烧比率。
14.基于上述系统的进一步改进，热网调控系统还包括：能耗统计分析模块，用于进行能耗统计分析以报表和图形化方式展示电能消耗、天然气消耗和循环水消耗，其中，所述电能消耗，用于展示当前与历史同期电能消耗的比较数据；所述天然气消耗，用于以锅炉维度
展示不同锅炉日、累计和往年同期的消耗比较数据；以及所述循环水消耗，用于展示当前与历史同期水耗的比较数据。
15.上述技术方案的有益效果如下：实时监控整个热网的能源消耗，与历史同期数据相比，可进一步结合实际情况评价管控水平，分析提升管控质量。
16.另一方面，本发明实施例提供了一种热网调控方法，包括：基于热网结构和分布构建热网拓扑图，并基于所述热网拓扑图利用图论方法计算热网数据结构；采集各现场设备运行数据并上传至所述平衡调控模块，其中，所述现场设备运行数据包括供水温度、回水温度和瞬时流量；对热网运行中水力平衡和热力平衡进行自动化循环调控，其中，所述自动化循环调控包括：基于所述供水温度和所述回水温度计算供回水温度平均值；基于所述瞬时流量和所述楼口供回水平均温度修正楼口设计流量；计算所述楼口运行流量与所述楼口设计流量之间的当前流量偏差；以及基于所述当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门；以及利用燃气量计算模型和燃烧比率计算模型，通过室温设定和节能系数设定控制锅炉运行。
17.基于上述方法的进一步改进，基于所述当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门进一步包括：当所述当前流量偏差的绝对值在控制范围内时，不调节所述楼口阀门；以及当所述当前流量偏差偏大或偏小时，自动调节所述楼口阀门。
18.基于上述方法的进一步改进，所述热网数据结构还包括基本回路矩阵和管段流量，其中，自动调节所述楼口阀门进一步包括：基于所述基本回路矩阵和所述管段流量计算所有管段流量矩阵；根据管网水力计算模拟法基于所述基本回路矩阵和所述所有管段流量计算最不利环路压降；基于所述最不利环路压降和调节前的环路压降计算各环路阀门调节后需达到的压差；基于所述楼口运行流量、以及计算所述阀门调节后需达到的阻抗；以及根据阀门特性曲线基于所述各环路阀门调节后需达到的压差和所述阀门调节后需达到的阻抗计算楼口阀门开度，以根据所述楼口阀门开度自动调节所述楼口阀门。
19.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
20.1、基于上述自动化循环调控方式，将实际室温和供回水平均温度整合计算，基于楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门，进而不断调整楼口运行流量，最终趋向平稳，从系统层面可实时监控调控数据变化；实现了热网平衡调控、节能降耗的目的，有效提升了锅炉直供热网的数字化管控水平。
21.2、本发明充分借助计算机数字化技术建立起管控人员与被管控热网良好的交互效果；本发明的热网管理利用最新的web前端技术结合图论计算方法实现热网机理结构的辨析，并进一步与设备管理相结合可视化运行数据，提高管理体验；通过大数据分析技术优化热网能源消耗；
22.3、利用工程调控算法进行热网平衡调控，以数字化方式极大提升管控效率和质量。
23.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1为根据本发明实施例的平台整体架构图。
26.图2为根据本发明实施例的热网拓扑图。
27.图3为根据本发明实施例的部分设备管理界面。
28.图4为根据本发明实施例的部分锅炉运行管理界面。
29.图5为根据本发明实施例的部分平衡调控界面。
30.图6为根据本发明实施例的部分能源统计分析界面。
31.图7为根据本发明实施例的热网调控方法的流程图。
32.图8为根据本发明实施例的热网调控方法的具体流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
