热网与热源协调运行1

1、第一章多热源水力优化调度 2多热源水力优化调度问题的提出 2输配网络的优化调度 2多热源的优化调度 5第二章 大连大发热电热源和热网的协调控制初步方案 9热源和热网的协调运行 9热源的控制方案 11热源内水系统的监测控制 11锅炉燃烧的控制 12报警与联锁 14热网的控制方案 15基本控制方案 15集中控制与分散控制的关系 17各热力站水力失调的消除和节能效果 17集中供热控制的多时标划分 18自动、远动与手动 21调节阀选型计算步骤 21第一章多热源水力优化调度目前国内许多城市都已规划了多热源环形网的供热格局，然而这些系统的规划多是基于系统可靠性的考虑，在如何并网运行的问题上目前仍然缺乏具体

2、的理 论指导和实践经验。这就造成许多管网在运行中不得不人为地将环状管网用阀门 割裂，“环状管网，枝状运行”，而许多多热源并网的系统也不得不在干管上设隔 断阀门，各热源分片独立运行。这种运行方式显然没有充分发挥多热源环形网在 负荷匹配方面的灵活性，不利于提高系统的动力输送效率。现在已经有少数供热系统开始尝试多热源环形网并网运行的供热方式，许多学者也在探讨这一问题。通常人们认为环形网有所谓的“自平衡”能力，而且由 于阀门是动力消耗部件，因而在干管上增加阀门必然会增大系统的泵耗。 人们普 遍认为将环上或干管上的阀门全部打开， 环网运行或多热源并网运行就能够充分 发挥多热源环形网的优越性，得到最佳的运

3、行经济效益。然而，简单地认为由于阀门是动力消耗部件因而在干管上增加阀门必然会降 低系统的动力输送效率是错误的。 对于一般的多热源环形网供热系统，要得到最 佳的动力输送效率，必须通过在干管上设置和调整阀门来实现。 这是因为在干管 上调整阀门可以使得干管的流量分配趋于合理，系统至各末端循环的“均匀性” 增强，也可以抵消某一热源的输送能力受其他热源的不利影响。这样虽然增加了 干管阀门的节流损失，但各用户中阀门的动力消耗可有更大的节省， 从而可以取 得一定的经济效益。水力优化调度就是要寻找最优的水泵状态和干管上阀门状态的组合，这是一个复杂的优化问题。以下通过两个工程实例说明了输配网络的优化调度和多热源

4、 优化调度的实际存在。为便于问图中标出了如图1所示为简化后的北安市集中供热系统一次外网的拓扑结构, 题讨论，该图对原有的站点进行了合并， 并对网络作了适当的简化。为便于问图中标出了网络的主要结构参数和各站点的目标流量，各站点的最小资用压头都为 mH2O ,热源在设计流量下的压降为10 mH2O ,水泵扬程为78 mG100OQUTLn52DQU3laun4DoodLunsuG200D200L350G D200L50G100G100n0?Ln52DO81IR53DGxxx ：站点的目标流量(m3/h)Lxxx :G100OQUTLn52DQU3laun4DoodLunsuG200D200L350

5、G D200L50G100G100n0?Ln52DO81IR53DGxxx ：站点的目标流量(m3/h)Lxxx :支路的折算长度(m)Dxxx :支路的管径(mm)D600L700D图1 简化后的北安市供热一次外网拓扑结构很显然，这是一个环形供热网，一般认为对于环形网将环上所有阀门打开环 状运行是最佳的运行方式。于是我们在此情况下对系统进行分析， 图2是计算的 结果。从结果可以看出，节点 P和Q的资用压头只有1.6 mH2O，低于所需最 小资用压头5 mH2O ,因此系统不可及的。为使系统可及，则循环水泵扬程至少 需增加3.4 mH2O ,达到81.4 m。xx.x：供水压力(mH 2O)x

