智慧供熱系統(tǒng)低碳運行的設計與研究*

席江濤 聶誠飛 查 波

(中國建筑西北設計研究院有限公司,西安)

0 引言

在我國建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展的情況下,建筑建造和運營階段所產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)占據(jù)全國總碳排放量的40%～50%[1];區(qū)域供暖系統(tǒng)作為我國北方城市冬季主要的供暖基礎設施,成為建筑運營階段主要的能源消耗和碳排放來源之一。目前該系統(tǒng)的運行由于控制策略落后、系統(tǒng)老舊、滯后時間長和內部關聯(lián)性強等特點,容易存在水力失衡、冷熱不均、調節(jié)響應時間長、能源浪費和碳排放增加等問題;在動力集中設置的情況下,水力失衡的主要原因在于輸配管網(wǎng)中連接到各末端用戶的管道或設備內剩余壓頭沒有消除,產(chǎn)生了冷熱不均的現(xiàn)象。《2030年前碳達峰行動方案》[2]明確要求老舊城市供熱管網(wǎng)基礎設施的節(jié)能低碳要持續(xù)性改造,提升系統(tǒng)的智能化管理運行水平。同時,國家和地區(qū)層面也十分關注大數(shù)據(jù)、人工智能和建模仿真等技術在供暖系統(tǒng)中的創(chuàng)新性應用,運用先進控制技術按需精準調控[3],建立新一代的智慧供熱系統(tǒng)。

因此,為了解決上述問題,在進行老舊小區(qū)改造和新建社區(qū)建造的設計階段,針對區(qū)域供暖系統(tǒng)智慧化運行的改造和提升,應將換熱站及其二次側室外輸配管網(wǎng)進行聯(lián)動優(yōu)化控制。首先,基于PLC(可編程邏輯控制器)、分布式控制器、安防攝像頭、執(zhí)行器和傳感器等關鍵設備完成硬件層的設計;然后,將軟件層的大數(shù)據(jù)、機器學習、優(yōu)化算法、預測控制和節(jié)能減排分析等關鍵技術與硬件層的控制設備進行科學合理地有機結合;最后,在網(wǎng)絡層使用先進的通信網(wǎng)絡技術,完成軟件層和硬件層之間的信息交互。從而建立起3層架構下的智慧供熱控制系統(tǒng),以此更好地實現(xiàn)該系統(tǒng)智慧和低碳運行。

1 供暖系統(tǒng)結構

1.1 區(qū)域供暖系統(tǒng)

區(qū)域供暖系統(tǒng)拓撲結構如圖1所示,該系統(tǒng)分別由熱源廠、一次網(wǎng)、換熱站、二次網(wǎng)和熱用戶組成。一個熱源廠通過一次網(wǎng)將熱媒輸送至多個換熱站進行換熱,然后換熱站將得到熱量的高溫熱媒通過二次網(wǎng)輸送至該站對應供暖區(qū)域的多個熱用戶。

圖1 區(qū)域供暖系統(tǒng)示意圖

1.2 換熱站及其二次網(wǎng)工作原理

換熱站及其二次網(wǎng)工作原理如圖2所示,主要由板式換熱器、循環(huán)泵、補水泵、變頻器、電動調節(jié)閥、計量儀表、傳感器、PLC和分布式控制器等組成。板式換熱器將換熱站一次側高溫水的熱量傳給二次側,通過換熱站二次側及室外輸配管網(wǎng)的供水管道將熱量輸送至各個熱用戶,并使用樓棟閥門對進入熱用戶的熱量進行控制;經(jīng)過熱用戶的高溫水變?yōu)榈蜏鼗厮?通過室外輸配管網(wǎng)及換熱站二次側的回水管道將低溫回水輸送至板式換熱器二次側進行換熱,并使用并聯(lián)循環(huán)水泵對二次側回水進行加壓控制;以此周而復始地循環(huán)工作。