34.本发明的一个具体实施例，公开了一种热网调控系统。参考图1，热网调控系统包括：热网数据模块、设备数据模块、平衡调控模块和锅炉运行模块。具体地，热网数据模块，用于基于热网结构和分布构建热网拓扑图，并基于热网拓扑图利用图论方法计算热网数据结构；设备数据模块，用于采集各现场设备运行数据并上传至平衡调控模块，其中，现场设备运行数据包括供水温度、回水温度和瞬时流量；平衡调控模块，用于对热网运行中水力平衡和热力平衡进行自动化循环调控，其中，热网调控系统的循环调控包括：基于供水温度和回水温度计算供回水平均温度；基于瞬时流量和楼口供回水平均温度差修正楼口设计流量；计算楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差；以及基于当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门；以及锅炉运行模块，用于利用燃气量计算模型和燃烧比率计算模型，通过室温设定和节能系数设定控制锅炉运行。
35.与现有技术相比，本实施例提供的热网调控系统，基于上述自动化循环调控方式，将实际室温和供回水平均温度整合计算，基于楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门，进而不断调整楼口运行流量，最终趋向平稳，从系统层面可实时监控调控数据变化。
36.下文中，将参考图1至图6，对根据本发明实施例的热网调控系统进行详细描述。参考图1，热网调控系统包括：热网数据模块、设备数据模块、平衡调控模块、锅炉运行模块和能耗统计分析模块。
37.热网数据模块，用于基于热网结构和分布构建热网拓扑图，并基于热网拓扑图利用图论方法计算热网数据结构。热网数据模块包括：热网信息、热网构图、部件管理、供热分区和结构辨识，其中，热网信息，包括热网名称、类型、位置、供热面积和供热方式；热网构图，用于根据热网结构和分布，定义并构建热网拓扑图的点和线，其中，点指热网拓扑图中的断点或部件以及线指热网拓扑图中的管段；部件管理，用于对组成热网的各空间部件进行集中管理，以树形结构显示热网中部件集合；供热分区，用于定义供热末端建筑的类型、面积和热指标；以及结构辨识，用于基于热网拓扑图分解管网结构数据，以形成环路结构数
据，其中，基于热网拓扑图计算基本回路矩阵和管段流量矩阵。
38.设备数据模块，用于采集各现场设备运行数据并上传至平衡调控模块，其中，现场设备运行数据包括供水温度、回水温度和瞬时流量。设备数据模块包括基本信息管理子模块、上行数据管理子模块、下行数据管理子模块、控制设置子模块和变量绑定子模块，其中，设备管理模块包括：基本信息管理子模块，用于对各设备名称、编号和型号进行管理；上行数据管理子模块，用于显示设备运行数据；下行数据管理子模块，用于显示热网调控系统下发的设备控制指令；控制设置子模块，用于在热网调控系统与各设备之间交互设置upd传输协议；变量绑定子模块，用于将业务层面的指标名称与设备层面的数据指标的绑定，以允许多个业务变量绑定同一个设备变量。
39.平衡调控模块，用于对热网运行中水力平衡和热力平衡进行自动化循环调控，其中，热网调控系统的循环调控包括：基于供水温度和回水温度计算供回水平均温度以计算楼口供回水平均温度和全网供回水平均温度差；基于瞬时流量和楼口供回水平均温度差修正楼口设计流量，具体地，验证楼口供回水平均温度与全网供回水平均温度偏差从而确认是否继续修正设计流量；计算楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差；以及基于当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门。具体地，基于当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门进一步包括：当当前流量偏差的绝对值在控制范围内时，不调节楼口阀门；以及当当前流量偏差的绝对值不在控制范围内时，具体地，当前流量偏差偏大或偏小时，自动调节楼口阀门。热网数据结构还包括基本回路矩阵和管段流量，其中，自动调节楼口阀门进一步包括：基于基本回路矩阵和管段流量计算所有管段流量矩阵；根据管网水力计算模拟法基于基本回路矩阵、管段流量矩阵和所有管段流量计算最不利环路压降；基于最不利环路压降和调节前的环路压降计算各环路阀门调节后需达到的压差；基于楼口运行流量，计算阀门调节后需达到的阻抗；以及根据阀门特性曲线基于各环路阀门调节后需达到的压差和阀门调节后需达到的阻抗计算楼口阀门开度，以根据楼口阀门开度自动调节楼口阀门。当供回水温度偏差在合理范围内，停止调控，平衡调控完成。如图5所示。具体的，供回水温度偏差的计算流程为：
