集中供熱協調優化控制系統的研究

丁鋒　秦玉龍

摘 要：近年來，節約能源，保護環境，推動我國社會經濟朝向健康、可持續方向發展，已經受到社會各界人士廣泛的關注。城市集中供熱可以解決居民采暖以及工業供熱問題，在改善我們的生活環境、節約能源等方面發揮著至關重要的作用，是符合我國社會經濟發展潮流的新興朝陽產業。與此同時，集中供熱還能有效的提升能源利用率，促進社會生產，加快城市現代化建設步伐的加快。但是，從我國北部地區供暖現狀來看，除了城鎮采用集中供暖外，建筑業也安裝了集中供熱系統和供熱設備，從某種程度上而言，加速了能源消耗，使得我國很多地區能源緊缺。因此，文章分析與研究一種集中供熱協調優化控制系統，希望能有效的節省能源，為相關領域人士提供一定的助力。

關鍵詞：集中供熱；協調優化控制系統；研究

中圖分類號：TU995 文獻標志碼：A 文章編號：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 集中供熱簡介

顧名思義，集中供熱是指以熱水和蒸汽作為載能體，借助管網為區域用戶進行供熱。集中供熱系統的出現，是城市現代化發展的象征，一方面實現國家能源的科學利用，另一方面也推進城市社會經濟水平的不斷發展。從整體上來看，集中供熱系統由熱用戶、熱網和熱源三部分組成，熱源一般指熱電站和工業鍋爐制備的熱水和蒸汽，熱網負責將熱水和蒸汽有效的輸送和轉換，在這過程中要避免資源浪費現象，實現熱負荷的合理分配，完成熱用戶與熱源之間的對接。熱用戶主要是指所有的用熱系統，一般包括熱水供應、通風、供暖、空氣調節以及生產工藝等，常用來衡量集中供熱系統的供熱效果。供暖熱負荷是城市集中供熱系統中的唯一熱負荷，隨外界溫度的變化而變化，常把供暖熱負荷作為供熱調節的依據。而供熱調節是為了使得熱負荷變化規律與散熱設備的放熱量相匹配，盡量避免溫度過低或過高現象的發生，在供熱調節過程中，常常可以分為個體調節、局部調節和集中調節三種方式。其中，集中供熱調節是最重要的方法，具有運行管理方便、容易實施等優點。

一般情況下，熱網與熱源之間的協調關系是依據一次供水溫度、二次供水溫度與室外溫度之間的對應關系來確定。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供熱能力的象征，室外的溫度反映用戶對熱量的需求，因此，找到其中的熱負荷對應關系，有助于換熱站在與鍋爐之間達到某種平衡。眾所周知，當熱源的供熱能力很強時，通常以按需分配的方式，來滿足各子系統對熱量的需求。當熱網的需求高于供熱能力時，各換熱站就會出現“搶熱”的現象，一方面造成了熱量的浪費，另一方面也影響了供熱效果，需要采用協調優化控制策略，來最大限度地使供熱均勻，滿足各子系統對熱量的需求。

2 集中供熱協調優化控制策略

如今，供熱規模逐漸呈現加大趨勢，采用傳統的供熱方式已經無法實現對熱源的分析以及熱網的運作、監督，對熱量的評估也并不準確，這對于集中供熱的可持續發展十分不利。具體表現為熱源調節無法滿足用戶對熱量的需求，在用戶總熱量高峰期，熱源設計的容量還遠遠不夠。當發生熱源供熱不足時，供熱系統的供熱效果并不均衡，各用戶需要調節閥門，采用增加流量的方式來滿足自身的供熱需求，這樣操作難免會使得各換熱站的水力失調。由此可見，缺少了自我約束，供熱系統的集中供熱效果并不良好，但是，從目前的集中供熱情況來看，大多數企業采用分管制度，熱網和熱源單獨控制，造成了一定程度的能源浪費，也無法滿足用戶的供熱需求，對供熱事業的發展十分不利。針對供熱系統中存在的問題，本文提出了集中供熱協調優化控制系統。

首先，協調優化控制策略的原理。該系統實現了優化控制和協調控制的統一，所謂的協調控制，實現了把換熱站運行情況和鍋爐集成到一個監控系統中，并隨時根據熱負荷變化來調節熱量的輸出，進而實現熱量的均勻分配，有效地實現集中監控、自我調節、自我限制和統一調度的功能，有效改善傳統供熱系統能效低的問題。所謂的優化控制，是指對傳統的控制方式進行升級，通過引進新控制策略以及新的思路，來提高系統的工作效率，協調控制系統。

眾所周知，當熱網的需求小于熱源供熱能力時，熱量可以很好地滿足每一個子系統的需求，換熱站和鍋爐也能獨立運作良好。但是，當熱網的需求超過熱源的供熱能力時，各子系統之間會出現搶熱現象，造成一定的熱量浪費。在這種情況下，采用協調控制策略，能夠實現熱量的均勻分配，以達到需求和共軌之間的相對平衡。

