（控制理论与控制工程专业论文）集中供热网智能控制方法的研究.pdf

摘要 城市集中供热是现代化城市建设的重要措施之一。本文首先对目前我国大中型集中 供热网基本的调节和控制方法进行了深入的阐述，并在此基础上提出了集中供热网总体 控制方案。 本文采用专家模糊控制方法实现了对各热力子站的二次供水温度的控制，采用具有 全局性优化性能的智能协调控制方法实现集中供热网的整体控制。以沈阳皇姑集中供热 网的控制为基础，深入探讨了专家模糊控制器的具体设计和智能协调控制方法的具体实 现。 最后，将整体控制方法应用到沈阳皇姑集中供热网的实际控制当中。通过运行实例 表明，此方法是可行的，可以实现全网内热量的合理分配，提高供热网的供热质量，达 到稳定供热和均匀供热。同时对于应用中遇到的问题进行了总结，并提出相应的解决方 法。 关键词：集中供热网；智能协调控制；专家模糊控制；稳定供热；均衡供热 a b s t r a c t d i s t r i c th e a t i n gn e t w o r ki so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf u n d a m e n t a li n f r a s t r u c t u r e s o fm o d e r nc i t i e s t h ea d j u s t i n ga n dc o n t r o lm e t h o d sf o rt h em e d i u ma n dl a r g eh e a t i n g n e t w o r k sa r et h o r o u g h l yd i s c u s s e df i r s t l y ，a n dt h e nt h ew h o l ec o n t r o ls c h e m eo ft h e d i s t r ic th e a tf n gn e t w o r ki s p u tf o r w a r d i no r d e rt oc o n t r o lt h ed i s t r i c t h e a t i n gn e t w o r kw h o l l y ，t h ei n t e l li g e n t c o o r d i n a t i o nc o n t r o lm e t h o di su s e d ，w h i c hh a st h eg l o b a lo p t i m i z a t i o np e r f o r m a n c e f u r t h e r m o r e ，e x p e r t f u z z y c o n t r o li sa d o p t e dt oc o n t r o lt h es e c o n d a r y s u p p l y i n g w a t e r t e m p e r a t u r eo fe a c hs u b s t a t i o n o nt h eb a s i so fs h e n y a n gh u a n g g uh e a t i n gn e t w o r k ， t h ed e s i g no fe x p e r t f u z z y c o n t r o la n d t h e i m p l e m e n t a t i o n o f i n t e l l i g e n tc o o r d i n a t i o n c o n t r o la r ed i s c u s s e dt h o r o u g h l y i nt h el a s tp a r t ，t h em a c r oc o n t r o lm e t h o di sa p p l l e di n t ot h ea c t u a lm a n a g e m e n t a n dc o n t r o ls y s t e mo ft h eh u a n g g uh e a t i n gn e t w o r k f r o mt h er u n n i n gr e s u l t s ，t h i s c o n t r o ls t r a t e g yi sp r o v e de f f e c t i v e t h eh e a ti sd i s t r i b u t e dr a t i o n a l l yt h r o u g h o u t t h eh e a t i n gn e t w o r k ，a n dt h eh e a t i n gq u a l it yi si m p r o v e d m o r e o v e r ，t h eg o a lo f s t a b l eh e a t i n ga n dw e l l p r o p o r t i o n e dh e a t i n gi sa l s oa c h i e v e d p r o b l a m so c c u r r e d d u r