6、x.x：回水压力(mH 2O)Gxxx :支路的流量(m3/h)67.031.072.924.1口006 N7 24-532G4-533gG1264.672.924.1口006 N7 24-532G4-533gG1264.6G1700G160083.015.075.121.976.421.6图2环状运行时的可及性分析结果然而，对于这一系统而言，是否上述运行方式一定是最佳方式呢，系统是否 真的不可及呢？为此，我们考察一下将环网断开的运行方式。如图 3,将支路 GH上的阀门关闭，在此基础上进行可及性分析。从计算结果可以看出，此时最 不利的站点是R,资用压头为9.4 mH2O ,系统是可及的。若主循

7、环泵是变频调 节的，还可以将水泵扬程降到73.6 m.这是因为通过在GH支路上设置阀门，改 变了环上干管的流量分配，使得环上的流量分配趋于合理，各用户的剩余压头趋 于均匀，因而总体上改善了工况。70.927.1G0.0 xx.x ：供水压力（mH2O） xx.x ：回水压力（mH70.927.1G0.0 xx.x ：供水压力（mH2O） xx.x ：回水压力（mHzO） Gxxx :支路的流量（m3/h）78.619.4G1200G1700G160076.4G160076.421.6175.221.8图3割裂运行时的可及性分析结果从上面的分析发现，对于该系统在主干管上增加关断阀门反而有利于系统

8、工 况的改善，使得本来不可及的系统变得可及，而不需加粗管段或提高水泵扬程。假设干管GH上的流量通过其上的阀门来控制， 可以得到系统中各站点的最 小资用压头随其设定流量的变化关系， 如图3-7所示。当该支路流量为-5.2 m3/h 时全网热力站的最小资用压头达到最大值 11.2 mH2O,此时循环水泵的扬程可 降低到71.8 m,比该支路阀门全开时的工况水泵扬程降低了 11.8%.GH的流量图4 最小资用压头随 GH支路流量的变化曲线可见，对于该系统在环上干管的适当位置设置并调整阀门可以提高管网的输 送能力，甚至使不可及的系统变为可及。该系统是一混水供热系统，一次外网直接与用户的散热器连接，而散

9、热器的 承压能力只有40 mH2O.这样，采用原来的方式运行时，为保持系统不倒空， 末端用户就将超压。为此，为使系统可及，就无法通过增加主循环泵的扬程来实 现，而只能采用增设中继泵的方法。 而采用中继泵系统，相应地带来泵站内设备 的阻力损失，所增设的泵站水泵电耗占动力输配电耗的25%左右。然而，当在GH支路上设置阀门优化调度水力工况时，由于干管的压力损失降低了近10mH2O ,原有的系统不仅是可及的，而且还可使系统末端用户不超压。从而不再 需要中继泵站，相当于每年节省25%左右的动力输送费用。北安市在系统改造时采用了这一优化调度方案，通过实际运行表明，采用本 方案后系统不再需要中继泵加压就能满

10、足系统的各项要求，保证系统的供热质 量，取得了很好的经济效益和社会效益。多源枝状网在集中供热系统中已有很多应用。 并网运行时人们普遍认为各冷 热源的循环泵应该采用变速调节，负荷变化时应调节这些水泵的转速以匹配水力 工况，从而获得最高的经济效益。然而人们也许忽略了这样一个事实： 水力汇交 点处的用户有时并不是全网的最不利用户！ 对这种系统而言，要想获得最高的动 力输送效率，光有各循环泵的变速调节还不够， 必须配合干管上阀门的调节。以 一个简单的例子说明。图5 双热源枝状供热网及其水压图图5是一简单的双热源枝状供热网示意图。对应某一工况，由于各用户的流 量和两个热源的流量分摊比例都是由其他因素预先

11、确定不能改变的，由此各管段的流量和水力汇交点的位置也随之确定，图中示出了水力汇交点的位置和干管上 没有阀门时的最不利用户位置，下方的实线部分是对应该种情况下的水压图。从图5可以看出，为保证热源1所供范围内最不利用户L的资用压头，热源 1循环水泵的扬程至少为 H1,此时水力汇交点处用户的剩余压头较大。由于是 并网运行，如果仅仅通过调整热源处的循环水泵来达到两热源流量分配比例的要 求，则热源2的扬程应该调整到H2。热源2供热范围很小可循环水泵扬程却很 大，这显然是不合理的。其原因是受到热源 1循环水泵的制约，致使热源 2的 水泵扬程小于H2时就无法达到要求的流量。实际上，这时只要在水力汇交点热 源