40.系统自动采集楼口供回水温度，当楼口供回水平均温度趋于稳定时，开始温度偏差的计算。此处温差趋于稳定指两次采集的前后温差差值小于0.5。若楼栋的室内温度不满足室温偏差范围，则对温度进行修正。若楼栋的室内温度高于设定值，该楼口的平均温度修正值δt
ri
为负值，反之δt
ri
为正值，δt
ri
计算方式如下：
[0041][0042]
其中，t
ni
第i楼宇的实际室内温度；t
ni
第i楼宇的设定室内温度。
[0043]
计算全网楼栋的二次水供回水平均温度的均值t
rp
：
[0044][0045][0046]
其中，ζi第i楼宇热力特性参数的权，在本发明中，为第i楼宇的实际采暖面积。a为
整个热网的实际供暖面积。
[0047]
计算各楼口的二次水供回水平均温度：修正后的楼口供回水平均温度差为：δt
pi
＝(t
rp
+δt
ri
)-t
pi
，如果|δt
pi
|＜δt，则该楼栋的设计流量不需要修正；反之，则该楼栋的设计流量需要修正。
△
t为偏差比较值，系统设定为0.3《
△
t《1。当所有楼栋不需修正设计流量时，平衡调整停止；反之，进行楼口设计流量修正。
[0048]
进一步，楼口设计流量修正的计算流程为：g
ci
＝g
ci
·
(1+δt
pi
·
d)。d为调整系数，取值原则是使得调节的结果略小于需要的结果，使得经过两三次的调节就趋于收敛，取值为0.05-0.1。
[0049]
进一步，计算楼口运行流量，具体步骤为：
[0050]
实时采集楼口流量、各楼栋入口的供回水温度和室内温度，对每一楼栋室内温度取这栋楼室温的平均值，将温度数据折算为楼栋流量数据，计算方式如下：
[0051][0052]
定义相对流量系数为
[0053][0054]
最终，计算得出楼口运行流量：
[0055][0056]
其中，c：流体的比热容；k：建筑的传热系数；各楼栋的相对流量系数；f
i建筑
：各楼栋的供热面积
㎡
；t
gi
：楼栋供水温度℃；t
hi
：楼栋回水温度℃；t
ni
：楼栋平均室内温度℃；i：楼口编号；n：楼栋数量；gz：换热站总流量t/h；gi：各楼栋折算流量t/h。
[0057]
进一步，计算运行流量与设计流量的偏差，具体步骤为：
[0058]
计算各楼宇运行流量与设计流量g
ci
的偏差
[0059][0060]
(1)当：|δgi|≤0.03时，说明当前流量偏差已在控制范围内，阀门应该不动；
[0061]
(2)当：δgi》0.03时，说明当前流量偏大，阀门应该关小；
[0062]
(3)当：δgi《-0.03时，说明当前流量偏小，阀门应该开大。
[0063]
进一步，进行各楼口阀门的调节，具体流程如下：
[0064]
(1)计算所有管段流量：g0＝b
t
gc；
[0065]
(2)计算环路压降：
[0066]
(3)计算阀门调节后需达到的压差：δhv＝δh
max-δh；δh为调节前的环路压降。
[0067]
(4)计算阀门调节后需达到的阻抗：sv＝δhv/(gi)2；
[0068]
(5)根据阀门检验报告，选择相应开度。
[0069]
上述公式中，s
p
：管道阻力；su：用户阻力；δh
max
为最不利环路压降。
[0070]
锅炉运行模块，用于利用燃气量计算模型和燃烧比率计算模型，通过室温设定和节能系数设定控制锅炉运行。锅炉运行模块包括：燃气量计算模型、燃烧比率计算模型和锅炉运行监控，其中，燃气量计算模型，用于基于历史样本数据燃气量、室内温度和室外温度，利用svm回归预测算法推导出燃气量计算模型；燃烧比率计算模型，用于基于历史样本数据燃气瞬时流量和燃烧比率，利用svm回归预测算法推导出燃烧比率计算模型；以及锅炉运行监控，用于可视化显示锅炉运行数据。
[0071]
能耗统计分析模块用于进行能耗统计分析以报表和图形化方式展示电能消耗、天然气消耗和循环水消耗。具体地，电能消耗，用于展示当前与历史同期电能消耗的比较数据；天然气消耗，用于以锅炉维度展示不同锅炉日、累计和往年同期的消耗比较数据；以及循环水消耗，用于展示当前与历史同期水耗的比较数据。
[0072]