i n gt h er u n n i n gp r o c e s sa r es u m m a r i z e di nt h ep a p e r a f t e ra n a l y z i n gp o s s i b l e r e a s o n s ，a ni m p r o v e dm e t h o disp r e s e n t e d k e y w o r d s ：d i s t r i c t h e a t i n gn e t w o r k ；i n t e l l i g e n t c o o r d i n a t i o nc o n t r o l e x p e r t - f u z z ya l g o r i t h m ；s t a b l eh e a t i n g ；w e l l - p r o p o r t i o n e dh e a t i n g ； u 集中供热网智能控制方法的研究 0 前言 目前集中供热已成为我国北方冬季供热的一种主要形式，与以往采用的分散供热相 比，集中供热具有减少环境污染、节约能源等优点。因此，集中供热获得了越来越广泛 的应用。随着供热网规模的增大，如何对集中供热系统进行合理的调节和控制，使全网 的运行状态最优、供热质量最好、成本最低，提高热网的经济和社会效益成为供热行业 急需解决的问题，也是我国的供暖和控制专家一直在研究的课题。集中供热综合自动化 技术是从集中供热生产的总体目标出发，通过信息的集成与共享，先进的控制、管理手 段，将集中供热工程中的各个生产环节、管理经营环节有机地结合起来，对生产、经营、 管理实行整体优化，以期获得更大的经济效益和社会效益的一项现代自动化技术。 集中供热系统自1 8 7 7 年美国开始采用，到现在为止已有一百多年的历史。在集中供 热网的运行调节和控制这一领域，北欧的一些国家发展较早，调控手段完善，调控设备 质量高，调节与控制技术成熟，取得了较好的效果，但是这些国家的集中供热系统需要 高质量的调控设备，而且需在住房建筑方面进行相应的建设，投资较大，我国大部分地 区的集中供热系统不适应这些国家的调节与控制方法。随着我国集中供热的发展，我国 的供暖和控制科研人员研究提出了一系列的调节和控制手段，适合我国国情，取得了一 定的成果，但同时还存在一些问题，需不断发展和研究。 集中供热网由于存在非线性、时变性、大的时间滞后环节等因素，同时各热力子站 之间的流量调节具有交互耦合性，管网的很多参数又是随着具体情况而改变的，因此很 难建立精确的系统数学模型。这样就无法用传统的基于精确模型的控制系统理论进行控 制。因此，要进行集中供热网的优化调度方法的研究，根据集中供热网本身的特点，选 择合适的优化调度方法，实现对供热网多变量对象的整体控制。综上，可以选择不依赖 系统模型，同时又能随着工业过程的实际环境的改变进行自主学习推理的智能控制方法。 智能控制是应用人工智能的理论和技术和运筹学的优化方法，并将其同控制理论方 法与技术相结合，在未知环境下，仿效人的智能，实现对系统的控制。智能控制是高级 自动化系统的重要控制方式，是自动控制的最新发展阶段，通过在系统控制和决策中引 入人工智能，实现了对那些传统控制理论难以应用的复杂系统的有效控制。智能控制理 论覆盖的范畴十分广泛，其主要分支有模糊控制系统、自适应控制系统、神经网络控制 系统、自学习控制和专家控制系统等，而且这些分支相互渗透，使其成为不可分割的一 个整体。同时，由于各种智能控制方法各具优缺点，所以人们研究了集成智能控制系统， 即将两种或者两种以上的智能控制方法或机理融合在一起而构成的智能控制系统，使之 可以具有多种方法的优点，解决工业控制的复杂问题。 专家模糊控制就是集成智能控制系统的一种，该控制系统将专家控制技术与模糊控 制理论相结合，运用模糊逻辑和人的经验知识及求解问题时启发式规则来构造控制策略。 基本控制仍为模糊控制器，与被控对象形成闭环完成实时控制，承担具体的控制任务。 专家控制作为专家协调级，根据系统的知识及证据，经推理机求解得出一种基本控制级 的调整方法。从而具有两种控制方法的优点即传统专家系统的优点不需建立数学 模型，只要充分利用专家和工人的经验就可以对生产过程进行卓有成效的控制；模糊逻 集中供热网智能控制方法的研究 辑的优点能够处理工业生产过程中的大量不确定性信息，推理方法显而易见，简单 明了。 鉴于以上所述，本论文将以沈阳皇姑集中供热网监控系统为基础，对集中供热网整 体采用智能协调控制，对各热力子站的二次供水温度控制采用了专家模糊控制方法，从 而实现对集中供热网整体的调节与控制，实现全网内热量的合理分配，提高供热网的供 热质量，达到稳定供热和均衡供热，为人们创造良好的工作和生活环境。 2 集中供热网智能控制方法的研究 1 绪论 随着近年来节能、降耗及环保意识的增强，通讯技术与计算机技术的发展，以往采 用的分散供热的方式已由联网集中供热取代，集中供热已成为我国北方冬季供热的一种 主要形式，并且获得了越来越广泛的应用。实行集中供热是合理利用能源，提高能源利 用率，减少环境污染，促进生产，改善人民生活，加速城市现代化建设的有效措施和重 要途径。 