城市智能熱網(wǎng)綜合管控系統(tǒng)應(yīng)用研究

張　然1天津華電南疆熱電有限公司；2天津華電天投熱力有限公司

城市智能熱網(wǎng)綜合管控系統(tǒng)應(yīng)用研究

張然12
1天津華電南疆熱電有限公司；2天津華電天投熱力有限公司

本文主要通過對城市熱網(wǎng)的智能調(diào)度指揮系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計以及擴(kuò)展應(yīng)用的論述，提出針對智能調(diào)度指揮管理系統(tǒng)的優(yōu)化策略思路，讓智能熱網(wǎng)進(jìn)一步融入城市生活，有利于城市智能熱網(wǎng)的綜合管控。

智能熱網(wǎng)；調(diào)度指揮；管理系統(tǒng)

1　引言

進(jìn)入21世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但同時也付出了巨大的資源和環(huán)境代價。為積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，更好的發(fā)揮集中供暖優(yōu)勢，我國北方供暖城市已經(jīng)把一些污染比較嚴(yán)重，耗能比較大的小型供熱點(diǎn)進(jìn)行了關(guān)閉，輔以建設(shè)一定規(guī)模的熱電站，智能熱網(wǎng)已經(jīng)成為供熱調(diào)控的發(fā)展趨勢。它依靠更加優(yōu)越、智能的信息化技術(shù)對供熱系統(tǒng)進(jìn)行智能分析、控制，目前在部分地區(qū)已經(jīng)得到了應(yīng)用。但受長期傳統(tǒng)的供熱方式影響，目前對新的智能熱網(wǎng)綜合管控的技術(shù)理解有限，智能管控技術(shù)發(fā)展水平還比較落后，智能熱網(wǎng)自身的技術(shù)水平需要進(jìn)行進(jìn)一步提高。

2　城市熱網(wǎng)智能調(diào)度指揮管理系統(tǒng)的設(shè)計

城市智能熱網(wǎng)的調(diào)度指揮管理系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是熱力站、通訊網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)度中心。熱力站位于整個熱網(wǎng)系統(tǒng)的底層，是熱力企業(yè)進(jìn)行供熱工作的基本環(huán)節(jié)。通訊網(wǎng)絡(luò)平臺則是利用有線或者無線的傳輸方式將鍋爐、換熱站、電廠熱源的狀態(tài)數(shù)據(jù)等輸送到調(diào)度中心，在傳送數(shù)據(jù)的同時接受調(diào)度中心的指令。調(diào)度中心則是負(fù)責(zé)接收和處理各個環(huán)節(jié)傳送過來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析然后發(fā)出指令。

2.1調(diào)度中心的設(shè)計

城市智能熱網(wǎng)調(diào)度指揮管理系統(tǒng)的調(diào)度中心主要是由以下幾個部分組成：

2.1.1工程師站

工程師站是進(jìn)行智能熱網(wǎng)系統(tǒng)工程開發(fā)的平臺，由配備專門熱網(wǎng)管理程序的計算機(jī)組構(gòu)建，可以滿足系統(tǒng)中需要增加被檢測的變量或者控制變量甚至是系統(tǒng)擴(kuò)容等的系統(tǒng)開發(fā)需求。

2.1.2操作員站

操作員站位于中心調(diào)度室，用于控制、監(jiān)視每一個換熱站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或者報表曲線，操作員對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。操作員站的數(shù)量主要是根據(jù)供熱工程的規(guī)模來決定的，一般至少要配備兩臺工控機(jī)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、備份。當(dāng)A操作員站出現(xiàn)問題時，B操作員站可以接替A進(jìn)行工作，而當(dāng)A操作員站恢復(fù)工作時，B操作員站可以彌補(bǔ)A操作員站故障時缺失的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整，方便工程師進(jìn)行二次開發(fā)利用。