圖2 換熱站及其二次網(wǎng)工作原理示意圖

除此之外,各種計量儀表和傳感器通過與PLC連接,完成運行數(shù)據(jù)的采集和上傳;板式換熱器一次側電動調節(jié)閥、補水泵的變頻器通過與PLC連接,完成運行狀態(tài)的反饋和控制策略的輸出;樓棟閥門和循環(huán)泵作為影響末端用戶室內熱舒適最直接的設備和系統(tǒng)中耗能最大的設備,不但要將其與PLC連接來完成運行狀態(tài)的反饋,還要與各自的分布式控制器進行連接,完成控制策略的輸出,從而建立起樓棟閥門和循環(huán)泵之間的分布式控制架構(見圖2中的曲線連接部分)。

基于現(xiàn)場設備的實際連接拓撲結構,通過有線或無線的方式建立分布式控制器的通信路由[4],每個分布式控制器可以與其相鄰的分布式控制器進行數(shù)據(jù)交互。控制器內需要存儲的算法程序和運行參數(shù),由廠商在制造過程中存儲,或由能源管控中心統(tǒng)一下載;在控制器運行過程中,相同類型機電設備對應的每個控制器都平等地進行計算和通信,且可由任一控制器發(fā)起任務執(zhí)行指令開始運行,并向相鄰的控制器發(fā)送啟動訊號,每個控制器按照內置的算法完成運行后向相鄰控制器傳遞所需的相關數(shù)據(jù),在所有分布式控制器完成滿足系統(tǒng)需求下的運算時,即可向樓棟閥門和循環(huán)泵變頻器輸出優(yōu)化后的控制策略。這種分布式架構有效減少了PLC的運行和調試負擔,不需要對工程進行逐例的算法開發(fā),僅通過給分布式控制器輸入相應的參數(shù)即可。由于該控制器即插即用的特性,使得控制系統(tǒng)有了更好的靈活性和擴展性。基于分布式架構,能夠實現(xiàn)控制策略的快速優(yōu)化計算,縮短了計算時間,更有助于實現(xiàn)在線實時優(yōu)化控制。

2 智慧供熱控制系統(tǒng)組成

經(jīng)過上述對系統(tǒng)工作原理的簡要介紹,可以發(fā)現(xiàn)區(qū)域供暖系統(tǒng)地域覆蓋范圍較廣。為了對熱源廠有限的熱源進行充分利用,對換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)進行精準管控,對熱源廠所覆蓋的供暖區(qū)域進行集中監(jiān)控,分別針對現(xiàn)場設備、數(shù)據(jù)傳輸和管控中心建立了硬件層、網(wǎng)絡層和軟件層的3層控制系統(tǒng)架構[5],如圖3所示。

注：OLT為無源的光線路終端;ONU為無源的光網(wǎng)絡單元;ODN為光分配網(wǎng)絡。圖3 智慧供熱控制系統(tǒng)架構

現(xiàn)場設備作為硬件層,主要是換熱站內部及其二次側輸配管網(wǎng)所含有的設備和連接,由安防攝像頭、換熱器、水泵、閥門、傳感器、執(zhí)行器和控制器等組成,完成流量、熱量和溫度等數(shù)據(jù)的采集與收集,實現(xiàn)板式換熱器一次側閥門和補水泵控制指令的下發(fā)。能源管控中心作為軟件層,主要包含預測模型、優(yōu)化控制算法和用戶界面等內容,還應當有與其配套的服務器、顯示器、打印機和UPS(不間斷電源)等設備,能實現(xiàn)對供暖系統(tǒng)的集中顯示、遠程控制、報警處理、智能客服、收費管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析和數(shù)據(jù)存儲等功能。從各個換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)的現(xiàn)場到能源管控中心的數(shù)據(jù)傳輸作為網(wǎng)絡層,將各個換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)與管控中心連接為一個整體,能夠高效、快速、安全地將數(shù)據(jù)進行傳輸。