1 1 集中供热系统总体控制的必要性 城市集中供热是指以热电厂或区域锅炉房为热源，经供热管道将热媒( 水蒸汽或热 水) 输送给一个或几个区域的工业及民用热用户的热能供应方式。其主要任务是按照热 用户的需要和要求，可靠地经济地把热能从热源输送给各个热用户和用热设备j 。 集中供热系统是由热源，供热管网和热用户用热系统三个部分组成的。热源是指在 区域锅炉房或热电厂内，利用燃料燃烧所产生的热能，加热供热系统热媒( 水蒸汽或热 水) 的供热设备。供热管网是指将热源产生的热媒输送给各热用户的管路系统及其输送 设备。热用户用热系统是指热用户内的采暖系统，生活用热水供应系统和生产用热系统 及其用热设备。 目前我国大多数地区集中供热系统的运行管理和控制技术上不成熟，自动化水平较 低，缺乏合理性。从整体上看使得供热系统控制方法跟不上供热规模的发展，从而影响 了集中供热优越性的发挥。主要问题反映在：缺少全面的参数测量手段，无法对运行工 况进行系统的分析判断；系统工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在 最佳工况运行，供热量和需热量不匹配；故障发生时，不能及时诊断报警，影响可靠运 行；数据不全，难以量化管理。比较典型的问题就是我国大部分集中供热利用热电厂作 为供热热源，并采用间连式供热网连接，由几十个热力站组成。供热电厂提供的高温过 热蒸汽经电厂换热站汽一水换热器形成高温热水由一次管网送至各热力站，高温热水再 经热力站水一水换热器形成供暖热水由二次管网送至用户。这样若各个热力站实行独立 调节，则不能从整体上进行控制，将出现在热源不足的情况下产生各热力站“争食”现 象，使热网末梢热力站无热可供，造成热用户水平失调及垂直失调，各供热小区冷热不 均，供热质量难以保证，无法实现整个热网的优化与协调【2 】。同时在热量充足的情况下 可能出现超供浪费现象，也难以达到降低能耗、提高经济效益的目的。 集中供热网的控制和调节存在上述问题，同时随着人民生活水平的提高，对供热质 量的要求也越来越高，主要表现在以下三个方面i j j - 稳定供热。不论室外天气如何变化，室内应始终保持温差在一定的范围( 例如 2 。c ) 之内。 均衡供热。不论接近还是远离热源的用户，都能保证温度稳定，特别是当天气 寒冷目热源不充足时，用户的室温亦应是均衡的。 集中供热网智能控制方法的研究 按需供热。保证在外温或者用户负荷发生变化时，系统总供、需热量相匹配， 以达到保证供热质量并降低成本，节约能源的要求。 综上所述，为了解决集中供热的问题，提高供热网的供热质量，就需要对集中供热 网系统进行总体控制，从而使全网的运行状态最优、供热质量最好、成本最低，提高热 网的经济和社会效益，为人们创造良好的工作和生活环境。 1 2 国内外集中供热网控制现状 集中供热网的运行调节和控制是一项跨学科的综合技术，是保证热力设备安全和经 济运行的必要技术措施，对提高供热网的整体运行质量意义十分重大。这一技术的研究 与发展直接关系到城市居民居住环境质量，关系到城市建设的发展，体现着供热、控制 领域的科研和应用水平。 1 2 1 国内外供热网控制的基本原理 在集中供热网的运行和调节这一领域，北欧的一些国家发展较早，技术较为成熟， 形成了他们的一套方法；同时随着我国集中供热的发展，我国的供暖和控制科研人员研 究提出了一系列的调节和控制手段，又形成了另一套方法，比较适合我国的国情，取得 了一定的成果。这两套方法的基本原理如下： 北欧国家采用的方案主要是基于流量调节 4 】。即：一方面控制供热系统最不利环路 的供回水压差不小于给定值，当供回水压差小于给定值时，启动供热系统中有关的增压 泵，以维持要求的压差值，使供热系统全网的循环流量达到设计要求；另一方面，供热 量的调节( 满足设计室温的要求) ，则是通过热源的集中调节和用户热入口( 多为间接连 接) 的局部调节以及散热器处恒温调节器( 即温控阀) 的个别调节进行的。可见，北欧 国家所采用的这种方案实际是四个环节的控制1 5 j ，即室内的恒温控制，热入口的流量控 制，热源的燃烧控制，在此基础上实现供热网的供回水压差控制。此外，俄罗斯受地理 环境的影响( “，发展供热系统较早，目前也比较完善，是世界上集中供热最发达的国家 之一，在集中供热控制的实现中有很多经验值得借鉴。但是这些国家的集中供热系统需 要高质量的调控设备，而且需在住房建筑方面进行相应的建设，投资较大，我国大部分 地区的集中供热系统不适应这些国家的调节与控制方法。 国内的控制方案是基于温度调节法【7 1 ，这种控制方案采用温度调节法来实现流量的 均匀调节，进而消除供热系统冷热不均的问题。对于间接连接系统捧j ，通过一次网流量 的调节，使二次网的供水温度在同一外温下达到同一给定值范围内，从而保证各用户平 均室温均匀一致。在这个基础上，于热源处控制总供回水温度和总循环流量，实现供热 系统按需供热，使用户室温达到设计要求。总体上，这一方案是通过均衡供热和按需供 热两部分来实现的。相比北欧国家的方案，该方案对硬件的要求较低，比较适合我国当 前的国情。 集中供热网智能控制方法的研究 1 2 2 国内外集中供热网控制的实现方法 上节介绍国内外集中供热网控制方法实现的基本原理，这些控制方案都要通过具体 的控制方法实现，目前已有的控制方案主要是通过解耦控制方法和智能控制方法实现。 