集中供热协调优化控制系统的研究

丁锋　秦玉龙

摘 要：近年来，节约能源，保护环境，推动我国社会经济朝向健康、可持续方向发展，已经受到社会各界人士广泛的关注。城市集中供热可以解决居民采暖以及工业供热问题，在改善我们的生活环境、节约能源等方面发挥着至关重要的作用，是符合我国社会经济发展潮流的新兴朝阳产业。与此同时，集中供热还能有效的提升能源利用率，促进社会生产，加快城市现代化建设步伐的加快。但是，从我国北部地区供暖现状来看，除了城镇采用集中供暖外，建筑业也安装了集中供热系统和供热设备，从某种程度上而言，加速了能源消耗，使得我国很多地区能源紧缺。因此，文章分析与研究一种集中供热协调优化控制系统，希望能有效的节省能源，为相关领域人士提供一定的助力。

关键词：集中供热；协调优化控制系统；研究

中图分类号：TU995 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0075-02

Abstract： In recent years， saving energy， protecting the environment and promoting the development of our country's social economy towards the direction of health and sustainability have been widely concerned by people from all walks of life. Urban centralized heating can solve the problems of residential heating and industrial heating， which plays a vital role in improving our living environment and saving energy. It is a new rising industry in line with the trend of social and economic development in China. At the same time， centralized heating can also effectively improve the efficiency of energy utilization， promote social production， and accelerate the pace of urban modernization. However， judging from the heating situation in the northern part of China， in addition to the central heating used in cities and towns， the construction industry has also installed central heating systems and heating equipment. To some extent， energy consumption has been accelerated， making the energy shortage in many areas of our country. Therefore， this paper analyzes and studies a centralized heating coordination and optimization control system， hoping to effectively save energy， and provide certain assistance for the relevant fields.

Keywords： central heating； coordinated optimal control system； research

1 集中供热简介

顾名思义，集中供热是指以热水和蒸汽作为载能体，借助管网为区域用户进行供热。集中供热系统的出现，是城市现代化发展的象征，一方面实现国家能源的科学利用，另一方面也推进城市社会经济水平的不断发展。从整体上来看，集中供热系统由热用户、热网和热源三部分组成，热源一般指热电站和工业锅炉制备的热水和蒸汽，热网负责将热水和蒸汽有效的输送和转换，在这过程中要避免资源浪费现象，实现热负荷的合理分配，完成热用户与热源之间的对接。热用户主要是指所有的用热系统，一般包括热水供应、通风、供暖、空气调节以及生产工艺等，常用来衡量集中供热系统的供热效果。供暖热负荷是城市集中供热系统中的唯一热负荷，随外界温度的变化而变化，常把供暖热负荷作为供热调节的依据。而供热调节是为了使得热负荷变化规律与散热设备的放热量相匹配，尽量避免温度过低或过高现象的发生，在供热调节过程中，常常可以分为个体调节、局部调节和集中调节三种方式。其中，集中供热调节是最重要的方法，具有运行管理方便、容易实施等优点。

一般情况下，热网与热源之间的协调关系是依据一次供水温度、二次供水温度与室外温度之间的对应关系来确定。并且，一次供水温度是热源供热能力的象征，二次供水温度是热网供热能力的象征，室外的温度反映用户对热量的需求，因此，找到其中的热负荷对应关系，有助于换热站在与锅炉之间达到某种平衡。众所周知，当热源的供热能力很强时，通常以按需分配的方式，来满足各子系统对热量的需求。当热网的需求高于供热能力时，各换热站就会出现“抢热”的现象，一方面造成了热量的浪费，另一方面也影响了供热效果，需要采用协调优化控制策略，来最大限度地使供热均匀，满足各子系统对热量的需求。

2 集中供热协调优化控制策略

如今，供热规模逐渐呈现加大趋势，采用传统的供热方式已经无法实现对热源的分析以及热网的运作、监督，对热量的评估也并不准确，这对于集中供热的可持续发展十分不利。具体表现为热源调节无法满足用户对热量的需求，在用户总热量高峰期，热源设计的容量还远远不够。当发生热源供热不足時，供热系统的供热效果并不均衡，各用户需要调节阀门，采用增加流量的方式来满足自身的供热需求，这样操作难免会使得各换热站的水力失调。由此可见，缺少了自我约束，供热系统的集中供热效果并不良好，但是，从目前的集中供热情况来看，大多数企业采用分管制度，热网和热源单独控制，造成了一定程度的能源浪费，也无法满足用户的供热需求，对供热事业的发展十分不利。针对供热系统中存在的问题，本文提出了集中供热协调优化控制系统。

