熱力站自動(dòng)控制策略及方案研究

郭佳肖

（洛陽(yáng)熱力有限公司 河南洛陽(yáng) 471000）

熱力站自動(dòng)控制策略及方案研究

郭佳肖

（洛陽(yáng)熱力有限公司 河南洛陽(yáng) 471000）

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，全國(guó)各地區(qū)熱力站的數(shù)量也逐漸增多，作為城市供熱的重要基礎(chǔ)，熱力站的建設(shè)質(zhì)量不僅與人們的生活質(zhì)量聯(lián)系密切，同時(shí)也與城市建設(shè)質(zhì)量息息相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的熱力站控制方式也逐漸改進(jìn)和創(chuàng)新，目前，大多數(shù)熱力站都是采用的自動(dòng)控制管理系統(tǒng)，本文就針對(duì)熱力站自動(dòng)控制策略及方案進(jìn)行了研究。

熱力站；自動(dòng)控制；策略；方案

21世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)化、信息化的時(shí)代，社會(huì)各行各業(yè)都離不開(kāi)各種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，熱力站的建設(shè)也是如此，傳統(tǒng)的人工控制方法已經(jīng)不能滿足時(shí)代發(fā)展的需要了，必須引進(jìn)各種新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)控制模式進(jìn)行改革，建立一個(gè)自動(dòng)化、智能化的控制系統(tǒng)。這樣不僅能促進(jìn)熱力站運(yùn)行效率的提升，同時(shí)也有利于節(jié)約供熱能源，加快實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

1 熱力站的自動(dòng)控制策略

1.1 熱網(wǎng)的自動(dòng)控制策略

1.1.1 供熱量的均勻分配

供熱量的均勻分配對(duì)熱力站的運(yùn)行效果具有重要影響，當(dāng)供熱量能滿足用戶需求時(shí)，說(shuō)明熱量的分配是均勻的，當(dāng)供熱量不能滿足用戶需求，出現(xiàn)用戶之間爭(zhēng)搶熱量的情況時(shí)，說(shuō)明熱量的分配是不科學(xué)、不均勻的。要實(shí)現(xiàn)供熱量均勻分配，可采取以下幾種方法：①?gòu)?qiáng)化自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件的功能，確保該系統(tǒng)能對(duì)供熱量進(jìn)行均勻分配，并對(duì)不均勻的情況及時(shí)作出調(diào)整。②限制用戶的流量，該方法在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家運(yùn)用比較廣泛，只需在供熱系統(tǒng)上安裝流量限制閥便能實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶使用量的控制。③裝配平衡閥，在電控閥開(kāi)到最大時(shí)，平衡閥可自動(dòng)調(diào)節(jié)用戶的熱流量。

1.1.2 供熱量的宏觀調(diào)控

傳統(tǒng)的供熱量調(diào)節(jié)方式只能滿足傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的需求，而對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不適用的，主要原因在于自動(dòng)控制時(shí)的供熱參數(shù)變化較快，調(diào)節(jié)的頻率也比較高。這就需要對(duì)供熱量采取宏觀調(diào)控的策略，也就是通過(guò)利用房間的熱慣性，使系統(tǒng)的熱力工況不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大幅度變化，從而確保供熱系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定工作。

1.2 熱源的自動(dòng)控制策略

1.2.1 單熱源的自動(dòng)控制

單熱源的自動(dòng)控制主要包括中央量的控制和中央質(zhì)的控制，量的控制應(yīng)當(dāng)采取精調(diào)節(jié)的方法，質(zhì)的控制則應(yīng)當(dāng)采取粗調(diào)節(jié)的方法，同時(shí)，熱源的供熱量必須滿足熱網(wǎng)對(duì)熱量的要求，通常情況下，通過(guò)判定最不利環(huán)路的位置，并計(jì)算其壓力差能實(shí)現(xiàn)對(duì)單熱源供熱量的有效控制。該方法的理論依據(jù)是熱力工況與熱網(wǎng)水力的匹配情況能通過(guò)熱用戶的熱力工況和水力工況直接反映出來(lái)。

1.2.2 多熱源的自動(dòng)控制

要實(shí)現(xiàn)對(duì)多熱源的自動(dòng)控制，首先必須選擇最佳的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式，一般來(lái)說(shuō)，多熱源的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式主要包括并網(wǎng)運(yùn)行和摘網(wǎng)運(yùn)行兩種，并網(wǎng)運(yùn)行一般采用定速泵對(duì)熱源高峰進(jìn)行調(diào)節(jié)，其具有水壓穩(wěn)定、容量大等優(yōu)點(diǎn)。摘網(wǎng)運(yùn)行一般比較適用于小區(qū)域的供熱，因?yàn)槠湔{(diào)峰熱源的容量較小，供熱能力偏低。在確定聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)各熱源的投運(yùn)順序進(jìn)行合理規(guī)劃，并優(yōu)化供熱參數(shù)和水力工況。