一解耦控制 供热热网为闭式水力网络，其中任意一个子站的支路流量变化或调整阀门时必然会 引起全网的压力分布的变化，从而对其他子站的流量产生影响，进而影响其温度。这种 耦合问题的解决，首先应设法衡量系统耦合的程度，即通过管网各支路之间的增益矩阵 来判断用户间的水力耦合程度和耦合性质【9 j ，从而确定被控参数和控制装置的合理配对， 指导设计控制系统。供热系统的水力工况耦合程度和耦合性质可用稳态相对增益矩阵来 描述，所谓相对增益，就是在互相耦和的几个控制回路中，选择某一回路，通过一定的 方法确定各种输入和输出变量配对的耦合程度和耦合性质，然后可以根据输入与输出量 之间的相对增益组成相对增益矩阵，用相对增益矩阵可以方便的确定系统的耦合特性， 根据上述确定的热网系统耦合特性，进一步选择合适的控制方法【1 w ，如果各回路之间虽 有耦合，但在单回路调节下都能稳定，那么选择单回路调节算法即可。但是由于供热管 网的复杂性，确定各回路的耦合性质之后，大多数回路还不能用简单的控制方法完成控 制，所以还需要对系统进行解耦控制，进而实现有效的控制。因为实际的工业过程大多 数都包含了较多的过程变量，而且各个过程变量间存在着不同程度的耦合，即任何一个 变量的变化常常都可能引起其他变量发生变化，这就使得解耦控制越来越得到研究人员 的重视。 对多变量系统实现解耦控制是目前普遍采用的方法，在闭环自适应解耦控制中，实 现解耦的基本思想可归结为叫：对于某一通道，可以将其余通道对他的影响看成是干扰 信号，用前馈补偿的方法进行消除。借鉴这个思想，文 1 2 1 提出了两种多变量系统的神 经网络解耦新方法。一种是利用神经网络实现前馈补偿，使补偿以后的系统实现解耦， 且解耦后的单变量系统具有原对象主通道的特性，在这种方法的设计中考虑到动态递归 神经网络可以减少网络的输入个数，避免输入各变量阶次的困扰，因此采用了动态递归 神经网络。第二种方法是将解耦和神经网络逆动态控制结合起来，使对象的输出跟随对 象输入值的变化，在这种方案中用到了神经网络逆动态控制原理设定了输入，输出和性 能指标函数，得到其中一部分模型的神经网络实现，同时利用神经网络构成己知输入输 出的对象的辨识模型，根据对象的输入输出数据对这一模型进行辨识，然后将和其一样 的神经网络结构赋予方案中要求的另一类模型，从而得到他们的神经网络实现。 针对实际生产过程很难建立精确的数学模型，并且参数是时变的特性，有许多学者 研究了一些对参数不敏感的解耦控制算法，解决了解耦控制器对参数的敏感问题，实现 鲁棒解耦控制。模糊控制理论是一种具有较强鲁棒性的控制方法。可以应用模糊解耦自 适应控制方法【”1 ，该方法可使对象模型难以确定的系统实现解耦控制，且每棒性较好， 自适应能力较强。 集中供热网智能控制方法的研究 二智能控制 集中供热网由于热工过程大多是强烈耦合的多输入多输出( m i m o ) 非线性系统，其动 态特性随着运行工况的变化而大幅度变化，且各环节的动态特性差异很大，许多环节还 具有惯性、滞后、非线性和不确定性等特性，难以建立精确的数学模型，使传统控制理 论的应用受到限制。因此，可以选择不依赖系统模型，同时又能随着工业过程的实际环 境的改变进行自主学习推理的智能控制。智能控制是应用人工智能的理论和技术和运筹 学的优化方法，并将其同控制理论方法与技术相结合，在未知环境下，仿效人的智能， 实现对系统的控制。模糊技术、神经网络和专家系统几种智能信息处理方法是智能控制 领域的重要基础工具，近年来得到了迅速发展，在解决传统控制难题方面显示出其优越 性。文 1 4 针对集中供热工程中热网分布不均匀、随机性强等特点，为了进一步提高供 热效益，提出了专家控制系统设计方案，并就控制规则集的设计作了可贵的探索。文 1 5 针对供热网中大时滞现象，提出了一种新的模糊控制器结构。这种模糊控制器通过在线 辨识广义时滞，将时滞辨识的结果模糊化，决策出模糊规则组，填充主模糊规则表，达 到自适应的目的。作为应用，给出基于集中供热网温度控制的模糊控制器的设计，以解 决控制对象中由大时滞和时变引起的不易控制和参数调整困难的问题。 然而，各种智能控制方法由于其自身的不同特点，适用领域都受到限制。因此人们 将这几种智能控制方法有机地结合起来，以期综合优点、互补不足，构造出接近于人类 大脑高级智能活动的计算智能的新学科开始形成，并迅速发展，以计算智能为理论基础 的集成智能系统在应用中体现了强大的生命力【l 。近年来国内越来越多的集中供热网综 合自动化技术的研究专家们把集成智能系统的思想引入到热力系统的控制中。其中应用 较广泛的一种是将传统常规控制和智能控制并存的混合智能控制系统，例如将模糊控制 器和p i 控制器并联组成双模控制器【l ”，根据系统的不同状态选择不同的控制方法，能 够满足控制对象是变参数系统的控制要求，在各种工况下均能保证所要求的控制精度。 模糊控制在中央控制机中实现，p i 控制在p l c 中实现，这种双模控制器还可以保证在中 央控制机不投入控制的情况下，也能对温度进行基本控制，便于实现冗余功能a 在传统 混合智能控制系统中加入专家控制模块，由专家控制模块根据对历史数据和当前数据的 分析，优化流入各控制算法模块数据流的分配和各控制输出量综合的比例因子，实现自 适应控制。