3 智慧供熱系統(tǒng)硬件層設計

在智慧供熱控制系統(tǒng)架構中,硬件層主要由換熱站及其二次側網(wǎng)的監(jiān)控設備組成(見圖4),主要有級聯(lián)服務器、多路硬盤錄像機、安防攝像頭、負荷預測主機、PLC、人機界面、分布式控制器、調節(jié)閥門、變頻器、傳感器和計量器件等。負荷預測主機的輸入量有氣象數(shù)據(jù)和歷史熱負荷數(shù)據(jù)2類,作為后續(xù)負荷預測模型的輸入變量;同時,負荷預測主機將每棟樓的熱負荷預測結果傳輸至各樓棟閥門的分布式控制器,作為后續(xù)各樓棟閥門分布式優(yōu)化控制的約束。其中,在軟件層中所涉及的負荷預測和優(yōu)化控制等程序,均可在能管中心通過網(wǎng)絡層傳輸下載至硬件層的負荷預測主機和分布式控制器,然后在負荷預測主機和分布式控制器中分別完成該區(qū)域的負荷預測及控制策略優(yōu)化等工作。其目的主要是為了在熱源廠對應的多個換熱站同時運行時,減少能管中心在負荷預測和優(yōu)化控制運算方面的計算負擔;同時由于分布式架構天然的優(yōu)勢,能夠縮短系統(tǒng)的計算時長,有利于基于負荷預測的優(yōu)化控制策略在線快速運行。

圖4 換熱站及其二次網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

分布式控制器含有數(shù)據(jù)交互接口、存儲單元、處理單元和驅動控制交互接口4個部分。該控制器通過數(shù)據(jù)交互接口與其連接的分布式控制器進行數(shù)據(jù)通信,每個控制器最多可連接6個相鄰的分布式控制器;存儲單元中內置標準數(shù)據(jù)集,用于存儲設備的性能參數(shù)和運行信息;處理單元主要完成各種復雜模型和算法的計算,并得到相應的結果;驅動控制交互接口用于連接各機電設備的執(zhí)行器模塊,將處理單元得到的優(yōu)化控制結果傳輸至執(zhí)行器并完成相應動作。除此之外,同種類型機電設備所配備的分布式控制器的程序完全相同,僅通過輸入該控制器對應設備的相關參數(shù)即可進行程序運行。

控制柜為成套設備,包含PLC、人機界面、UPS電源和工業(yè)級交換機。PLC應預留20%的通道冗余量,程序運行后的CPU(中央處理器)占用率不超過20%;人機界面選用與PLC同系列品牌的彩色觸摸屏,并配有通訊網(wǎng)口,可以對PID(比例-積分-微分)參數(shù)進行修改和調整,顯示現(xiàn)場設備運行狀態(tài)及關鍵參數(shù),通過設定報警極限值實現(xiàn)設備的故障報警功能;UPS電源容量為2 kV·A,含有12、24 V輸出的鋰電池,后備時間不短于0.5 h,并帶有故障指示功能;采用8口的工業(yè)級千兆交換機,交換容量和包轉發(fā)率分別為20 Gbit/s(千兆位/秒)和14.88 Mbit/s(兆位/秒),下行端口8個10/100/1000BASE-T以太網(wǎng)端口,下行端口2個千兆SFP(小型可插拔)光模塊,并支持堆疊技術。

安防箱為成套設備,包含硬盤錄像機、硬盤存儲器和級聯(lián)服務器。硬盤錄像機為4路網(wǎng)絡輸入,最大支持600萬像素錄制,1 920×1 080/60 Hz,并且可以查詢歷史記錄,存儲時間為90 d。級聯(lián)服務器支持onvif(開放型網(wǎng)絡視頻接口)、標準協(xié)議。安防攝像頭可以實現(xiàn)自動跟蹤和切換視頻畫面,監(jiān)控故障設備并兼顧安防報警,清晰度不低于1 080 P,23倍光學變焦;能實現(xiàn)自動偵測與跟蹤、自動報警、360°連續(xù)旋轉和180°自動翻轉等功能。