12、1 一侧的干管B-C上加一阀门，将汇交点处用户的剩余压头在该干管上消耗 掉，而不是在用户内消耗掉，热源 2的水泵扬程就可大幅度降低至 H22,此时 热源2 一侧的供水水压图如图中的虚线所示。当然，在支路 A-B上安装阀门以 消耗掉这部分压头或同时在A-B和B-C支路上设置并调节阀门都可达到同样的 目的，也就是说最优解不唯一。但显然将阀门安装在B-C支路上对提高B处用户的水力稳定性最有利。卜面对上述求解步骤作具体的阐述67.020.0G95063.323.759.157.527.929.556.3G15030.7G15058.428.659.927.163.123.9G35067.020.0G9

13、5063.323.759.157.527.929.556.3G15030.7G15058.428.659.927.163.123.9G350G500G400G20046.041.0 口G30054.432.6 口xx.x: 供水压力(mH O)xx.x:回水压力(mH O)Gxxx:流量(m 3Ti)图6 干管不设阀门时的流量和压力分布首先，根据用户的负荷和热源供热量的要求确定各用户和热源的流量，对应 所研究的工况，各用户要求的流量都为100 m3/h,最小资用压头为5mH2O,热 源2的流量为350 m3/h。可得到全网各支路的流量以及水力汇交点的位置，如 图6所示。若干管上不设阀门，采用可

14、及性分析方法可求得为满足上述流量要求， 热源循环泵提供给外网的最小压头分别为：H1 47.0mH2O,H2 39.2 mH2O.通过水力优化调度的方法，在压力高白一侧与C点相连的支路BC上设置一 个阀门，并调整阀门的开度使之消耗掉多余的压力。 此时网络各节点的压力相应 地发生变化，如图7所示。当然，本问题对应的最优解不唯一，因为在 AB支路 上增加阀门同样可以得到最高的动力输送效率， 这时除A-C之间的供水节点压 力变小外，其他所有节点的压力都不变。显然，此时 AC之间用户的资用压头 变小，因而水力稳定性变差。中6 7.020.0G95063.323.75 9.15 7.52 7.92 9.5

15、G 15 03 9.56 7.020.0G95063.323.75 9.15 7.52 7.92 9.5G 15 03 9.53 0.7G 1 5037.6 II32.6 4 6.04 1.0 口图7 分网络I中BC支路加阀门后的分析结果比较优化调度的结果和图6的结果发现，优化调度后热源1的循环泵扬程不变，而热源2的循环泵提供给外网的压头则由 39.2 mH2O降低为22.4 mH2O , 降低幅度达43%第二章 大连大发热电热源和热网的协调控制初步方案说明：由于缺乏热源、热网的具体数据，以下仅为定性分析。热源和热网的协调运行大连大发热电集中供热网为一个多源网， 热水锅炉和热电联产系统同为集中

16、 供热网的热源，热水锅炉在整个系统中的定位为调峰锅炉房， 故热水锅炉的运行、 管理和控制均须考虑多热源的调度方法。本节中首先简单阐述热电联产、热水锅 炉的调度方法和全采暖季运行的基本情况，尔后说明热水锅炉运行与外网相关的 参数应采用的控制策略和调节方法。通常，采用热电联产的热源供热经济性较好，故运行中一般应以热电联产系 统优先，尽量使用热电联产的余热，当余热不能满足供热要求时，不足部分由热 水锅炉供应。根据这个原则，可确定在整个采暖季中两个热源的供热量变化的基 本情况。如下图所示为整个集中供热系统的热负荷延时曲线和两个热源的供热量 的分配图。热负荷延时分布曲线图图1热负荷延时分布曲线图从上图可