这样就构成了自适应混合智能控制。另外一种就是将模糊技术、神经网络和 遗传算法三种主要的智能控制方法互相交叉、有机地结合起来，将三者协调地使用于一 个系统中的问题。三者结合组成一种新型智能控制系统一基于遗传算法的模糊神经网 络智能控制。该系统的特点是：采用模糊神经网络结构实现，它用遗传算法优化具有全 局性的隶属函数参数，而用b p 算法调节和优化具有局部性的网络权值参数，从而使该控 制器可大大提高模糊神经推理控制系统的自学习性和鲁棒性”。 集成智能系统结构统一简捷，系统便于维护，符合模块化、组态化的设计思想，易 于实现系统集成，具有良好的通用性和扩展性，并且可以在实玑复杂功能的同时，提高 可靠性与实时性。文 1 6 对综合智能系统在热力系统中的应用进行了深入的研究，并归 纳| 出几种的集成智能系统结构，给出了几种集成智能控制的组成和应用实例，讨论了综 合智能系统在热力系统中的应用前景。文 2 0 讨论了复杂工业过程中应用智能控制的必 要性，介绍智能控制系统的组成及基本的设计方法，指出目前广泛应用的控制策略是各 种智能控制方法的互相渗透、取长补短，结合成综合集成型的控制策略。总之，综合智 6 集中供热网智能控制方法的珂f 究 能系统通过综合应用多种智能控制策略，并与传统控制方法有机结合，应用于热力系统 的控制中，可以解决常规控制难以奏效的一些控制难题，在热工领域中有着广泛的应用 前景。 1 3 论文的主要工作和内容安排 课题以沈阳皇姑热电供暖有限公司集中供热系统为研究背景。综合考虑集中供热网 本身的特点和集中供热网的基本控制原理，并研究了现有国内外集中供热网的控制方法， 在集中供热系统控制中采用了专家模糊控制方法，并结合智能 办调控制，实现对集中供 热网整体的调节与控制，实现全网内热量的合理分配。为了检验本课题所研究的控制策 略的实际应用价值，将其应用于皇姑热网微机监控系统中，以检验其控制目标是否合理、 控制效果是否稳定，均衡供热是否能够实现。 本文的研究是在沈阳皇姑热网监控系统的基础上进行的，已有的监控系统为集中供 热网整体控制的研究提供了良好的环境，同时教研室上一届师姐所作的遗传算法在集中 供热网流量调节中的应用研究为本文的研究开拓了思路。在上述基础上，本文主要完成 的工作及内容安排如下： 第一章以集中供热网为对象，介绍了国内外现有控制方法，并说明了各自的优缺点 和可行性，阐述了集中供热网总体控制的重要意义。 第二章介绍了热网微机监控系统及对其所作的改进，分析了集中供热网的基本控制 原理和方法，从而提出了集中供热网的总体控制方案。 第三章在对智能控制特点及其不同方法研究内容分析的基础上，提出了在集中供热 网各热力子站的二次供水温度的控制中采用专家模糊控制方法，并详细阐述了专家模糊 控制器的具体设计。 篇四章阐述了集中供热网智能控制方法一一专家模糊控制方法和智能协调控制方法 的具体实现，以及在实际中的应用和存在的问题，并分析了产生问题的原因，提出了解 决方法。 最后在结束语部分，对整个工作进行了总结，提出了对未来的工作展望。 集中供热嘲智能控制方法的1 i 】f 究 2 集中供热系统总体控制策略 2 1 集中供热网微机监控系统简介及改进 沈阳皇姑热电供暖有限公司主要负责沈阳市皇姑区的冬季供暖任务，采用热电联产、 集中供热的方式，既降低了供热成本及环境污染，又便于集中控制，分散管理a 2 1 1 微机监控系统的组成 沈阳皇姑热电供暖有限公司集中供热网微机监控系统采用上、下位机的二级分布式 结构。图2 一l 为集中供热网的微机监控系统结构示意图： 阀 位 液 位 度力量度力量 图2 1 集中供热网分布式结构示意图 f i g 2 1s y s t e m a r c h i t e c t u r eo f t h ed i s t r i c th e a t i n gn e t w o r k 中央控制室由一台研祥6 0 0 工控机，多端口智能r s - 2 3 2 通信控制器，一拿 e p s o n l 6 0 0 k i 打印机，调制解调器m o d e m 及数传电台构成上级中央控制部分；各热 集中供热网智能控制方法的研究 力站根据功能和任务量的不同采用不同种类的现场控制机( 工控机或者8 0 5 1 单片机) ， 数传电台和调制解调器构成下位机部分。中央控制室与各热力站之间通过命令和数据的 相互通讯，承担整个一次网、二次网全部热力站的监测、控制、管理任务。 2 1 2 微机监控系统的功能 集中供热网微机监控系统作为调度和值班人员的工具，使供热网能够安全、正常、 节能的运行，圆满完成供热任务刚。微机监控系统的基本功能包括： 现场数据采集与管理 实时采集现场控制机的测控数据及运行状态，并将数据加工处理后在数据库中 以表格的形式存储，各类不同的数据以不同的存储时间间隔进行存储。 运行参数及流程显示 运行流程依照系统实际情况，在相应位置显示各测点的实时参数值和各设备的 运行状态。运行参数分为显示各参数的历史运行趋势，和各参数的实时数据两种方 式，其中历史趋势以小时为单位，并可以根据日期进行前后翻页，实时值每5 分钟 更新一次。 故障诊断与记录 根据系统运行中的热网参数分析热网的运行工况，统计各种有关参数，及时发 现系统出现的各种异常现象，并由此分析得到系统可能出现的故障，建立设备运行 维护档案并通知维护人员进行检修。 