水道溫度傳感器精度0.2%,輸出信號4～20 mA;水道壓力傳感器精度0.5%,輸出信號4～20 mA;室外溫濕度傳感器,溫度精度0.3%,濕度精度3%～10%,輸出信號0～10 V;流量計輸出信號4～20 mA,當流速小于1 m/s時,精度為2%,當流速大于1 m/s時,精度為3%;熱量表AC(交流)220 V供電或外接24 V;電動調節(jié)閥控制信號4～20 mA、DC(直流)1～5 V或2～10 V,反饋信號4～20 mA或DC 2～10 V,執(zhí)行器電源為220 V(直流);補水泵變頻器應具有PID邏輯的閉環(huán)調節(jié)功能,循環(huán)泵變頻器可以分別與PLC和分布式控制器進行通訊;一次側電動調節(jié)閥能與PLC完成數(shù)據(jù)交互,而各樓棟閥門可分別與PLC和分布式控制器進行數(shù)據(jù)交互。

4 智慧供熱系統(tǒng)軟件層研究

能源管控中心作為智慧供熱控制系統(tǒng)架構的軟件層,通信服務軟件、服務器硬件設備和數(shù)據(jù)庫軟件是其所需的主要配套設施。通信服務軟件負責與硬件層通訊完成數(shù)據(jù)交互;服務器硬件設備應含有雙核以上的CPU、4 GB以上的內存儲器、500 GB以上的外存儲器、與光纖連接的接口和操作系統(tǒng),其中內存儲器用于正在運行的程序,外存儲器可存儲工程師開發(fā)的程序和系統(tǒng)運行的相關數(shù)據(jù)等;數(shù)據(jù)庫軟件對從硬件層收集來的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)進行組織、存儲與管理,能隨時被人工調取或被運行中的程序調用。

在區(qū)域供暖控制系統(tǒng)的設計階段常常通過對大量且復雜的運行工況進行窮舉來制定控制策略,這很大程度依靠專家經(jīng)驗,這種方法對策略制定者的要求比較高,很難真正將系統(tǒng)運行中的各種工況考慮全面,而且并不能根據(jù)熱用戶實際需求對系統(tǒng)進行精確的節(jié)能性管控,從而無法實現(xiàn)真正的智慧化運行。因此,對換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)運行控制策略進行設計研究,是供熱系統(tǒng)實現(xiàn)智慧和低碳運行的關鍵。針對某換熱站及其二次側輸配管網(wǎng),首先對熱用戶進行以樓棟為單位的熱負荷預測;進而基于負荷預測結果,在分布式架構下先完成各樓棟閥門的優(yōu)化控制,再基于負荷預測結果和閥門優(yōu)化控制結果對并聯(lián)循環(huán)水泵進行控制策略優(yōu)化;然后依次完成一次側電動調節(jié)閥和補水泵的控制;最后根據(jù)系統(tǒng)運行得到的結果,對系統(tǒng)在該優(yōu)化控制策略指導下運行的效果進行節(jié)能減排分析;即可完成一次系統(tǒng)的優(yōu)化控制過程,以此周而復始,用于供熱系統(tǒng)的智慧化運行(見圖5)。