2.1.3實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

實(shí)時歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要用來處理、存儲、傳輸供熱工作中的實(shí)時數(shù)據(jù)。實(shí)時數(shù)據(jù)的服務(wù)器中運(yùn)行的通信管理軟件，可以幫助完成與每個換熱站以及供熱點(diǎn)之間的通信連接、網(wǎng)絡(luò)管理以及協(xié)議轉(zhuǎn)換等等。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器是整個系統(tǒng)中的核心部分，它可以對各個數(shù)據(jù)的來源進(jìn)行展示和分析，記錄從各個熱力站采集的數(shù)據(jù)并且進(jìn)行長期存儲。而且保證熱網(wǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)營，為整個系統(tǒng)中的其他工作站和服務(wù)器提供數(shù)據(jù)，同時可以對通信中斷期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動恢復(fù)。為了數(shù)據(jù)的安全性，同樣需要配置兩臺服務(wù)器，通過磁盤陣列的方式進(jìn)行冗余設(shè)置。

2.1.4Web服務(wù)器

Web服務(wù)器是為了讓系統(tǒng)產(chǎn)生的畫面或者報表除了在中央控制室可以查看到以外也能通過Web發(fā)布到網(wǎng)上，讓相關(guān)的工作人員可以隨時了解系統(tǒng)工作情況。

2.1.5視頻及地理信息服務(wù)器

視頻服務(wù)器是提供視頻數(shù)據(jù)的。GIS地理信息系統(tǒng)是為用戶提供一套式的工作模式，可以對換熱站、管網(wǎng)空間等的相關(guān)屬性信息以及熱網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)行查詢、輸出和統(tǒng)計，同時能夠?qū)o急事故提供及時的處理方案。

2.2通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

通訊網(wǎng)絡(luò)連接著整個的熱網(wǎng)系統(tǒng)，換熱站、管道監(jiān)控、人員等形成一個通訊的整體，是整個熱網(wǎng)指揮管理的樞紐環(huán)節(jié)。連接各個監(jiān)控點(diǎn)的通訊網(wǎng)絡(luò)對實(shí)時運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、管理和調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，可以選擇的通訊網(wǎng)絡(luò)的方式也越來越多，有GPRS無線網(wǎng)絡(luò)、無線電臺傳輸、VPN網(wǎng)絡(luò)、ADSL撥號等。

2.2.1GPRS無線傳輸方式

GPRS無線傳輸方式是以空氣為傳輸媒介，通過無線通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)的流量來收取一定的費(fèi)用，覆蓋范圍廣，移動性能好，主要使用在沒有辦法用有線網(wǎng)絡(luò)接入的場所。

2.2.2VPN網(wǎng)絡(luò)

VPN網(wǎng)絡(luò)是利用特殊的加密方式在網(wǎng)絡(luò)上將不同地方的幾個換熱站和熱源之間建立通訊線路，可以更好的保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

2.2.3無線電臺傳輸和ADSL撥號

無線電臺傳輸和ADSL撥號這兩種傳輸方式都比較適用于大面積的區(qū)域傳輸，容易受到外界干擾都沒有辦法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

因此目前智能熱網(wǎng)用的比較多的通訊網(wǎng)絡(luò)就是GPRS網(wǎng)絡(luò)和VPN網(wǎng)絡(luò)。

2.3換熱站的設(shè)計

現(xiàn)場的儀表儀器設(shè)備和現(xiàn)場的控制器是換熱站的兩個主要的硬件設(shè)施。主要通過溫度變送器、流量計、壓力變送器、變頻器、電動調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)行。PLC控制器以及控制策略、觸摸屏等現(xiàn)場控制器用于處理現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。

智能熱網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計如上述，換熱站分別獨(dú)立，方便分別控制，調(diào)度室與換熱站通過無線通訊對工作中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和處理等等。

3　城市熱網(wǎng)智能調(diào)度指揮管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1“采集數(shù)據(jù)”

在智能熱網(wǎng)調(diào)度中心建立熱網(wǎng)的實(shí)時供熱數(shù)據(jù)庫，通過通訊網(wǎng)絡(luò)與換熱站、人員等實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，對數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對人員以及換熱站的自動管理和監(jiān)控，對換熱站的一次、二次供水回水溫度、水箱液位、室外溫度、循環(huán)泵起停以及報警顯示等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3.2“監(jiān)控過程”

智能熱網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)供熱管理人員對供熱工作的運(yùn)行狀態(tài)的全面了解，各個參數(shù)一覽無遺，工藝流程等也都能夠了解，可以為相關(guān)的工作人員提供良好的基礎(chǔ)，為提出更好的決策提供支持。