其次，協調優化控制策略的優點。從整體上看，協調優化控制策略的優點可以包括以下幾個方面：第一，集中監測功能。實現了對換熱站以及鍋爐的實時監控，一些傳感器參數、調節閥的閥位、水泵工作頻率等都清晰顯示在電腦的控制中心，技術人員可以對系統的運行實時把控。第二，預測分析功能。根據相關的數據以及未來天氣情況，可以實現對全網未來供熱狀況的預測和分析。第三，運行可靠性高。一旦控制中心發生故障，子系統可以實現獨立運行，進而不會影響到整個系統的穩定性，采用協調控制方法使得熱源供熱過程具有更高的可靠性以及隨機應變能力。第四，節能效果顯著。由于對換熱站和鍋爐結構都進行了優化控制，可以有效提升能源的使用效率，節省能耗，保護環境。第五，高效管理。在集中監測控制下所采集到的相關數據，會存入數據庫中，對全網實行統一管理，提升了管理的效率。

再次，集中供熱協調優化控制結構設計。隨著科學技術水平的不斷提高，集中供熱控制也越來越朝向智能化、高端化方向發展，控制結構種類越來越豐富。能否科學合理的設計控制結構，直接關系著整個供熱系統的可靠性，因此，在進行供熱系統自動控制設計時，要先對協調優化自動控制結構進行選擇。主要可以包括換熱站控制子系統、鍋爐控制子系統和協調優化控制主系統三個部分，并且每個部分之間相互獨立運作，協調優化控制系統實現對所接收到各類數據的分析與處理，并結合熱量負荷用戶類型、室外溫度等信息來實現數據采集、數據通訊等等，有效地實現了各供熱管網的調度與管理，通過對液位壓力以及鍋爐溫度等進行存儲計算，對相關參數進行優化，可以有效提升鍋爐的熱效率。

其中，換熱站優化控制系統主要實現對管網液位、流量壓力以及溫度的采集，并且對設備的運行狀態進行實時監控，并在此基礎之上，借助參數模型來優化相關控制量，把經過處理后的數據發送至優化監控系統。在整個系統的運行過程中，監控系統會對供熱管網的運行進行隨時監控，由溫度變化產生的熱網負荷變化都會從監控系統中反映出來。同時，系統可以結合室外的溫度，鍋熱區面積大小以及系統對熱量的需求等因素進行自我調節，借助相關的模型來提升系統的運行效率，更加節能高效，更能滿足供熱需求，協調優化控制結構的流程，本文所設計的集中供熱協調優化控制系統如圖1所示。

圖1 集中供熱協調優化控制

需要強調的是，借助的C/S控制系統，鍋爐優化監控系統可以實現對鍋爐溫度液位、電機頻率以及壓力等相關參數進行存儲，并對相關信息進行參數優化，再借助現場控制器來對變頻器、傳感器以及電磁閥熱量輸出進行分析，借助這些信息完成對參數的優化。然后，優化后的這些數據被傳輸到優化控制系統中，優化后的系統對其進行處理與分析，并結合水循環的具體時間、用戶類型、熱量負荷變化以及大氣溫度等對這些數據進行計算和判斷，得出協調解，并且將其發送到換熱站優化控制系統和鍋爐優化控制系統，以視頻和參數的形式把各類信息顯示出來。與此同時，系統內部各個子系統可以互聯，調用彼此信息，然后通過更大的液晶屏幕把這些信息合理的顯示出來，給相關技術監測人員提供實時數據。最后，協調優化控制系統針對反饋的這些信息下發監控指令，到換熱站優化控制系統和鍋爐優化控制系統，通過對系統接收信息的計算，使用水泵、電機、閥門等設備完成動作指令的輸出。

3 結束語

綜上所述，本文首先介紹了集中供熱，然后從協調優化控制策略的原理，協調優化控制策略的優點，協調優化控制策略的優點三個方面，探討了集中供熱協調優化控制策略，希望本文的研究能夠為集中供熱協調優化控制系統的設計提供一定的參考。當然，由于本人的研究水平有限，本文的論述難免存在一定的不足，還希望相關領域專家學者給予本人批評與指正，并從更多層面展開深入的分析與研究。

參考文獻：

[1]王富強，賀桂林，張秋生，等.超超臨界機組協調控制系統優化調試策略研究[J].神華科技，2017，12（12）：42-46.

[2]何中杰.城市分布式泵站排水系統綜合節能與協調優化控制研究

[D].浙江大學，2009，36（1）：31-40.

[3]接建鵬，辛力堅，武文華，等.利用煤質熱值校正對協調控制系統優化的研究[J].內蒙古石油化工，2012，38（24）：23-32.