圖5 智慧供熱系統(tǒng)低碳運行控制策略示意圖

4.1 各樓棟熱負荷預測

每棟建筑在不同的日、月和季節(jié)對應的負荷特征雖然有明顯的差異與規(guī)律,但內在的耦合性也非常顯著[6],因此對樓棟熱負荷的準確預測是區(qū)域供暖系統(tǒng)實現(xiàn)按需供熱和精準管控最重要的前提[7]。針對以樓棟為單元的熱負荷預測,建立一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡[8](convolutional neural network, CNN)的混合預測模型(見圖6)。首先對歷史熱負荷數(shù)據(jù)和室外氣象數(shù)據(jù)進行收集,為了避免模型有效輸入變量的不足或冗余,使用套索[9](least absolute shrinkage and selection operator, LASSO)回歸模型篩選出影響熱負荷較大的輸入變量,分別為干球溫度、相對濕度、室外風速、太陽輻射;然后為了避免原始CNN模型中由于參數(shù)隨機性而影響預測精度,以預測誤差最小為目標函數(shù),使用緞藍園丁鳥優(yōu)化算法[10](satin bower bird optimization algorithm, SBO)對CNN的卷積層過濾器數(shù)量和Dropout(去掉部分神經(jīng)元)層概率進行優(yōu)化;最后將優(yōu)化得到的結果作為構建CNN模型的最優(yōu)參數(shù),從而提高混合預測模型的精度。預測得到的熱負荷為能量值,通過系統(tǒng)設計的供回水溫差,基于熱負荷與供回水溫差和質量流量乘積成正比的關系,即可得到各樓棟所需的流量。

圖6 熱負荷混合預測模型示意圖

4.2 各樓棟閥門的分布式優(yōu)化控制

為了使供暖系統(tǒng)在運行中能夠精準按需供熱,避免末端熱用戶冷熱不均問題,以負荷預測結果為前提,在分布式架構下對各樓棟供水閥門開度進行合理優(yōu)化控制(見圖7)。首先對二次側輸配管網(wǎng)的拓撲結構和負荷預測結果進行收集與整理,通過分析換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)中閥門、管道、建筑體和換熱器等主要設備的壓降與阻抗和流量的關系,得到各設備的壓降計算模型,以熱媒流動方向作為參考方向,對這些模型進行疊加,即可得到換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)的總壓降計算模型;然后在分布式架構下,以換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)的總壓降最小為目標,滿足各樓棟所需的流量為約束,以各樓棟閥門開度為變量建立分布式優(yōu)化模型;進而對優(yōu)化模型進行求解,由于果蠅優(yōu)化算法[11](fruit fly optimization algorithm, FOA)在嗅覺搜索階段使用隨機賦值策略,不利于最優(yōu)解的計算,因此使用正余弦算法[12](sine cosine algorithm, SCA)中的正余弦策略替代FOA中的隨機賦值策略,并對結合后的算法進行分布式改進,即可完成分布式算法的設計;最后使用該分布式算法在分布式架構下對樓棟閥門的分布式優(yōu)化模型進行求解,得到各樓棟閥門的開度和換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)的最小總壓降。

圖7 各樓棟閥門的分布式優(yōu)化控制示意圖

4.3 并聯(lián)循環(huán)水泵分布式優(yōu)化控制

為了避免供暖系統(tǒng)在運行中發(fā)生水力失衡的問題,在分布式架構下,基于負荷預測和閥門優(yōu)化的結果,對并聯(lián)水泵的開啟臺數(shù)與轉速進行優(yōu)化控制[13],如圖8所示。首先對實際工程中所用的水泵性能參數(shù)和負荷預測結果進行收集與整理,得到水泵的流量-揚程、流量-效率、流量-功率模型及各棟建筑所需的總流量,同時水泵的分布式控制器接收來自樓棟閥門分布式控制器的最小總壓降;然后以并聯(lián)循環(huán)水泵運行總功率最小為目標,以滿足換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)總壓降為約束,以各臺水泵的轉速為優(yōu)化變量建立分布式優(yōu)化模型;進而使用分布式算法在分布式架構下對并聯(lián)循環(huán)水泵的分布式優(yōu)化模型進行求解,所使用的算法與樓棟閥門的優(yōu)化求解算法相同;最后得到各臺水泵的轉速比和并聯(lián)循環(huán)水泵所消耗的總功率。