3.3“報表曲線分析”及“報警系統(tǒng)”

對各個工作參數(shù)進(jìn)行報表曲線分析，方便管理人員對工作性能進(jìn)行監(jiān)控和分析。報警系統(tǒng)的設(shè)立保證了工作的安全和穩(wěn)定，對于出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)能夠及時修正。

3.4“能耗分析”

能耗分析就是把集中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和歸納，從而實(shí)現(xiàn)熱力的智能管理。智能熱網(wǎng)對換熱站中的水、電、汽的消耗情況進(jìn)行分析整理，找出最好能的工作環(huán)節(jié)，方便對其進(jìn)行修改和整頓，節(jié)約供熱所需的能耗，降低成本。

3.5“視頻監(jiān)控及地理信息系統(tǒng)的集成”

基于地理信息系統(tǒng)建立城市熱網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，然后與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對接集成，一方面可以利用地理系統(tǒng)對各個換熱站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，對城市智能熱網(wǎng)進(jìn)行綜合管理，為有關(guān)部門進(jìn)行新的調(diào)度或者決策做參考，另一方面也能將實(shí)時監(jiān)控畫面進(jìn)行傳輸，讓有關(guān)人員進(jìn)行參考分析。

4　管理調(diào)控功能設(shè)計與優(yōu)化調(diào)節(jié)策略

熱網(wǎng)的管理調(diào)控首先要實(shí)現(xiàn)對水力失調(diào)的控制。但是整個城市區(qū)域的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)慣性比較大，調(diào)解效果不能很快的表現(xiàn)。因此要采用模擬仿真技術(shù)將熱網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬，快速對比不同調(diào)節(jié)方案的調(diào)節(jié)效果，從而選出最合適的方案，應(yīng)用到實(shí)際運(yùn)行熱網(wǎng)中。所以功能設(shè)計首先是要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)與模擬仿真系統(tǒng)的對接。在熱網(wǎng)管控系統(tǒng)中，具體的優(yōu)化調(diào)節(jié)策略一般分為調(diào)節(jié)供水溫度、回水溫度、供回水平均溫度或者供熱量四種不同的策略方式。由于供水溫度調(diào)節(jié)方式能夠比較快速的做出實(shí)際的調(diào)節(jié)反饋，反映調(diào)節(jié)效果，因此現(xiàn)階段在熱網(wǎng)調(diào)節(jié)中使用最為普遍。通過在系統(tǒng)中設(shè)置獨(dú)立的調(diào)節(jié)模塊，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況調(diào)整換熱站的工作負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)對供回水溫度的調(diào)控，并給出具體的調(diào)節(jié)策略。

5　結(jié)論

城市智能熱網(wǎng)綜合管控系統(tǒng)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，將系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的各個數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，得到能夠反映整個熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息，有利于熱網(wǎng)系統(tǒng)對供熱情況及時掌握，便于調(diào)度人員開展工作，從而實(shí)現(xiàn)對熱網(wǎng)系統(tǒng)的科學(xué)調(diào)度，降低事故發(fā)生的可能；而且有利于降低城鎮(zhèn)居民取暖的成本費(fèi)用，提高城市整體的供熱經(jīng)濟(jì)效益。另外能夠有效降低取暖燃料的使用，更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。借助智能互聯(lián)產(chǎn)品技術(shù)的突破及互聯(lián)技術(shù)的日益成熟，相信城市智能熱網(wǎng)的應(yīng)用也必將在城市供熱中占有越來越大的比重，未來智能熱網(wǎng)的綜合管控系統(tǒng)將受到國家的更多的關(guān)注和重視。

［1］李志，周振江，張沛武等.承德市供熱網(wǎng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)［C］.//節(jié)能環(huán)保與熱電聯(lián)產(chǎn)學(xué)術(shù)交流會論文集.1999:196～206.

［2］國海龍.城市智能熱網(wǎng)綜合管控系統(tǒng)應(yīng)用研究［D］.華北電力大學(xué)（北京），2014.

［3］梅德芳.智能熱網(wǎng)的自動化監(jiān)控［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，（31）:94-94.