本发明的另一个具体实施例，公开了一种热网调控方法。参考图7，热网调控方法包括：在步骤s702中，基于热网结构和分布构建热网拓扑图，并基于热网拓扑图利用图论方法计算热网数据结构；在步骤s704中，采集各现场设备运行数据并上传至平衡调控模块，其中，现场设备运行数据包括供水温度、回水温度和瞬时流量；在步骤s706中，对热网运行中水力平衡和热力平衡进行自动化循环调控，其中，自动化循环调控包括：基于供水温度和回水温度计算供回水平均温度以计算楼口供回水平均温度和全网供回水平均温度差；基于瞬时流量和楼口供回水平均温度修正楼口设计流量，具体地，验证楼口供回水平均温度与全网供回水平均温度偏差从而确认是否继续修正设计流量；计算楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差；以及基于当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门。基于当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门进一步包括：当当前流量偏差的绝对值在控制范围内时，不调节楼口阀门；以及当当前流量偏差偏大或偏小时，自动调节楼口阀门。热网数据结构还包括基本回路矩阵和管段流量矩阵，其中，自动调节楼口阀门进一步包括：基于基本回路矩阵和管段流量计算所有管段流量矩阵；根据管网水力计算模拟法基于基本回路矩阵和所有管段流量计算最不利环路压降；基于最不利环路压降和调节前的环路压降计算各环路阀门调节后需达到的压差；基于楼口运行流量、以及计算阀门调节后需达到的阻抗；以及根据阀门特性曲线基于各环路阀门调节后需达到的压差和阀门调节后需达到的阻抗计算楼口阀门开度，以根据楼口阀门开度自动调节楼口阀门。在步骤s708中，利用燃气量计算模型和燃烧比率计算模型，通过室温设定和节能系数设定控制锅炉运行。
[0073]
例如，计算楼口设计流量；采集楼口供回水温度，计算楼栋运行流量；比较运行流量和设计流量偏差；基于偏差确定是否自动调节楼口阀门；验证楼口供回水平均温度与全网供回水平均温度偏差从而确认是否继续修正设计流量。
[0074]
下文中，以具体实例的方式，参考图1至图6，对根据本发明实施例的热网调控方法进行详细描述。
[0075]
本发明在传统直供热网工艺控制基础上，提出一种基于大数据分析和图论的直供热网数字化系统，实现了热网平衡管控、节能降耗的目的，有效提升了锅炉直供热网的数字化管控水平。
[0076]
本发明实施例的具体步骤流程为：
[0077]
(1)基于热网真实结构和分布，利用web前端绘图技术，构建热网拓扑图，如图2所示，最后利用图论方法计算获取热网数据结构，即包括基本关联矩阵、基本回路矩阵、管段流量矩阵的数据结构。编辑热网中部件数据，确立供热服务分区。具体功能分布为：热网信息实现热网基本数据信息的创建和管理；供热分区实现供热楼宇单元的分布创建和管理；热网构图实现热网拓扑图的创建和管理，并在创建过程中直接实现管网部件的数据管理；结构辨识实现管网结构数据的分解，形成环路结构数据。
[0078]
参考图2，基于antv-g6 javascript图可视化引擎搭建的热网拓扑图编辑器，页面分为阅读模式、图像编辑模式、数据编辑模式、元素删除模式，用于勾画热网空间部件拓扑图，具体的包括：首站、热力站、楼口、检查井、加压站、管线。
[0079]
部件管理是对组成热网的各空间部件的集中管理，系统以树形结构显示热网中部件集合，用以查看详细数据。
[0080]
供热分区是用于明确定义供热末端建筑的类型、面积和热指标等数据信息。
[0081]
结构辨识以图论矩阵的计算方法计算并明确了拓扑图中的点式部件和管线之间的关系，明确了环路和管线的所属关系，并形成包括基本关联矩阵、基本回路矩阵、管段流量矩阵的数据结构。上述矩阵的计算前提是系统将热网拓扑图进行了点、线的数据定义。其中点指热网拓扑图中的断点或部件，线指热网拓扑图中的管段。在本系统说明中以bi代表线，以ni代表点。
[0082]
基本关联矩阵的计算流程如下：
[0083]
生成不存在楼口部件的管段的矩阵a
01
。此矩阵的元素取值定义为：n为b的起点，取值为-1；n为b的终点，取值为1；b既不是n的起点也不是终点，取值为0。
[0084]
增加大小与a
01
相同，元素取值全为0，矩阵命名为a
02
，连接到a