圖8 并聯(lián)循環(huán)水泵的分布式優(yōu)化控制示意圖

4.4 一次側電動調節(jié)閥的控制

為了充分利用熱源廠有限的熱源,對板式換熱器一次側電動調節(jié)閥開度的精確控制尤為關鍵;閥門的開度決定了換熱站二次側所能得到的熱量,同時也影響著熱力公司向熱源廠支付的費用。通過現(xiàn)場硬件層對換熱站二次側供水溫度的實時監(jiān)測,將測量值與系統(tǒng)的設定值在PLC中進行對比,然后閥門執(zhí)行基于PID的閉環(huán)調節(jié);通過調節(jié)一次側流量來改變二次側供水溫度,使其達到設定值的要求(見圖9)。

注：ts為二次側供水設定值。圖9 一次側電動閥控制示意圖

4.5 補水泵的控制

為了避免由于供熱系統(tǒng)漏水導致系統(tǒng)工作壓力下降而引起末端建筑物內出現(xiàn)倒空的現(xiàn)象,需要將二次側回水管道上的壓力維持在一個恒壓值,這就要求補水泵能夠根據(jù)二次側回水管道實時的壓力值作出及時調節(jié)(見圖10)。對二次側回水管道上的壓力進行實時監(jiān)測,將監(jiān)測值傳輸至補水泵的變頻器,在變頻器中對監(jiān)測值與設定值進行比較,基于PID控制邏輯對補水泵啟停進行控制。當二次側回水管道的壓力降至p1時,啟動補水泵;當二次側回水管道壓力升至p2時,關閉補水泵;當壓力升至p3時,位于二次側回水管道上的安全閥啟動泄壓,將二次側回水壓力始終維持在定壓線的高度。

注：p1為補水泵開啟壓力;p2為補水泵關閉壓力;p3為二次側母管安全閥泄壓值。圖10 補水泵控制示意圖

4.6 節(jié)能減排分析

供熱系統(tǒng)基于圖5完成一次優(yōu)化控制后,對該系統(tǒng)所能節(jié)約的電量和等價總碳排放量進行計算,進而對系統(tǒng)在這種優(yōu)化控制策略指導下的節(jié)能運行和減排效果進行分析,如圖11所示。

圖11 節(jié)能減排分析示意圖

具體有以下步驟：

1) 整理負荷預測曲線和優(yōu)化循環(huán)水泵得到的總功率迭代曲線;

2) 對負荷預測前后曲線和水泵總功率優(yōu)化前后迭代曲線的差值在時間上求定積分,將功率轉換為功,即可得到通過負荷預測所節(jié)約的能量和循環(huán)泵優(yōu)化后所節(jié)約的能量,兩者相加即為節(jié)約的總能量;

3) 通過3.6×106J=1 kW·h計算出循環(huán)泵優(yōu)化前后所節(jié)約的電量;

4) 基于該系統(tǒng)所節(jié)約的總能量,根據(jù)1 kg標準煤燃燒產(chǎn)生29 307.6 kJ熱量,即可計算出該系統(tǒng)可節(jié)約的標準煤量;

5) 基于該系統(tǒng)所節(jié)約的標準煤量,根據(jù)1 kg 標準煤燃燒排放2.67 kg二氧化碳,即可計算出該系統(tǒng)可減排的二氧化碳量;

6) 基于該系統(tǒng)可減排的二氧化碳量,根據(jù)1 kg 碳完全燃燒產(chǎn)生3.67 kg二氧化碳,即可算出該系統(tǒng)可減排的碳量。

5 智慧供熱系統(tǒng)網(wǎng)絡層設計

智慧供熱系統(tǒng)中在硬件層與軟件層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚佟⒏咝Ш屯暾葹殛P鍵,同時網(wǎng)絡層相關設施的低故障率和低建設成本也不可忽視。在智慧供熱系統(tǒng)中通過無源光網(wǎng)絡(passive optical network, PON)技術實現(xiàn)能源管控中心與各換熱站現(xiàn)場的數(shù)據(jù)交互。PON技術采用P2MP(點到多點)結構的通信模式,由OLT、ODN和ONU組成。其中OLT位于網(wǎng)絡側,即能源管理中心機房;ONU位于用戶側,即換熱站控制室;兩者之間的通信網(wǎng)路構成ODN,ODN主要由光纜、連接器、無源分光器、無源光衰減器和光纖接頭等組成。