报表打印 自动生成、打印多种多样的报表，包括各热力站的温度、流量、压力等运行参 数的日报表、月报表和年报表，以及热耗量等热参数的统计打印。 中央调度与远程控制 综合当前供热环境和全网的供热效果达到按需供热、稳定供热和均衡供热，使 得全网所承担的采暖建筑温度均衡，满足舒适性要求，同时减少能量消耗。 2 1 3 微机监控系统的改进 一、通讯程序的改进 微机监控系统的通讯设计采用无线和有线串行通讯并用的方案。中央控制计算机与 位于调度楼内的调度热力站采用有线通讯，通讯接口为r s 一4 8 5 标准；与其他各热力站 采用无线串行通讯，通过m o d e m 和电台实现。通讯方式采用半双工方式，无论是有线通 讯还是无线通讯，中央控制计算机均采用一点对多点的广播通讯形式，而各热力站采用 一点对一点的通讯形式。在各通讯功能项中，均首先由中央控制机向各热力站发送载有 命令信息的数据流，形成呼叫，各热力站根据命令信息中的站号识别如果是被呼叫站， 就对收到的命令立即给予响应。 在程序中应用了v 8 提供的通讯控件m s c o m m 拉，剥串行口进行远程通讯及传送数据。 用到的两个m s c o m m 控件分别对应中央控制计算机的两个串行口，分别用于无线和有线通 9 集中供热网智能控制方法的研究 讯。m s c o m m v b x 提供了2 7 个关于通讯方面的属性。主要属性如表2 1 所示。 表2 1 通讯控件的属性表 c h a r t2 - 1p r o p e r t i e so fm s c o m m 属性描述 c o m m p o r t设置或返回端口号 s e t t i n g s设定或返回字符串形式的数据通讯格式：波特率、奇偶校验、 数据位、停止位 p o r t o p e n设置或返回通讯端口的状态( 包括打开和关闭通讯口) i n p u t从接收缓冲区返回和删除字符 o u t p u t向传输缓冲区与一个子符旱 i n p u t l e n指定由串行端口读入的字符串长度 h a n d s h a k i n g指定通讯两方的握手协议 r t h r e s h 0 1 d设定和传回引发接收事件的字符数 微机监控系统通讯程序中，每项通讯功能的使用首先都要对通讯控件m s c o m m 的属性 进行初始化，对其属性进行的合理设置，其属性初始化程序如下： d i mc o l m n p o r ta ss t r i n g ，h a n d s h a k i n ga ss t r i n g ，s e t t i n g sa ss t r i n g 载入注册表中对通讯格式的设置 s e t t i n g s = g e t s e t t i n g ( a p p t i t l e ，”属性”，”设置”，- - ) c o n m p o r t = g e t s e t t i n g ( a p p t i t l e ，”属性”，”通信端口”，- - ) h a n d s h a k i n g = g e t s e t t i n g ( a p p t i t l e 。”属性”，”握手”，- - ) f r m p a t e r m s c o m m l p o r t o p e n = f a ls e 关闭通讯口 设定数据形式为读取二进制数据 f r m p a t e r m s c o m m l ，i n p u t m o d e = c o m i n p u t m o d e b i n a r y f r m p a t e r m s c o m m l i n b u f f e r s i z e = 4 0 9 6 接收缓冲区的大小 f r m p a t e r m s c o m m l o u t b u f f e r s i z e = 2 5 6 传输缓冲区的大小 f r m p a t e r m s c o m m l i n b u f f e r c o u n t = 0 t h e nf r m p a t e r m s c o m m l p o r t o p e l l = t r u e f r m p a t e r m s c o m m l r t s e n a b l e = f a l s e 在通信进行过程中充分利用了通信控件m s c o r 咖的o n c o m m 事件。o n c o m m 事件可用来 处理所有与通信相关的事件，不管是何种事件发生，只要在o n c o m m 事件中通过对 c o m m e v e n t 属性的返回值进行判断即可识别出不同的通信错误或事件，从而执行相应的 程序代码。 二、数据厍的改进 供热监控系统的数据库设计采用关系型数据库m i c r o s o f ts q ls e r v e r 7 0 ，它石 以 帮助各种规模的企业来管理数据，系统在n t 服务器上运行，提供多种运行参数数据的保 存、读取等服务，其优良的性能和稳定运行保证信息的准确。 v b 和m i c r o s o f ts q ls e r v e r 之间的连接采用a d o 方式【2 3 1 。