01
矩阵的下方，构成矩阵a0。
[0085]
将a
01
与a
02
倒置，并将a
01
的元素值取负即-a
01
。构成矩阵a
03
。
[0086]
生成存在楼口部件的管段的矩阵a
11
。此矩阵的元素取值定义为：n为b的起点，取值为-1；n为b的终点，取值为1；b既不是n的起点也不是终点，取值为0。
[0087]
增加大小与a
11
相同，元素取值为-a
11
，矩阵命名为a
12
，将a
12
连接到a
11
的下方，构成新的矩阵a1。
[0088]
最终形成a矩阵a＝[a0a1]。
[0089]
基本回路矩阵的计算公式如下：
[0090]
指a0的转置，指a1的逆矩阵，式中计算为两矩阵相乘再与ib矩阵连接，ib是一个大小为(b-n)
×
(b-n)的单位矩阵，即对角线元素取值全为1，其余全为0的矩阵。
[0091]
管段流量矩阵的计算公式如下：g0＝b
tgl
，其中g
l
为楼口所在管段流量。
[0092]
本发明基于web技术，使用前后端分离技术，用户使用浏览器获取上述功能的使用权限，后台是基于springboot的java服务组件，数据存储使用mariadb。
[0093]
上述技术方案的有益效果如下：基于直供热网真实结构为整个系统构建数字孪生的热网拓扑图，利用图论算法辨识热网结构，计算并存储热网部件之间的拓扑关系，生成整个直供热网的环路结构数据，是系统实施平衡调控的必要数据要求。
[0094]
(2)基于物联网传感数据处理技术，采集热网中设备运行数据，根据工艺要求发送
控制指令到设备。此部分具体的由设备管理模块实现。设备管理采集现场设备运行数据，下发设备控制指令。参考图3，此模块包含锅炉管理、楼口控制器管理、管道采集器管理、室温采集器管理。以上四种设备在热网中分属不同工艺环节，在系统上统一采用基本信息管理、上行数据管理、下行数据管理、控制设置、变量绑定五项功能进行管控。基本信息管理是对设备名称、编号、型号等的数据管理；上行数据管理是针对设备运行数据的展示；下行数据管理是系统层面下发的针对设备的控制指令的展示；控制设置是设备对系统开放的可远程控制的功能管理合集；变量绑定是业务层面的指标名称与设备层面的数据指标的绑定管理，此处允许多个业务变量绑定同一个设备变量。
[0095]
以管道采集器为例，上述设备对系统开放的可远程控制功能管理合集包括通信配置、设备配置两个选项。通信配置具体包括开关状态模式控制、软件复位开关控制、服务器ip地址设置、服务器端口设置、mbus波特率设置、mbus校验设置；设备配置具体包括终端编号的设置、上传时间间隔的设置、热表使能设置、模拟通道传感器类型设置、模拟通道上下限报警设置、温度通道上下限报警设置。以上控制功能是系统与设备间通过udp传输协议进行交互设置完成的。
[0096]
以管道采集器为例，上述业务层面的指标名称包括但不限于供水温度、回水温度、阀门前压力、阀门后压力、供水压力、回水压力、瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量、湿度、位移、液位、室外温度；上述设备层面的数据指标包括模拟通道一数值、模拟通道二数值、温度通道一数值、温度通道二数值、瞬时流量数值、瞬时热量数值、累计流量数值、累计热量数值。实际业务应用中存在多个工艺点位共用同一设备数据的情况，因此在设备管理处增加业务指标与设备指标绑定的功能。如，阀门后压力、供水压力会同时绑定模拟通道一数值。
[0097]
上述技术方案的有益效果如下：基于物联网传感数据处理技术，根据工艺控制要求获取现场工艺数据，将基于经验控制的粗放模式调整为基于数据的精细化控制。进一步的，设备管理部分通过信息化技术与热网管理部分进行数据上的时空关联，进而结合热网拓扑图展示更强的数据可视效果。
[0098]
