大數據分析在供熱運行監測和節能領域的應用

王玉哲

摘要：目前，集中供熱管網正朝著大型化、長距離方向發展，供熱面積超過1000萬平方米的多熱源環狀管網已較為普遍。隨著管網建設規模的不斷擴大和復雜程度的不斷提高，供熱單位根據自身情況建立了熱網運行監控系統，試圖通過智能手段了解管網運行狀況，進行節能降耗分析，優化管網運行參數。傳統熱網監測系統以熱源、換熱站等網關為節點，通過實時監測和傳輸溫度、壓力等參數，實現對節點運行狀態的控制。大數據分析是一種分析方法，它不使用抽樣調查，而是使用所有數據進行處理。實現了對全網水力工況、能耗預測等動態數據的監測分析，有助于熱網運行朝著科學調度、節能舒適的方向發展。

關鍵詞：大數據分析;供熱運行監控;節能領域;應用分析

隨著供熱用戶的不斷增加和節能減排工作的不斷推進，水力平衡調節已成為二次熱網需要解決的首要問題，而水力不平衡往往伴隨著更多的用戶投訴。傳統的手動調節方法不僅效率低下，而且需要巨大的人工成本。這就需要利用大數據分析、機器學習等技術對數據進行分析、清理和篩選，提取有效的真實數據進行熱網分析和調控。

1供熱系統控制技術

在傳統的城市集中供熱系統控制技術中，當需要熱量時存在熱量大于熱浪費的問題，為了解決這一問題，采用聯合遠程監控中心配合PLC開發的溫度補償控制策略，根據溫度補償反饋結果，對熱網供熱質量和供熱效率進行評價，得出整個熱網的熱負荷，并根據實際供熱面積建立實時供水流量模型，以保證最高的供熱效率。系統中的遠程監控系統主要是基于組態王組態軟件來完成的，可以對熱網中的幾個二次熱站進行實時監控。為了提高遠程監控的效率，系統主界面可以集中顯示多個換熱站的信息。子界面可顯示各換熱站熱網回路、供水溫度、閥門開度、水泵壓力等參數。

2系統建設

2.1硬件

監控系統：在熱源、調峰首站、接力泵站、網絡泵站、換熱站等通過位置安裝溫度、壓力、流量等儀表測量裝置，采集的數據通過DCS系統通過無線通信實時上傳到數據中心;典型用戶配備無線室溫遠程傳輸裝置。各換熱站設置循環水泵運行電流、給水泵流量監測儀表，并設置泡沫水、煙霧傳感器、超溫報警裝置;溫度和流量測量裝置安裝在住宅用戶入口節點。

調控：熱電廠出口設第一熱源站，電廠熱網循環泵設液力偶合器;中繼泵站和網絡泵站中的增壓泵配備變頻器，變頻器具有就地操作和遠程控制功能。第一調峰站主熱源側和輔助側分別設置流量調節裝置。在換熱站，流量調節裝置安裝在一次側，變頻器安裝在二次循環水泵上。通過與站內控制器聯動，實現自動調節和泵閥聯動。

2.2大型數據庫

以歷年采暖季實際運行數據為樣本，建立了數據信息數據庫，包括以下內容：（1）室外逐時溫度、風力和濕度（2） 熱源運行溫度、壓力、流量、供水及能耗（3） 中繼泵站升壓泵的工作溫度、壓力、流量、頻率（4） 管網泵站、峰值熱源運行溫度、流量、壓力、流向、增壓泵頻率（5） 換熱站一、二次側運行溫度、壓力、流量、一次側調節閥開度、二次側循環水泵運行頻率、電流、二次側供水情況（6） 家用熱量表流量和溫度（7） 用戶的典型室內溫度。

2.3平臺功能

在現有實時數據監測、能耗計算、歷史記錄查詢等功能的基礎上，基于大型數據庫開發了以下功能：（1）主輔熱源出力比分析功能（2） 未來日熱負荷預測（3） 全網水力工況動態分布顯示（4） 不同時段度日耗熱量的序貫和同比分析（5） 能耗異常輔助分析（6） 換熱站運行狀態預警（7） 自動調整換熱站運行參數。通過上述功能的實現，建立一套熱網運行監控平臺，有助于優化管網水力工況，保證安全生產運行，提高能效水平。

3換熱站節能運行技術升級

3.1換熱站的設計

在設計過程中，換熱站應與當前供暖條件相匹配，并保留部分長期余量。在設計條件下，熱交換器的額定功率必須與其熱負荷相匹配，以使出口溫度達到額定值，而與熱交換系統的循環水流量無關。如果兩者相差較大，熱交換器二次側出口溫度將高于或低于設計值。在這兩種工況下，高于設計值會導致供熱量過大，系統效率降低，系統初始投資增加;低于設計值將導致系統供熱不足。因此，換熱站的合理設計是換熱站節能運行的前提。

3.2二次網絡運行的液壓平衡調整

換熱站水力失調是一個普遍存在的問題，目前尚無根本解決辦法。為了解決“遠冷近熱”的局面，供熱部門只能不斷提高二次供水溫度和循環流量。這種方法不能從根本上解決液壓不平衡問題，反而會加劇液壓不平衡。因此，二次管網水力平衡調節是換熱站節能運行調節的首要問題。要解決水力失調問題，首先要找出供熱水力失調的分支。通過調整支管管徑或使用平衡閥，可以調整和優化支管的水力不平衡，從而緩解水力不平衡問題。

3.3水泵變頻控制

在換熱站運行過程中，如果水泵采用工頻運行，會造成水泵效率低、循環水量與供熱需求不匹配等問題。因此，對現有換熱站的水泵進行變頻節能改造。方案一：更換系統中不帶變頻的泵，采用新的變頻泵更換原泵。這種方法的缺點是增加了設備投資。方案二，利用變頻器對原有循環水泵進行變頻節能改造，該方案改造簡單，投資少。

3.4換熱站的自動控制

單純依靠人工調節，集中供熱調節已不能滿足供熱系統的節能要求。換熱站的自動控制應采用PLC技術，包括PLC、變頻器、智能溫度控制器、各種傳感器。在控制過程中，實時監控采用熱用戶、換熱站及供熱線路沿線節點的運行參數，根據室外溫度，結合預先設定的控制方式。調節換熱站循環水泵的轉速、電動調節閥的開度和供水系統的恒壓，大大節約了人力物力成本。

4結論

在數據分析的基礎上，分析了一次熱源和二次熱源的輸出比，為多熱源網絡的熱資源配置提供了依據。根據歷年采暖季平均耗熱量，實現了對未來采暖季熱源日耗熱量和總能耗的預測。在管網運行層面，數據庫中的數據用于對換熱站的資本壓力頭的運行進行分類。結合實時數據采集，對管網的動態水力狀況進行監測。此外，歷史數據與實時數據的對比有助于判斷換熱站運行中是否存在異常，有助于運行人員從預警的角度及早發現潛在危險。

參考文獻

[1]柴國鈺.集中供熱系統量質運行調節策略數據逆向識別方法[D].天津大學，2017.