v i s u a lb a s i c 提供了多 种数据库访问技术，其中的a c t i v e 数据库对象( a c t i v e x d a t a o b j e c t ) ，即a d o 。a d o 集中供热网智能控制方法的研究 是m i c r o s o f t 在o l ed b 上o j 建的易于使用的数据库访问方式，功能非常强大，可以访问 多种类型的数据源。在本监控系统中直接应用a d o 数据对象的c o n n e c t i o n ( 连接) 对象 和r e c o r d s e t ( 记录集) 对象，从s q ls e r v e r 中检索数据，修改数据和保存数据。a d o 从s o ls e r v e r 中获取数据的步骤如下： 1 创建并打开一个连接。 2 把打开的这个连接作为参数，创建并打开一个记录集。 3 关闭记录集。 4 关闭连接。 建立连接，打开记录集以后，就可以利用c o n n e c t i o n 对象的e x e c u t e 方法和 r e c o r d s e t 对象的u p d a t e ，a d d n e w 和d e l e t e 方法来改变数据库中的数据和更新数据库 了，用e x e c u t e 方法还可以使用s q l 查询和诸如u p d a t e ，i n s e r t ，d e l e t e 这样的命令，其 部分实现代码如下： d i mr s d a t ea sa d o d b r e c o r d s e t 定义一个新的记录集对象 s e tr s d a t e = n e wa d o d b r e c o r d s e t r s d a t e 0 d e n ”s e l e c t $ f r o mt b l c h e l ”，c o n n l ，a d o p e n k e y s e t ，a d l o c k o p t i m i s t i c ，e o n n l 为已经打开的连接 判断是否最后一条记录 i fr s d a t e r e c o r d c o u n t = 0t h e n r s d a t e a d d n e w r s d a t e ( ”日期”) = f o r m a t ( d a t e ，”y y y y m m d d “) r s d a t e ( ”时间”) = t i m e r s d a t ec 一次流量”) = a v g s a v e d a t as n d 0 9 ( o ) r s d a t e ! 一次供水温度= a v g s a v e d a t a _ s n d 0 9 ( 2 ) r s d a t e ! 一次回水温度= a v g s a v e d a t a _ s n d 0 9 t 3 ) r s d a t e ! 二次供水温度= a v g s a v e d a t a _ s n d 0 9 ( 4 ) r s d a t e ! 二次回水温度= a v g s a v e d a t a _ s n d 0 9 ( 5 ) r s d a t e u p d a t e 完成数据库的更新 r s d a t e c l o s e s e tr s d a t e = n o t h i n g c o n n l c l o s e s e tc o n n l = n o t h i n g e x i ts u b e n di f 2 2 集中供热系统控制的基本方法 集中供热网是一个复杂的分布式大系统。整个生产过程具有大滞后、大惯性的控制 特性，供热站之间存在较强的耦合，对象具有时变特性，而且存在地理位置的分散性、 过程负荷变化的不确定性等特点。对于我们所讨论的间连式二级供热网来说，集中j 共热 集中供热网智能控制方法的研究 网的控制需要完成两方面的任务【2 4 】：一是随着外界环境的变化，对供热负荷做出预测， 并调整热源的总供热量和总供水温度来保证按需供热；二是根据各个热力站二次供水温 度之间的差异，以及每个热力站的二次供水温度实际值和设定值的差异，对整个热网的 流量分配做出调整，来实现稳定供热和均衡供热，因而需要对各热力站的阀门进行自动 控制。基于上述原因，采用的基本控制方式要将整个供热系统的控制分成热源和热网两 个相对独立的系统，分别进行控制。下面分别介绍两部分控制的基本方法。 2 2 1 热源的控制 热源的控制就是在热源处对热源的总供热量进行调整，以保证在外温或者用户负荷 特性发生变化时系统总供、需热量相匹配，从而达到按需供热的目的。对总供热量的调 整首先要对供热负荷做出预测，据此来调整总的一次网流量。也就是对供热系统的热力 工况进行调节。热力工况的调节可以分为两种：稳态调节和动态调节。 一、热力工况的稳态调节 将二次网的用户等效为散热器，根据稳态条件下，系统的供热量、散热器的散热量、 用户的耗热量相等，可以得到稳态条件下二次网随室外温度变化的供回水温度嘲： 扭吨刮材i n - - t w ( 叫+ 去眩t 一) 镀) ( 2 _ ，) 屯+ 弘誓h - 2 t ，c 等掣叶们一击c 艺g - t 如c 等 2 ， 式中f 2 。