(3)锅炉运行管理由燃气量计算模型、燃烧比率计算模型、锅炉运行监控组成。燃气量计算模型基于历史样本数据燃气量、室内外温度，利用svm回归预测算法推导出可用计算模型，提供燃气量计算器功能。燃烧比率计算模型基于历史样本数据燃气瞬时流量、燃烧比率，利用svm回归预测算法推导出可用计算模型，提供燃烧比率计算器功能。锅炉运行监控实现锅炉运行数据的可视化显示；利用燃气量计算器功能、燃烧比率计算器功能，通过室温设定、节能系数设定控制锅炉的运行。例如，锅炉运行管理基于燃气量计算模型和燃烧比率计算模型。上述两个模型的训练算法采用svm回归预测算法。燃气量计算模型的训练样本数据结构为燃气量、室内温度、室外温度。其中，系统自动过滤室内温度大于35℃，小于18℃的数据。如图4所示，燃烧比率计算模型的训练样本数据结构为燃气瞬时流量、燃烧比率。上述两种计算模型训练成功后，系统中的锅炉运行监控功能自动引用模型计算能力，通过输入室内要求温度、室外平均温度、节能系数，获取燃气量供给瞬时流量数据；进一步，通过瞬时流量数据获取锅炉的燃烧比率控制数据。此处假定输入室内温度、室外温度代入计算模型获得的流量结果为a，设定节能系数为x，则在节能要求的前提下，最终瞬时流量为a*x/24。
[0099]
上述技术方案的有益效果如下：利用svm回归预测算法可根据样本数据的更新反复训练计算模型，进而得出更优的锅炉运行策略。通过系统的功能编排，最终实现根据用户室温需求控制锅炉燃烧比率，实现管理节能需求控制锅炉燃烧比率。
[0100]
(4)平衡调控管理负责热网运行中水力平衡和热力平衡的自动化调节管控。参考图8，系统循环调控步骤为：供回水温度偏差计算—楼口设计流量修正—楼口运行流量与设计流量偏差计算—最不利环路压降计算—楼口阀门调节，当供回水温度偏差在合理范围内，停止调控，平衡调控完成。参考图5，具体地，供回水温度偏差的计算流程为：
[0101]
系统自动采集楼口供回水温度，当楼口供回水温差趋于稳定时，开始温度偏差的计算。此处温差趋于稳定指两次采集的前后温差差值小于0.5。若楼栋的室内温度不满足室温偏差范围，则对温度进行修正。若楼栋的室内温度高于设定值，该楼口的平均温度修正值δt
ri
为负值，反之δt
ri
为正值，δt
ri
计算方式如下：
[0102][0103]
其中，t
ni
第i楼宇的实际室内温度；t
ni
第i楼宇的设定室内温度。
[0104]
计算全网楼栋的二次水供回水平均温度的均值t
rp
：
[0105][0106][0107]
其中，ζi第i楼宇热力特性参数的权，在本发明中，为第i楼宇的实际采暖面积。a为整个热网的实际供暖面积。
[0108]
计算各楼口的二次水供回水平均温度：修正后的楼口供回水平均温度差为：δt
pi
＝(t
rp
+δt
ri
)-t
pi
，如果|δt
pi
|＜δt，则该楼栋的设计流量不需要修正；反之，则该楼栋的设计流量需要修正。
△
t为偏差比较值，系统设定为0.3《
△
t《1。当所有楼栋不需修正设计流量时，平衡调整停止；反之，进行楼口设计流量修正。
[0109]
进一步，楼口设计流量修正的计算流程为：g
ci
＝g
ci
·
(1+δt
pi
·
d)。d为调整系数，取值原则是使得调节的结果略小于需要的结果，使得经过两三次的调节就趋于收敛，取值为0.05-0.1。
[0110]
进一步，计算楼口运行流量，具体步骤为：
[0111]
实时采集楼口流量、各楼栋入口的供回水温度和室内温度，对每一楼栋室内温度取这栋楼室温的平均值，将温度数据折算为楼栋流量数据，计算方式如下：
[0112][0113]
定义相对流量系数为
[0114][0115]
最终，计算得出楼口运行流量
[0116][0117]
其中，c：流体的比热容；k：建筑的传热系数；各楼栋的相对流量系数；f
i建筑
：各楼栋的供热面积
㎡
；t
gi
：楼栋供水温度℃；t
hi
：楼栋回水温度℃；t
ni
：楼栋平均室内温度℃；i：楼口编号；n：楼栋数量；gz：换热站总流量t/h；gi：各楼栋折算流量t/h。
[0118]
进一步，计算运行流量与设计流量的偏差，具体步骤为：
[0119]
计算各楼宇运行流量与设计流量g
ci
的偏差
[0120][0121]
(1)当：|δgi|≤0.03时，说明当前流量偏差已在控制范围内，阀门应该不动；
[0122]
(2)当：δgi》0.03时，说明当前流量偏大，阀门应该关小；
[0123]
(3)当：δgi《-0.03时，说明当前流量偏小，阀门应该开大。
[0124]
进一步，进行各楼口阀门的调节，具体流程如下：
[0125]
(1)计算所有管段流量：g0＝b
t
gc；
[0126]
(2)计算环路压降：
[0127]
(3)计算阀门调节后需达到的压差：δhv＝δh
max-δh；δh为调节前的环路压降
[0128]
