淺談集中供熱協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究

班德龍 張燕妮

摘 要：城市集中供熱可以解決居民采暖以及工業(yè)供熱問(wèn)題，在改善我們的生活環(huán)境、節(jié)約能源等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是符合我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展潮流的新興朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。與此同時(shí)，集中供熱還能有效的提升能源利用率，促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)，加快城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快。但是，從我國(guó)北部地區(qū)供暖現(xiàn)狀來(lái)看，除了城鎮(zhèn)采用集中供暖外，建筑業(yè)也安裝了集中供熱系統(tǒng)和供熱設(shè)備，從某種程度上而言，加速了能源消耗，使得我國(guó)很多地區(qū)能源緊缺。

關(guān)鍵詞：集中供熱；協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)；研究

1 集中供熱簡(jiǎn)介

集中供熱是指以熱水和蒸汽作為載能體，借助管網(wǎng)為區(qū)域用戶進(jìn)行供熱。集中供熱系統(tǒng)的出現(xiàn)，是城市現(xiàn)代化發(fā)展的象征，一方面實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源的科學(xué)利用，另一方面也推進(jìn)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展。從整體上來(lái)看，集中供熱系統(tǒng)由熱用戶、熱網(wǎng)和熱源三部分組成，熱源一般指熱電站和工業(yè)鍋爐制備的熱水和蒸汽，熱網(wǎng)負(fù)責(zé)將熱水和蒸汽有效的輸送和轉(zhuǎn)換，在這過(guò)程中要避免資源浪費(fèi)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)熱負(fù)荷的合理分配，完成熱用戶與熱源之間的對(duì)接。熱用戶主要是指所有的用熱系統(tǒng)，一般包括熱水供應(yīng)、通風(fēng)、供暖、空氣調(diào)節(jié)以及生產(chǎn)工藝等，常用來(lái)衡量集中供熱系統(tǒng)的供熱效果。供暖熱負(fù)荷是城市集中供熱系統(tǒng)中的唯一熱負(fù)荷，隨外界溫度的變化而變化，常把供暖熱負(fù)荷作為供熱調(diào)節(jié)的依據(jù)。而供熱調(diào)節(jié)是為了使得熱負(fù)荷變化規(guī)律與散熱設(shè)備的放熱量相匹配，盡量避免溫度過(guò)低或過(guò)高現(xiàn)象的發(fā)生，在供熱調(diào)節(jié)過(guò)程中，常?？梢苑譃閭€(gè)體調(diào)節(jié)、局部調(diào)節(jié)和集中調(diào)節(jié)三種方式。其中，集中供熱調(diào)節(jié)是最重要的方法，具有運(yùn)行管理方便、容易實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。

一般情況下，熱網(wǎng)與熱源之間的協(xié)調(diào)關(guān)系是依據(jù)一次供水溫度、二次供水溫度與室外溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)確定。并且，一次供水溫度是熱源供熱能力的象征，二次供水溫度是熱網(wǎng)供熱能力的象征，室外的溫度反映用戶對(duì)熱量的需求，因此，找到其中的熱負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系，有助于換熱站在與鍋爐之間達(dá)到某種平衡。眾所周知，當(dāng)熱源的供熱能力很強(qiáng)時(shí)，通常以按需分配的方式，來(lái)滿足各子系統(tǒng)對(duì)熱量的需求。當(dāng)熱網(wǎng)的需求高于供熱能力時(shí)，各換熱站就會(huì)出現(xiàn)“搶熱”的現(xiàn)象，一方面造成了熱量的浪費(fèi)，另一方面也影響了供熱效果，需要采用協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略，來(lái)最大限度地使供熱均勻，滿足各子系統(tǒng)對(duì)熱量的需求。

2 集中供熱協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略

如今，供熱規(guī)模逐漸呈現(xiàn)加大趨勢(shì)，采用傳統(tǒng)的供熱方式已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)熱源的分析以及熱網(wǎng)的運(yùn)作、監(jiān)督，對(duì)熱量的評(píng)估也并不準(zhǔn)確，這對(duì)于集中供熱的可持續(xù)發(fā)展十分不利。具體表現(xiàn)為熱源調(diào)節(jié)無(wú)法滿足用戶對(duì)熱量的需求，在用戶總熱量高峰期，熱源設(shè)計(jì)的容量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。當(dāng)發(fā)生熱源供熱不足時(shí)，供熱系統(tǒng)的供熱效果并不均衡，各用戶需要調(diào)節(jié)閥門，采用增加流量的方式來(lái)滿足自身的供熱需求，這樣操作難免會(huì)使得各換熱站的水力失調(diào)。由此可見(jiàn)，缺少了自我約束，供熱系統(tǒng)的集中供熱效果并不良好，但是，從目前的集中供熱情況來(lái)看，大多數(shù)企業(yè)采用分管制度，熱網(wǎng)和熱源單獨(dú)控制，造成了一定程度的能源浪費(fèi)，也無(wú)法滿足用戶的供熱需求，對(duì)供熱事業(yè)的發(fā)展十分不利。針對(duì)供熱系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，本文提出了集中供熱協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)。

