遺傳算法在集中供熱網(wǎng)流量調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

戴謙九，張 莉

（太原市熱力公司，山西 太原 030001）

1 引言

集中供熱管網(wǎng)是一個復雜的分布式大系統(tǒng)，整個運行過程具有大滯后性、大慣性。供熱站之間存在較強的耦合特性，對象具有時變特性，同時還存在著地理位置的分散性、過程負荷變化的不確定性等特點[1]。當系統(tǒng)穩(wěn)定性差、氣候變化快時，各熱力站之間的水力、熱力工況相互影響，難以同時滿足供熱指標，甚至會引發(fā)振蕩。綜上所述，較好的方法是綜合考慮全網(wǎng)整體供熱效果的調(diào)節(jié)方案[2]，達到均勻供熱。

2 遺傳算法概述

遺傳算法來源于達爾文的進化論，是建立在自然選擇和群體遺傳學機理基礎(chǔ)上隨機、迭代、進化，具有廣泛的適用性的搜索方法。遺傳算法的主要特點是群體搜索策略和群體中個體之間的信息交換，搜索不依賴于梯度信息，它尤其適用于處理傳統(tǒng)方法難于解決的復雜非線性問題[3]。在集中供熱中，當熱網(wǎng)環(huán)境達不到供需平衡時，計算機采用遺傳算法得出對整個熱網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)最優(yōu)解而不是針對個別熱力站的最優(yōu)解，通過控制電動調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，從而達到均勻供熱。

3 基于遺傳算法的流量控制策略

遺傳算法作為一種新的優(yōu)化搜索算法被廣泛應(yīng)用于許多優(yōu)化問題中，這種算法不是盲目窮舉或完全隨機的測試，而是不斷產(chǎn)生最優(yōu)解，最大可能性地達到整個熱網(wǎng)系統(tǒng)以及各熱力站的供熱要求指標，有效地防止針對個別熱力站得出的最優(yōu)解。本論文試圖應(yīng)用遺傳算法根據(jù)熱源的總熱量合理分配一次網(wǎng)側(cè)各熱力子站的流量，并最終實現(xiàn)均勻供熱。為了實現(xiàn)熱網(wǎng)的動態(tài)控制，需要了解各熱力站用戶及站內(nèi)設(shè)備的熱工特性參數(shù)，在此基礎(chǔ)上給出調(diào)節(jié)目標設(shè)定值。在應(yīng)用計算機系統(tǒng)對供熱管網(wǎng)進行監(jiān)控時，有可能從實測數(shù)據(jù)中辨識出實際的用戶熱工特性參數(shù)，及時對數(shù)據(jù)進行計算得出新的最優(yōu)解，從而更好地指導熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)與運行，達到令人滿意的供熱效果。

4 遺傳算法在集中供熱網(wǎng)流量調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)控制策略

熱電聯(lián)產(chǎn)供熱工程通常是由一個熱源及幾十個間接連接熱力站所構(gòu)成的復雜系統(tǒng)，負荷的變化對熱源運行方式的調(diào)整，以及熱用戶之間或內(nèi)部的變化都要求對主網(wǎng)內(nèi)的閥門進行自動控制。對于各個工程的實際情況，這種控制方法可能會出現(xiàn)以下問題:

第一，由于熱源、熱網(wǎng)分屬兩個不同的管理部門，熱源總供熱量與用戶需求熱量有時會產(chǎn)生不匹配問題。當供熱量大于實際需求熱量時即產(chǎn)生過盈量，各個熱力子站將競相關(guān)小站內(nèi)調(diào)節(jié)閥門；而當供熱量小于實際需求熱量時，則會產(chǎn)生各熱力子站都將閥門開到最大而爭流量的現(xiàn)象，這樣做的嚴重后果是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定并將引起更大的水平熱力失調(diào)。

第二，當系統(tǒng)穩(wěn)定性較差時，將會引起各熱力站之間的水力工況和熱力工況的相互影響，并形成振蕩。

由于上述原因，本文所采用的控制策略是將整個供熱系統(tǒng)的控制分為熱源及熱網(wǎng)兩個相對獨立的系統(tǒng)。下面對遺傳算法調(diào)節(jié)方法與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法進行比較：

傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法：從各用戶出發(fā)獨立調(diào)節(jié)，以滿足用戶的絕對室溫要求；調(diào)節(jié)時按照設(shè)計工況調(diào)節(jié)熱源，熱網(wǎng)子站各自決定自己的調(diào)節(jié)目標；熱源的調(diào)整及室外溫度變化都會導致各子站的不斷調(diào)整，子站獨立控制也會對熱源運行產(chǎn)生影響，熱源熱網(wǎng)相互牽制；熱源總供熱量及室外溫度的頻繁變化都將導致子站閥門的頻繁動作，控制設(shè)備維修量大，并可能出現(xiàn)閥門關(guān)死或過力矩事故；總供熱量不足時，只有部分子站能夠達到供熱要求，子站間水平失調(diào)嚴重，整體供熱效果差；當子站流量供需不平衡時，子站獨立調(diào)節(jié)將產(chǎn)生水平熱力失調(diào)，過熱用戶浪費了多余熱量，過冷用戶則需要輔助采暖措施，能量浪費大，經(jīng)濟效果差。

遺傳算法調(diào)節(jié)方法：將整個系統(tǒng)分為熱源和熱網(wǎng)兩個互為獨立的調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，熱網(wǎng)以實現(xiàn)均勻供熱為目標，熱源通過動態(tài)預(yù)測的總需求熱量調(diào)節(jié)總供熱量；按照在線辨識的供熱特性參數(shù)進行調(diào)節(jié)；熱源根據(jù)動態(tài)預(yù)測的熱網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)供熱參數(shù)，熱網(wǎng)子站調(diào)節(jié)目標統(tǒng)一給定，由于各子站之間水力耦合性強，采用基于遺傳算法的控制策略進行調(diào)節(jié)；熱源熱網(wǎng)調(diào)節(jié)回路基本獨立，相互牽制小；供暖期間，僅熱源根據(jù)室外溫度經(jīng)常調(diào)節(jié)，熱網(wǎng)調(diào)勻后，子站閥門動作頻率和幅度都很??；在供熱量不足時，均勻降低熱網(wǎng)所有用戶的供熱標準，熱網(wǎng)整體水平失調(diào)度??；熱網(wǎng)調(diào)勻后可避免過熱、過冷引起的能量損失，熱源可以在滿足一定的用戶室溫要求范圍內(nèi)尋求總體上的最佳效益。

綜上所述，一次網(wǎng)運行應(yīng)采取分階段質(zhì)量——流量并調(diào)的方法，根據(jù)室外溫度和供暖負荷的變化來決定主循環(huán)泵的運行臺數(shù)。二次網(wǎng)運行應(yīng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)的方式。一般情況下，只需要改變二次網(wǎng)供回水溫度，而保持二次網(wǎng)循環(huán)流量不變，從而保證網(wǎng)路內(nèi)水力工況穩(wěn)定，避免了用戶間的垂直熱力失調(diào)。

4.2 基于遺傳算法的優(yōu)化控制策略

當某些熱力站支路水流量變化或調(diào)整閥門開度時，必然會引起全網(wǎng)壓力分布的變化，進而對其他熱力站的流量產(chǎn)生影響。在這種情況下，可以利用遺傳算法按照多變量對象進行整體控制[4]。

為達到供熱管網(wǎng)均勻供熱的調(diào)節(jié)目標，對供熱管網(wǎng)換熱器間接連接系統(tǒng)而言，則是將各熱力站二次網(wǎng)供回水平均溫度調(diào)勻。在實際運行過程中，采用的調(diào)節(jié)方法是:中央管理計算機根據(jù)全網(wǎng)實測二次網(wǎng)平均溫度分布以及辨識出的各熱力站熱工特性參數(shù)，如暖氣片供熱和地暖供熱要區(qū)分開，供熱面積大的要和供熱面積小的熱力站區(qū)分開。統(tǒng)一給定各熱力站的調(diào)節(jié)目標，各熱力站現(xiàn)場控制計算機按照給定目標調(diào)整各自閥門開度，并防止閥門振蕩及關(guān)死等事故的發(fā)生。

[1]李德英，劉政滿等.鍋爐供暖量化管理與節(jié)能技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.1992.

[2]賀平，孫剛等.供熱工程（第三版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.1993.

[3]陳國良，王煦法等.遺傳算法及其應(yīng)用[M].北京;人民郵電出版社，1996，6.

[4]王榮和，姚仁忠.潘建華遺傳算法在給水管網(wǎng)現(xiàn)狀分析中的應(yīng)用[J].給水排水2000,26(9):31-36.