(4)计算阀门调节后需达到的阻抗：sv＝δhv/(gi)2；
[0129]
(5)根据阀门检验报告，选择相应开度。
[0130]
上述公式中，s
p
：管道阻力；su：用户阻力；δh
max
为最不利环路压降。下表为关向阀门检验报告示例：
[0131]
[0132][0133]
根据检验报告，阀门阻抗的计算方式如下：
[0134][0135]
其中，sv：阀门阻抗；δp：检验报告中的净压差；g：检验报告中的水流量。
[0136]
每个开度对应三组数据，分别求得阻抗后，再计算算术平均值为此开度对应的阻抗。
[0137]
在求解特性数据中没有的开度对应的阻抗时，计算方式如下举例，如开度100的阻抗为常量a，开度90的阻抗为常量b，则计算开度95的阻抗x计算公式为，反之则可求出对应阻抗的开度。
[0138][0139]
在使用阀门特性数据计算阻抗时，需注意，若阀门开度是调节变小的，用阀门检验报告中的关向特性数据；若阀门开度是调节变大的，用阀门检验报告中的开向特性数据。
[0140]
阀门开度调整后，继续进行温度偏差的计算。系统如此循环自动计算和调整，最终实现热网水力热力的平衡状态。
[0141]
上述技术方案的有益效果如下：改变以往仅仅通过回水温度判定的方式确定运行状态。基于上述调控方式，将实际室温和供回水温差整合计算，不断调整楼口运行流量，最终趋向平稳，从系统层面可实时监控调控数据变化。
[0142]
(5)能耗统计分析以报表和图形化方式展示电能消耗、天然气消耗。电能消耗展示当前与历史同期电能消耗的比较数据。天然气消耗以锅炉维度展示不同锅炉日、累计、往年同期的消耗比较数据。
[0143]
在热网运行过程中，系统主要自动生成电能消耗和天然气消耗两种报表。电能消耗报表提供累计电量、当日累计电量、昨日累计电量、去年同期耗电量、前年同期耗电量数据，提供图形化的历史数据对比方式。天然气消耗数据提供累计读数、流量、剩余数量、日计划耗气量、当日累计耗气量、当日预计耗气量、昨日计划耗气量、昨日实际耗气量、偏差量、去年同期耗气量、前年同期耗气量数据，提供图形化的历史数据对比方式。参考图6，循环水消耗报表提供累计水量、当日水量、昨日水量、去年同期水量、前年同期水量数据，提供图形化的历史数据对比方式。
[0144]
结论：本发明提出了一种基于数字化分析控制的直供热网系统架构，实现了热网结构数据辨识、自动化运行控制、水力热力平衡调控、节能降耗、数据可视化等数字化和智能化要求。有利于提升锅炉直供热网体系的整体管控水平。
[0145]
上述技术方案的有益效果如下：实时监控整个热网的能源消耗，与历史同期数据相比，可进一步结合实际情况评价管控水平，分析提升管控质量。
[0146]
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明充分借助计算机数字化技术建立起管控人员与被管控热网良好的交互效果；本发明的热网管理利用最新的web前端技术结合图论计算方法实现热网机理结构的辨析，并进一步与设备管理相结合可视化运行数据，提高管理体验；通过大数据分析技术优化热网能源消耗；利用工程调控算法进行热网平衡调控，以数字化方式极大提升管控效率和质量。
[0147]
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
[0148]
1、基于上述自动化循环调控方式，将实际室温和供回水平均温度整合计算，基于楼口运行流量与楼口设计流量之间的当前流量偏差确定是否自动调节楼口阀门，进而不断调整楼口运行流量，最终趋向平稳，从系统层面可实时监控调控数据变化；
[0149]
2、本发明充分借助计算机数字化技术建立起管控人员与被管控热网良好的交互效果；本发明的热网管理利用最新的web前端技术结合图论计算方法实现热网机理结构的辨析，并进一步与设备管理相结合可视化运行数据，提高管理体验；通过大数据分析技术优化热网能源消耗；
[0150]
3、利用工程调控算法进行热网平衡调控，以数字化方式极大提升管控效率和质量。
[0151]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0152]
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。