17、以看到，在系统总负荷小于热电联产最大供热能力时，只运行热电 联产的热源供热。在系统热负荷较大时，热电联产供热量一般等于热电联产的热 源的最大供热能力，不足部分由热水锅炉补足，这充分体现了尽量使用余热的原 则。在满足供热要求的条件下和管网输送能力允许的范围内，整个集中供热系统总流量越大（即热电联产和热水锅炉的流量之和），则管网供回水温度越低，但 同时循环泵的耗电量大。因此，管网最佳总流量的求解是一个优化的问题， 这可 通过清华同方提供的后台的优化程序求解。根据不同外温下供热系统总流量的优化值，和两个热源的供热量的分配图， 可绘制出系统的流量调节曲线的示意图，如下图所示：Tw( C)Tw( C)图

18、2各热源流量理想调节曲线图运行中一般要求两个热源的供回水温度相等，同时，根据不同外温下的管网 总热负荷、各热源的流量，以及管网的传热特性，可绘制出热源的供回水温度， 如下图所示：图3热源水温理想调节曲线图如上所示的有关热电联产系统和热水锅炉的热负荷、管网供回水温度和流量的调度方法，是通过理论分析和计算后的最理想的运行曲线，反映了热源和供热 系统在整个采暖季的基本运行情况。实际供热系统的运行曲线需要根据热源、热 网的具体情况进行调整。在实际运行和控制过程中，由于气温预测的不准确、太阳辐射的变化、管网 热输送能力的不同、供热水平要求的不同等各种因素的影响， 不可能按照理想的 曲线运行。因此，热源、

19、热网的运行状况需要通过热源和热网的控制策略进行调 整，对于流量、供回水温度和热负荷，由于要求不同，控制策略也不同。热源流量的控制：多热源并网运行的集中供热系统，必然存在水力汇交点。集中供热系统的水力工况的频繁变化将导致水力汇交点处供热的不稳定，为防止这种情况的发生，不允许热电联产、热水锅炉的流量大幅度的调整。同时，在两 个热源的流量相对稳定、集中供热网结构一定的条件下，如何调节热源端变频器， 并配合管网上干管、换热站的阀门的调节，使泵耗最小，是一个管网水力优化调 度的问题。热源供水温度和热源供热量的控制：由于供热系统的大惯性，负荷的预测需 要综合考虑前几天的外温以及供热情况，一般可根据测量数据

20、以及相关的历史数 据预测整个集中供热系统的热负荷，采用时间序列法来确定集中供热系统的热负 荷和供水温度。清华同方经多年实践后总结出的一套热源热负荷、热源供水温度 的优化求解方法，可由清华同方提供的后台优化程序自动实现。热源的控制方案通过多热源水力优化调度，可确定两个热源在不同时期的总出口水温和两个 热源的各自的流量，可实现热源间的协调运行。对于某一热源内的多个锅炉或者 多个加热器，它们之间同样存在协调运行的问题， 这需要对热源内水系统的控制 实现。热源内水系统的监测控制热源内水系统的计算机监测控制系统的主要任务是保证系统的安全性；对运行参数进行计量和统计；根据要求调整运行工况。? 安全性保证：

21、保证主循环泵的正常运行和补水泵的及时补水，使锅炉中 循环水不会中断，也不会由于欠压缺水而放空。这是锅炉房安全运行的 最主要的保证。? 计量和统计：测定供回水温度和循环水量，以得到实际的供热量；测定 补水流量，以得到累计补水量。供热量及补水量是考查锅炉房运行效果 的主要参数。? 运行工况调整：根据要求改变循环水泵运行台数或改变循环水泵转速， 调整循环流量，以适应采暖负荷的变化，节省运行电费。锅炉房水系统控制包括补水定压控制和循环水量控制。由于该供热系统为双 热源并网运行，则整个系统只能设置一个定压点，通常将定压点设置在较大的热 源处，而较小的热源仍然设置一个补水点， 该补水点为辅助补水点，只是在