，f 2 ，t 。，t 。分别为二次网供、回水温度，室内、室外温度。e 为二次网运行工况下 对设计工况下的相对流量，加撇号的表示设计工况下参数。占为散热器系数。 采用质调节( 质调节指在运行期间，供热系统循环流量始终保持值不变，只调节系统 供回水温度的调节方式) 时若能保证二次网运行时的循环水量等于设计时的循环水量，则 有：石：1 。一次网与二次网之间通过水一水换热器间接连接，当其采用分阶段质调节 时，有： q 一；石垡：瓦弛 ( 2 3 ) t l g 一f 2 9 2 h 万一竺一坠二型二亟二型胆! ! 二型二坠二型 ( 2 4 ) i ，= 一 ，一- 一 7 。址 i n t a g - t 砧一l n 霉阜 式( 2 3 ) ，( 2 4 ) 中t l gn f 。一q ，g i 分别为一次网供、回水温度，相对供暖热负荷比，一次网循 环流量比。在某一室外温度下，百，t ，f j ，f ；。，l 均为已知，f ：。，f ：。也可求得，每一阶段巨 可求，所以，只有f 。f ，。未知，立即可求出。 集中供热网智能控制方法的研究 以上得到了稳念条件下，保证按需供热一次网所需的供回水温度。但我们可以看到， 这一结果的得出是有条件的。二次网运行时，即使是工作在质调节下，也很难保证循环 水流量就正好等于设计条件下的流量值。因此，各二次网的相对循环水流量不可能都为 l ，也不可能都相等。那么，各二次网分别计算得到的供水或回水温度调节曲线不可能相 同，这样由不同二次网的供回水温度曲线得到的一次网供回水曲线会不同，而一次网供 回水温度曲线只能有一条。所以，上述一次网供回水温度的得出，只是稳态条件下，各 二次网循环水流量皆等于设计工况下循环水流量时的理想结论。 二、热力工况的动态调节 前面讨论的是供热系统在稳定状态下的热力工况，即系统供热量与散热器散热量和 建筑物耗热量完全相等时的热力工况，是一种理想工况。在实际运行中，由于建筑物的 热惰性、室外气温的周期变化以及日照影响等因素拉”，完全稳定的热力工况是很难实现 的。因此，上述在稳定工况下得到的计算公式难以准确描述供热系统热力工况的实际情 况。 由于供热系统设备和建筑物有很大的热惰性。室外气温、日照和供水温度、流量等 参数的变化对用户室温的影响不是立刻发生，而是滞后一段时间。因此，为保证用户室 温的设计要求，热源当天的供热量，不但与当天的室外气温、供回水温度、流量、日照、 风速有关，而且和几天前的上述参数有关。为了对这种动态工况进行动态调节，必须首 先对供热系统的热特性进行识别。在得到系统的热特性之后，通过预测可以得到系统的 热负荷、一次网的供回水温度。 系统的热力工况可以由式( 2 5 ) ，( 2 6 ) ，( 2 7 ) 的时间序列模型表示1 7 j ： 数。 k ：圭口。f 半1 + 圭，一。 i = d 上 卜i f - o q ，：厶f 毕1 + 杰纯o i = 0 r f f = o q 。= 1 1 6 3 c g 。，k t l h r ) 1 0 3 g ：( ! ! 尊) 8 h 1 + 8 ) t 。一t 。 ( 2 5 ) ( 2 6 ) f 2 7 ) ( 2 8 ) 式中。，f 。分别表示一次网供、回水温度； 下标：“r ”，“r 一1 ”，“f 一，”分别表示当天、昨天，前- ，天的有关供热系 q 供热系统每天的供热量； g 供热系统循环流量； ，。热用户每天平均章温： f 、。当地每天平均综合外温 集中供热删智能摔制方法的岍究 c 供热系统热媒比热，k j ( k g 。c ) ； 口，卢，妒分别为供热系统热特性系数 综合外温，。，考虑室外温度与太阳日照的综合影响。f 。表示为室夕卜温度加上太阳辐 射热量折算成的外温增量，即 t w s = t 。+ q 。fsk 式中q 太阳辐射强度，k j ( m 2 d ) ； s 。日照折算系数，k j ( m 2 d 。c ) ； 时间序列模型中的热特性系数a 、p 、庐、妒根据热网实测参数动态辨识得到。拟 合时间一般不小于1 5 2 0 天。综合外温也可以通过建立相应的时间序列模型加以辨识和 预测，粗略的情况下可由平均室外温度代替。根据得到的系统的时间序列模型，即可通 过以前的数据预测未来一天的供热负荷、一次网供回水温度。 这种基于热力工况的动态调节，由于综合考虑了太阳辐射、散热器类型和安装数量 的不同以及建筑物结构不同等多种因素的影响，因而能比较准确地实现按需供热，对于 改善供热效果、节约能源有很大实际意义。 2 2 2 热网的控制 热网的控制目的是根据当前的供热网用户的特性和负荷( 也就是供热量的需要) 和 供热量的供给情况，对全网的流量在各个二次网之间进行统一合理分配，保证各用户的 室内温度稳定的一定范围内，同时保证各热力站之间供热效果的均衡一致，避免供热系 统中经常出现的各热力站之间出现水平失调，达到稳定供热和均衡供热。目前，调节的 方法主要有温度调节法、模拟阻力法、模拟分析法等，其中温度调节法基于系统的热力工 况特性，模拟分析法和模拟阻力法基于系统的水力工况模型。 一、温度调节法 温度调节法，就是根据实际供热的状态，调节各热力站的用户流量，从而调节各热 力站的供、回水