首先，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的原理。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制和協(xié)調(diào)控制的統(tǒng)一，所謂的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了把換熱站運(yùn)行情況和鍋爐集成到一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，并隨時(shí)根據(jù)熱負(fù)荷變化來(lái)調(diào)節(jié)熱量的輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱量的均勻分配，有效地實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、自我調(diào)節(jié)、自我限制和統(tǒng)一調(diào)度的功能，有效改善傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)能效低的問(wèn)題。所謂的優(yōu)化控制，是指對(duì)傳統(tǒng)的控制方式進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)引進(jìn)新控制策略以及新的思路，來(lái)提高系統(tǒng)的工作效率，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

其次，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的優(yōu)點(diǎn)。從整體上看，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的優(yōu)點(diǎn)可以包括以下幾個(gè)方面：第一，集中監(jiān)測(cè)功能。實(shí)現(xiàn)了對(duì)換熱站以及鍋爐的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一些傳感器參數(shù)、調(diào)節(jié)閥的閥位、水泵工作頻率等都清晰顯示在電腦的控制中心，技術(shù)人員可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)把控。第二，預(yù)測(cè)分析功能。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)以及未來(lái)天氣情況，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)未來(lái)供熱狀況的預(yù)測(cè)和分析。第三，運(yùn)行可靠性高。一旦控制中心發(fā)生故障，子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，進(jìn)而不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用協(xié)調(diào)控制方法使得熱源供熱過(guò)程具有更高的可靠性以及隨機(jī)應(yīng)變能力。第四，節(jié)能效果顯著。由于對(duì)換熱站和鍋爐結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了優(yōu)化控制，可以有效提升能源的使用效率，節(jié)省能耗，保護(hù)環(huán)境。第五，高效管理。在集中監(jiān)測(cè)控制下所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，會(huì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)全網(wǎng)實(shí)行統(tǒng)一管理，提升了管理的效率。

再次，集中供熱協(xié)調(diào)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，集中供熱控制也越來(lái)越朝向智能化、高端化方向發(fā)展，控制結(jié)構(gòu)種類越來(lái)越豐富。能否科學(xué)合理的設(shè)計(jì)控制結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系著整個(gè)供熱系統(tǒng)的可靠性，因此，在進(jìn)行供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)時(shí)，要先對(duì)協(xié)調(diào)優(yōu)化自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。主要可以包括換熱站控制子系統(tǒng)、鍋爐控制子系統(tǒng)和協(xié)調(diào)優(yōu)化控制主系統(tǒng)三個(gè)部分，并且每個(gè)部分之間相互獨(dú)立運(yùn)作，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所接收到各類數(shù)據(jù)的分析與處理，并結(jié)合熱量負(fù)荷用戶類型、室外溫度等信息來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊等等，有效地實(shí)現(xiàn)了各供熱管網(wǎng)的調(diào)度與管理，通過(guò)對(duì)液位壓力以及鍋爐溫度等進(jìn)行存儲(chǔ)計(jì)算，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以有效提升鍋爐的熱效率。

其中，換熱站優(yōu)化控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)液位、流量壓力以及溫度的采集，并且對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)之上，借助參數(shù)模型來(lái)優(yōu)化相關(guān)控制量，把經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)供熱管網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，由溫度變化產(chǎn)生的熱網(wǎng)負(fù)荷變化都會(huì)從監(jiān)控系統(tǒng)中反映出來(lái)。同時(shí)，系統(tǒng)可以結(jié)合室外的溫度，鍋熱區(qū)面積大小以及系統(tǒng)對(duì)熱量的需求等因素進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，借助相關(guān)的模型來(lái)提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率，更加節(jié)能高效，更能滿足供熱需求，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)的流程。

需要強(qiáng)調(diào)的是，借助的C/S控制系統(tǒng)，鍋爐優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐溫度液位、電機(jī)頻率以及壓力等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，再借助現(xiàn)場(chǎng)控制器來(lái)對(duì)變頻器、傳感器以及電磁閥熱量輸出進(jìn)行分析，借助這些信息完成對(duì)參數(shù)的優(yōu)化。然后，優(yōu)化后的這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絻?yōu)化控制系統(tǒng)中，優(yōu)化后的系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理與分析，并結(jié)合水循環(huán)的具體時(shí)間、用戶類型、熱量負(fù)荷變化以及大氣溫度等對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和判斷，得出協(xié)調(diào)解，并且將其發(fā)送到換熱站優(yōu)化控制系統(tǒng)和鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，以視頻和參數(shù)的形式把各類信息顯示出來(lái)。與此同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)可以互聯(lián)，調(diào)用彼此信息，然后通過(guò)更大的液晶屏幕把這些信息合理的顯示出來(lái)，給相關(guān)技術(shù)監(jiān)測(cè)人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。最后，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)針對(duì)反饋的這些信息下發(fā)監(jiān)控指令，到換熱站優(yōu)化控制系統(tǒng)和鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)接收信息的計(jì)算，使用水泵、電機(jī)、閥門等設(shè)備完成動(dòng)作指令的輸出。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文首先介紹了集中供熱，然后從協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的原理，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的優(yōu)點(diǎn)，協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略的優(yōu)點(diǎn)三個(gè)方面，探討了集中供熱協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略，希望本文的研究能夠?yàn)榧泄釁f(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

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（作者單位：大連熱電股份有限公司）