22、系统 跑水严重的情况下补水，其补水量应根据设在较大热源的定压点压力来控制。当锅炉房与热电厂解裂运行时，则两个补水点均成为定压点。不同补水点的补水泵 的转速根据不同工况下的定压点的压力来调节， 以保持定压点的压力在设定的范 围内波动。循环水量的控制分两部分实现，首先热力站按照均匀性调节的策略使 得各热力站的水力和热力工况达到平衡状态，然后热源的循环水泵通过改变转速 来控制热源与热网的供需变化。热源与热网的供需变化不能简单地通过判断最不 利环路的压差确定，应通过各热力站的阀门开度和二次供回水平均温度以及理想 的二次网供回水平均温度来综合判定，并根据这个综合判据确定最不利环路的压 差设定值，进而控制

23、循环泵的转速。2锅炉燃烧的控制由于锅炉燃烧系统是一个多参数强耦合的系统，存在较大的不确定性因素， 对于不同的锅炉、不同的煤种、不同的工况，都将改变锅炉的燃烧和传热规律， 因此简单地采用PID调节难以达到预期的效果，甚至不能投入自控功能。为此， 我们采用 模糊控制+ PID调节”的双模控制算法来实现对锅炉燃烧的控制。锅炉燃烧系统调节的主要任务是保证锅炉的供热量，保证锅炉出水温度、流 量等参数达到外网的需求，同时保证锅炉的安全运行。在此前提下，关键是如何 保证经济燃烧，这是热水锅炉节能降耗的关键。 而要做到节能降耗，关键是实现 进煤量和进风量的配比问题，也就是所谓的风一煤比。风煤比过大，一方面使炉

24、 膛温度降低，另一方面使烟气换热损失增加；风煤比过小，则造成不完全燃烧， 产生CO,不仅污染环境而且造成严重的热量损失。而最佳的风煤比又会受到煤 质等的影响，并不是一个定值。综上，链条热水锅炉的燃烧控制包括风煤比调节、鼓引风配比调节，给煤量 调节等三个控制环路。其中给煤量调节是主控环路，它直接影响供热效果和供热 经济性等指标，而风煤比的调节是保证锅炉燃烧效率的主要环节， 鼓引风配比调 节则是保证锅炉安全运行的重要环节。给煤量调节是通过调节炉排给煤速度和煤层厚度以适应供热负荷的变化。这一控制环路中有三个问题需要妥善解决：一是根据外网的供热需求确定锅炉所带 的热负荷；二是确定热负荷变化与锅炉供水温

25、度之间对应关系；三是确定不同煤 层厚度时炉排给煤速度与锅炉供水温度之间的对应关系。其中供热系统的热负荷根据前三天的外温、系统供热效果等参数采用时间序 列法进行预测，在此基础上根据两个热源的关系以及外网的实际情况进行优化调 度，确定本锅炉房应该提供的供热量。 在此基础上，根据供热量与锅炉供回水的 温度曲线可以确定锅炉的供水温度。需要指出的是，由于锅炉、管道、房间都是 很大的蓄热体，系统是一个大惯性的系统，因此不能简单地根据外温的变化同步 地调整锅炉出水温度的设定值。频繁地调整锅炉出口水温设定值，会给系统带入 较大的干扰，也不利于节能降耗。根据时间序列法预测负荷的基础上调整锅炉供 水温度设定值，其

26、调整的幅度和频率要远远小于外温的变化。确定了锅炉出水温度的设定值后，需要通过对挡煤板高度和炉排转速的调节 来达到设定的出水温度值。这一调节不能靠简单的PID调节实现，而应采用PID 调节与模糊控制双模调节的方法。基本的控制规则是：当锅炉出口温度在允许变化范围内时保持给煤量不变；当锅炉出口温度高于上限时匀速减少给煤量，直到锅炉出口温度低于中 值时保持给煤量；当锅炉出口温度低于下限时匀速增强给煤量，直到锅炉出口温度高于中 值时保持给煤量。每次改变给煤量的幅度和周期则通过自学习的算法自动寻优。风煤比的调节是通过调节鼓风机转速来适应给煤量的变化。如果保证适当的 风煤比就可以获得高燃烧效率，实现经济燃烧