該技術下行(OLT到ONU)采用廣播方式,將OLT發(fā)送的光信號通過分光器分成多份相同的信號送至每個ONU,但是ONU會根據(jù)報文中所含有的標記選擇性地接收只屬于自己的信號,對其余不屬于自己的信號進行丟棄,采用波長1 490 nm;而上行(ONU到OLT)采用時分復用多址接入(TDMA)技術,網(wǎng)絡側給每一個ONU分配屬于自己的時間片,ONU則嚴格按照時間片窗口發(fā)送信號,并且只會通過ODN傳輸至OLT,不會發(fā)送至其他ONU,采用波長1 310 nm。從OLT到分光器之間的主干光纖鏈路和分光器到各ONU的各換熱站子干線鏈路位于室外段,該段發(fā)生斷纖的可能性及斷纖后導致的影響面更大,應對其進行Type-B類型的全保護。

PON技術應用于智慧供熱系統(tǒng)時,在相距較遠的能源管理中心和各換熱站之間,全部采用光纜,使用普通的PVC(聚氯乙烯)線管即可,這給空間狹小的老舊小區(qū)改造和施工穿線帶來了極大的便利;同時,ODN中無源器件的使用大大降低了網(wǎng)路的故障率。除此之外,該技術所特有的手拉手組網(wǎng)方式和高寬帶的特點,非常適用于涉及地域較廣和數(shù)據(jù)種類豐富的區(qū)域供暖系統(tǒng),對于相距較遠的換熱站,可各自通過分光器直接與OLT走線,而對于相距較近的多個換熱站而言,這些換熱站可通過1∶2非均分的方式進行手拉手通信,從而實現(xiàn)各換熱站中ONU與能源管理中心的OLT進行數(shù)據(jù)交互,有利于降低建設成本和系統(tǒng)的維護費用。

6 結束語

在區(qū)域供暖系統(tǒng)的控制中,針對能源管理中心、數(shù)據(jù)傳輸鏈路和各換熱站及其二次側輸配管網(wǎng),建立了基于軟件層、網(wǎng)絡層和硬件層的智慧供熱系統(tǒng),提高了區(qū)域供暖系統(tǒng)智慧和低碳運行的水平。智慧供熱系統(tǒng)在軟件層將深度學習和優(yōu)化算法等人工智能技術應用于各樓棟閥門和循環(huán)水泵的聯(lián)動優(yōu)化控制中,對系統(tǒng)進行基于負荷預測的提前優(yōu)化控制,并對優(yōu)化控制策略的節(jié)能減排效果進行了分析,實現(xiàn)了系統(tǒng)運行的水力平衡和按需供熱;在網(wǎng)絡層基于PON技術建立了無源光纖網(wǎng)絡傳輸方案,有助于滿足智慧供熱系統(tǒng)中高寬帶、低成本和多業(yè)務的需求;在硬件層對換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)的設備運行情況和現(xiàn)場安防進行監(jiān)控,使用分布式控制器建立各樓棟閥門和循環(huán)水泵的分布式控制架構,提高了系統(tǒng)在線優(yōu)化控制水平。該智慧供熱系統(tǒng)經(jīng)過在實際工程中對能源管控中心和各換熱站及其二次側輸配管網(wǎng)的運行調試,能夠實現(xiàn)區(qū)域供暖系統(tǒng)穩(wěn)定、節(jié)能和低碳運行,及時合理地滿足用戶的熱舒適需求。