首先，协调优化控制策略的原理。该系统实现了优化控制和协调控制的统一，所谓的协调控制，实现了把换热站运行情况和锅炉集成到一个监控系统中，并随时根据热负荷变化来调节热量的输出，进而实现热量的均匀分配，有效地实现集中监控、自我调节、自我限制和统一调度的功能，有效改善传统供热系统能效低的问题。所谓的优化控制，是指对传统的控制方式进行升级，通过引进新控制策略以及新的思路，来提高系统的工作效率，协调控制系统。

众所周知，当热网的需求小于热源供热能力时，热量可以很好地满足每一个子系统的需求，换热站和锅炉也能独立运作良好。但是，当热网的需求超过热源的供热能力时，各子系统之间会出现抢热现象，造成一定的热量浪费。在这种情况下，采用协调控制策略，能够实现热量的均匀分配，以达到需求和共轨之间的相对平衡。

其次，协调优化控制策略的优点。从整体上看，协调优化控制策略的优点可以包括以下几个方面：第一，集中监测功能。实现了对换热站以及锅炉的实时监控，一些传感器参数、调节阀的阀位、水泵工作频率等都清晰显示在电脑的控制中心，技术人员可以对系统的运行实时把控。第二，预测分析功能。根据相关的数据以及未来天气情况，可以实现对全网未来供热状况的预测和分析。第三，运行可靠性高。一旦控制中心发生故障，子系统可以实现独立运行，进而不会影响到整个系统的稳定性，采用协调控制方法使得热源供热过程具有更高的可靠性以及随机应变能力。第四，节能效果显著。由于對换热站和锅炉结构都进行了优化控制，可以有效提升能源的使用效率，节省能耗，保护环境。第五，高效管理。在集中监测控制下所采集到的相关数据，会存入数据库中，对全网实行统一管理，提升了管理的效率。

再次，集中供热协调优化控制结构设计。随着科学技术水平的不断提高，集中供热控制也越来越朝向智能化、高端化方向发展，控制结构种类越来越丰富。能否科学合理的设计控制结构，直接关系着整个供热系统的可靠性，因此，在进行供热系统自动控制设计时，要先对协调优化自动控制结构进行选择。主要可以包括换热站控制子系统、锅炉控制子系统和协调优化控制主系统三个部分，并且每个部分之间相互独立运作，协调优化控制系统实现对所接收到各类数据的分析与处理，并结合热量负荷用户类型、室外温度等信息来实现数据采集、数据通讯等等，有效地实现了各供热管网的调度与管理，通过对液位压力以及锅炉温度等进行存储计算，对相关参数进行优化，可以有效提升锅炉的热效率。

其中，换热站优化控制系统主要实现对管网液位、流量压力以及温度的采集，并且对设备的运行状态进行实时监控，并在此基础之上，借助参数模型来优化相关控制量，把经过处理后的数据发送至优化监控系统。在整个系统的运行过程中，监控系统会对供热管网的运行进行随时监控，由温度变化产生的热网负荷变化都会从监控系统中反映出来。同时，系统可以结合室外的温度，锅热区面积大小以及系统对热量的需求等因素进行自我调节，借助相关的模型来提升系统的运行效率，更加节能高效，更能满足供热需求，协调优化控制结构的流程，本文所设计的集中供热协调优化控制系统如图1所示。

图1 集中供热协调优化控制

需要强调的是，借助的C/S控制系统，锅炉优化监控系统可以实现对锅炉温度液位、电机频率以及压力等相关参数进行存储，并对相关信息进行参数优化，再借助现场控制器来对变频器、传感器以及电磁阀热量输出进行分析，借助这些信息完成对参数的优化。然后，优化后的这些数据被传输到优化控制系统中，优化后的系统对其进行处理与分析，并结合水循环的具体时间、用户类型、热量负荷变化以及大气温度等对这些数据进行计算和判断，得出协调解，并且将其发送到换热站优化控制系统和锅炉优化控制系统，以视频和参数的形式把各类信息显示出来。与此同时，系统内部各个子系统可以互联，调用彼此信息，然后通过更大的液晶屏幕把这些信息合理的显示出来，给相关技术监测人员提供实时数据。最后，协调优化控制系统针对反馈的这些信息下发监控指令，到换热站优化控制系统和锅炉优化控制系统，通过对系统接收信息的计算，使用水泵、电机、阀门等设备完成动作指令的输出。

3 结束语

综上所述，本文首先介绍了集中供热，然后从协调优化控制策略的原理，协调优化控制策略的优点，协调优化控制策略的优点三个方面，探讨了集中供热协调优化控制策略，希望本文的研究能够为集中供热协调优化控制系统的设计提供一定的参考。当然，由于本人的研究水平有限，本文的论述难免存在一定的不足，还希望相关领域专家学者给予本人批评与指正，并从更多层面展开深入的分析与研究。

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