27、。反之，不仅造成较大的热损失， 而且污染环境。风煤比的调节实质上是确定鼓风机转速在不同的煤层厚度下与炉 排转速之间的对应关系。同样这一关系的确定也只能通过模糊的方法获得。即参 考含氧量的变化、炉膛及各传热面的温度分布及压力分布、煤层风阻、火焰颜色 及分布、排烟的颜色及排烟温度等，通过自辨识、自适应算法辅助于人工经验不 断确定最佳的风煤比。鼓引风配比的调节是通过调节引风机的转速使炉膛负压保持在一定范围内， 对于大型锅炉在负荷变化较大时， 仅靠反馈调节不能保证炉膛负压的稳定， 因此 应采用前馈加反馈的调节方法。前馈环路为引风机转速与鼓风机转速之间的对应 关系，这一关系仍然通过自学习的方法获得。 反

28、馈环路为炉膛负压的变化与引风 机转速之间的对应关系，这一关系通过 PID算法确定。报警与联锁为保证锅炉供热系统的安全运行，我们设置了如下报警、联锁功能：炉膛负压上下限报警；炉膛温度上下限报警；空预器后烟温上下限报警；锅炉循环流量上下限报警； 锅炉出水压力上下限报警； 锅炉出水温度上下限报警； 系统回水压力上下限报警； 系统供水压力上下限报警； 水箱水位上下限报警； 炉膛温度过高报警、超高联锁停炉； 供水温度过高报警、超高联锁停炉； 供水压力过低报警、超低联锁停炉停泵； 供水压力过高报警、超高联锁停炉停泵；回水压力过低报警、超低联锁停炉停泵；停炉联锁按照先停炉排、再停鼓风机、最后停引风机、循环水

29、泵的顺序； 启炉联锁按照先启动循环泵、引风机、再启动鼓风机、最后再启动炉排 的顺序；循环泵与补水泵的停泵联锁按照先停循环泵、后停补水泵的顺序；循环泵与补水泵的启动联锁按照先启动补水泵，当补水定压点压力达到 要求后再启动循环泵；补水泵与水箱水位的联锁应按照当水位低于低位报警点时停泵；热网的控制方案基本控制方案基于上述分析比较，明确了大连大发热电供热系统的基本控制方案。伴随着 供热收费体制的改革，大连大发热电供热系统也必然会由现在的按面积收费逐渐 过渡到按热量收费的体制。我们认为，这一过程是相当漫长的，这期间必然存在 按面积收费和按热量收费的用户在一个系统内同时并存的局面。因此，下面按上述三种情况

30、分别对热网的基本控制方案进行介绍。整个系统按面积收费按面积收费时，热网调节的基本目标是能够实现均匀供热，减少水平热力失 调。对于本工程，采用的基本控制策略是将整个供热系统分为热源和热网两个相 对独立的系统，热网控制的目标是消除各用户之间的水平热力失调，实现均匀供热。它只保证各热力站之间供热效果的均匀一致，而不追求各热力站内用户的绝 对效果。系统的总体供热效果，则是通过负荷预测，调整热源总供热量得以实现。综合考虑经济、供热效果和实际操作等诸方面的因素，我们认为大连大发热 电供热系统的运行调节应包括以下两个部分：一次网的运行调节。一次网的运行调节除应满足供热负荷的要求外，还 应符合热源的安全、经济

31、运行要求。2)二次网的运行调节。二次网的循环水泵采用变频调节，为减少管网的水 平和垂直水力失调对热力失调的影响，满足一定的供热效果，并在此基础上达到较好的节能效果，二次网采用质量并调的方式。变频泵的转速 调节应以二次网的循环流量或供回水温差作为调节量。具体到各热力站的控制、供热首站的控制和调峰热源控制，基本策略如下：1)热力站的控制。测量各热力站的二次侧供回水温度，确定各热力站电动 阀的调节量，目标是使得各热力站二次侧供回水平均温度或供回水加权 平均温度趋于一致，尽可能地降低水平失调度。2)热源内供热侧的运行指导。测量热网的总供回水温度、外温和流量。根 据测量数据以及相关的历史数据预测热网的负