2 熱力站自動(dòng)控制方案

2.1 選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行調(diào)節(jié)方式

目前，我國(guó)大多數(shù)熱力站都是采用的分布式變頻供熱方法，對(duì)于這類熱力站來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)采用變頻調(diào)速的控制方法：①應(yīng)確保熱力系統(tǒng)的機(jī)械閥門(mén)開(kāi)度保持原狀，各管路的曲線特征也應(yīng)不變；②采用對(duì)電路頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法來(lái)使電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度發(fā)生變化，從而改變水泵的工作曲線，若管路系統(tǒng)保持不變，則應(yīng)采用變頻水泵對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，即改變循環(huán)流量的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)確保一次側(cè)熱媒的溫度固定不變，只改變一次側(cè)熱媒的流量，這樣才能提高熱媒參數(shù)的準(zhǔn)確性。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，為了保證供暖工作的順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)對(duì)水力工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行適時(shí)調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)流量的穩(wěn)定性。對(duì)于二次熱網(wǎng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)采用改變水溫的方式進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)。綜合上述分析，熱力站自動(dòng)控制的理論依據(jù)就是在保證室內(nèi)溫度相對(duì)穩(wěn)定的條件下，通過(guò)對(duì)一次熱網(wǎng)進(jìn)行量調(diào)節(jié)及對(duì)二次熱網(wǎng)進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

2.2 自動(dòng)控制原理

熱力站的自動(dòng)控制過(guò)程較為復(fù)雜，其工作原理可概括如下：①熱網(wǎng)的供水和回水溫度信號(hào)會(huì)通過(guò)傳感器傳遞到控制器，同時(shí)，室外溫度傳感器的信號(hào)也會(huì)傳輸?shù)娇刂破鳎虎诳刂破鲿?huì)根據(jù)相關(guān)公式，對(duì)供水和回水溫度值進(jìn)行調(diào)整，若實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之間的差別較大，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)差值的大小，對(duì)循環(huán)水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)；③應(yīng)調(diào)節(jié)熱交換器的循環(huán)水流量，使回水的平均溫度接近正常值。

2.3 自動(dòng)控制的算法

對(duì)于熱力站的自動(dòng)控制來(lái)說(shuō)，常用的兩種控制方法是模糊控制和采用PID控制器控制的方法，對(duì)于模糊控制來(lái)說(shuō)，其主要思想理念是具有啟發(fā)性的語(yǔ)言和知識(shí)決策規(guī)范，它采用模擬人工控制的方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，具有適應(yīng)性強(qiáng)、參數(shù)變化小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于滯后系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的控制來(lái)說(shuō)比較適用。PID控制一般在工業(yè)控制過(guò)程中采用，他的主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、靜差小。但是，對(duì)于非線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該控制方法則不太適用，在熱力站中采用PID控制器進(jìn)行自動(dòng)控制：①應(yīng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，這樣才能保證供水溫度的精確性。若將上述兩種方法綜合起來(lái)利用，即通過(guò)PID控制器對(duì)換熱器進(jìn)行響應(yīng)；②再利用模糊控制法進(jìn)行分析和決策，這樣就能充分發(fā)揮出兩種方法的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到最佳的控制效果。

2.4 科學(xué)確定被控參數(shù)

確定被控參數(shù)是制定熱力站自動(dòng)控制方案的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，在所有被控參數(shù)中，用戶的室內(nèi)溫度是重要的參數(shù)之一，回水溫度、供水溫度、系統(tǒng)流量以及當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速、日照、室內(nèi)外溫差等都會(huì)對(duì)用戶室內(nèi)溫度產(chǎn)生影響，每一個(gè)供熱系統(tǒng)的室內(nèi)溫度都有明確規(guī)定，該溫度值的設(shè)定是對(duì)上述所有因素的綜合考慮，室外溫度的設(shè)定往往是根據(jù)冬季供暖室外的溫度來(lái)確定的，在熱力站的實(shí)際運(yùn)行中，大多數(shù)時(shí)間的實(shí)際室外溫度都比設(shè)計(jì)的室外標(biāo)準(zhǔn)溫度高，正是由于這一原因，供熱系統(tǒng)的供水和回水溫度也會(huì)受到影響，這就要求在供暖期間，必須以室外溫度的變化為依據(jù)，對(duì)熱媒參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，一般來(lái)說(shuō)，室外溫度和系統(tǒng)的供水、回水平均溫度之間是成單值函數(shù)的關(guān)系，也就是說(shuō)，室外溫度一旦發(fā)生變化，系統(tǒng)的回水溫度和供水溫度也會(huì)隨之出現(xiàn)變動(dòng)，這時(shí)只需對(duì)供、回水的溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整就能使室內(nèi)溫度保持在正常范圍之內(nèi)，從而確保供熱的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

2.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

對(duì)于采用Fuzzy-PID控制器的自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)來(lái)說(shuō)，其主要包含兩個(gè)部分：①基于模糊推理的參數(shù)校正部分；②普通的PID控制部分。該控制結(jié)構(gòu)的主要工作原理是：采用對(duì)偏差e和偏差變化率ec進(jìn)行檢測(cè)的方法，將檢測(cè)結(jié)果輸入到模糊控制器中，然后根據(jù)模糊推理法，運(yùn)用相關(guān)公式對(duì)PID的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和修正，這樣就能使控制參數(shù)符合要求。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，熱力站的運(yùn)行要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的熱力站控制模式亟待改革，要實(shí)現(xiàn)熱力站的自動(dòng)控制，必須從熱網(wǎng)、熱源等方面采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，注重?duì)供熱量的分配及供熱系統(tǒng)運(yùn)行方式的調(diào)節(jié)，并制定科學(xué)的自動(dòng)控制方案，根據(jù)自動(dòng)控制原理，全面掌握自動(dòng)控制的算法，設(shè)定合理的被控參數(shù)，這樣才能更好更快地實(shí)現(xiàn)熱力站自動(dòng)控制的目標(biāo)。

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1004-7344（2016）06-0322-02

2016-2-10