32、荷。由于供热系统的大惯性，负荷的预测需要综合考虑前几天的外温以及供热情况，采用时间序 列法来确定。根据计算机预测的负荷情况确定供水温度和流量。调节循 环水泵的转速使得外网总流量达到设定值， 调节蒸汽阀门或燃烧工况使 得外网供水温度达到设定值。各热力站按热量收费如前所述，此时与按面积收费的方式不同的是，热力公司供热的策略是尽可能地给用户多供热以取得更多的经济效益， 而用户会自主地决定用热的多少。这 与按面积收费的机制恰恰相反。因此，此时就不能采用上述的均匀性调节方法， 而应采用上一节的最不利端压差控制法。此时基本的控制策略如下：(1)热力站的控制由各热力站根据外温和用户用热情况设定二次网的供水温

33、度， 各热力站采用 独立闭环控制，根据设定的供水温度来调节一次侧的供水阀门， 此工作可在上位 机统一完成也可在各现场控制器上完成。(2)主循环泵的控制主循环泵采用变速调节。可以根据最不利回路的末端压差来控制水泵的转速。但采用末端压差控制也有不利的方面： 一是由于各热力站的流量变化范围较 大，最不利回路也是变化的，因此需要选择几个点而不是一个点的压差作为控制 量；二是当部分负荷时，末端所需要的压差也相应变小， 此时若仍采用设定压差 控制可能造成水泵电耗的浪费和各热力站控制阀调节特性变差。可以考虑将各热力站内电动阀的阀位作为调节量，通过对各阀位的测量和统一分析，来确定水泵 的转速。系统中同时存在按

34、热量收费和按面积收费的用户此时，应对按面积收费的用户或热力站采用均匀性调节，同时又要保证管网 末端或按热量收费的用户的足够压差，使按热量收费的热用户能得到充足的热量 供应。由于采用的是计算机控制系统，采用不同收费方式时对控制系统硬件平台的 要求基本一致，包括对通讯系统、传感器以及执行机构的要求等等。因此，在设 计硬件平台时，应该充分考虑以上几个因素，这样当控制需求变化时，只需变更 相应的控制软件即可，而不需要改变控制系统的硬件部分，这样就为系统的发展、 扩充提供了非常便利的条件。集中控制与分散控制的关系一个好的控制系统必须处理好集中与分散的辩证关系。过分的集中或过分的分散都是不可取的。如果仅仅

35、是采用分散控制或以分散控制为主，就会导致上述 2.3节中第一种 方案所带来的后果，致使系统振荡不已直至控制系统瘫痪； 同时，由于系统中各 个热力站一次侧在水力上是相互耦合的， 系统的水力稳定性不好，采用独立控制 时无法对这种状况在控制上加以考虑， 无法采用具体的解耦控制措施，也是导致 系统振荡的一个重要因素。这种方式是需要极力避免的。同样，如果仅仅采用集中控制，所有的控制工作都在中央站完成，那么当系 统出现故障如通讯系统失灵时就会导致系统的瘫痪，使得系统无法维持基本的安 全运行。因此，这种方式也是不可取的。基于以上认识，我们在设计集中供热控制系统时始终注意把握集中与分散的 度，同时保持系统在硬

36、件和软件上适当的冗余。 针对大连大发热电供热系统，一 些基本的控制管理功能可以由现场机来完成， 而整体的协调则在中央站实现。当 系统正常运行时，主要由中央站来进行协调控制，由现场机来具体执行并完成必 要的监测和安全保护等工作；一旦系统出现通讯等方面的故障，现场机与上位机 失去联系，则现场机自动进行独立闭环回路的控制， 根据外温补偿器来设定供热 参数。此时，虽然调节的效果较差，节能效果可能不够理想，但却可保证系统一 定时间内的基本运行。各热力站水力失调的消除和节能效果对于采用按面积收费的集中供热系统来说，应以消除水平热力失调，实现各热力站均匀供热为热网的总调节目标。由于不可能对所有热用户的室温进

37、行实时 测量，个别用户的室温状况亦不能代表本片热网的实际情况，因此，必需考虑其他的实现途径。经分析，对于房间热特性及散热器设计相差不大的热网，实现了各热力站二次网供回水平均温度均匀一致，即可保证所带采暖用户室温大体相 同。因此，各站二次网平均水温均匀与否，基本反映了系统调节的好坏。基于此, 我们采用热网的水平失调度作为定量评价的指标：1 m t tX i |38tr trp | 100%trp tw i 12p式中m为热力站个数，.，tm分别为第i热力站二次网供水、回水温度，却 为室外温度，i为第i热力站供暖面积占全网总面积的比例， 3是由房间散 热器结构以及用户特殊要求而决定的温度修正量，

38、trp是以热力站热力特性参数i权的全网平均二次网水温：水平失调度综合反映了全网热力工况均匀程度，其值越小，说明系统调节越 均匀，控制效果越好。 消除水力失调的最终目的就是为了消除系统的水平热力 失调，因此二者是一致的。对于大连大发热电集中供热网，若全网采用按面积收 费，水平失调度可以控制到3%以内。由于消除了系统的水平热力失调，保证了整个系统供热的均匀性，从而避免 了部分用户出现过热而部分用户室温却不达标的现象， 因此在同样满足用户的基 本供热需求的条件下，可以节省大量的热量。清华同方控制系统在一些热网中的 应用表明，采用集中控制后可在同比条件下节省热量15%左右，对于本工程，我们承诺在正常条

39、件下，采用本控制系统后，可较以前节能10 %以上。集中供热控制的多时标划分由于热网从整体上属于大惯性、长时滞、非线性，且存在耦合的多输入-多 输出系统。基于已有的控制方法，直接实现这样一个系统的单回路闭环控制是十分困难的为此，我们采用以下措施来解决热网大惯性、长时滞、稳定性差的问题：1）统一设定，单独调整。均匀性调节的最终目标是用户的室温达到一致，然而 一是无法对用户室温进行直接测量；另一方面，用户室温也是一个惯性很大 的环节。为此，经过分析我们发现，二次网的供回水平均温度是影响用户室 温的最敏感因素，因此我们将其作为被调量。为消除系统的水平热力失调， 应根据各热力站二次侧供回水平均温度与全网

40、平均值的偏差来统一设定各热 力站的被调量，各热力站再以此为设定值进行单独调节。2）限制幅度，逐渐调匀。由于系统的大惯性及传输延迟，因此不能按照上述方 法连续调节，否则将引起系统振荡。两次调节的时间间隔不能太短，而应采 取“等等看看”的策略，待温度基本达到稳定后再进行下次调整。整个调节 不是一两次完成，而是使各热力站二次侧供回水平均温度逐渐趋于一致的动 态过程，因此，每次阀门调节的幅度不能太大，以确保系统的稳定。3）各热力站的独立调节采用审级调节。对应统一设定的二次网供回水平均温度, 将独立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回 路：根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，

41、然后调节阀门开度使流 量达到设定值。由于流量控制回路是一个快速响应回路，因此采用这种审级 调节可以较好地解除热网惯性的不利影响。4）水力耦合的解除。国内供热系统的水力稳定性普遍较差，当调节某一支路的 阀门时，不仅本支路的流量随之变化，相邻支路的流量也同样发生变化。对 于一些稳定性较差的支路，如果简单地采用单回路闭环控制而不考虑这种稳 定性的状况，就容易引发振荡。因此，必需在对各用户水力稳定性综合评判 的基础上，确定具体的调节策略，对部分热力站必须采取具体的解耦措施。 这些解耦措施可以通过软件来实现。5）参数辨识和专家系统。根据实际运行中的测量数据，可以对系统中的一些重 要水力参数和热力参数进行

42、在线辨识，在此基础上可以建立系统控制的专家 系统，预测控制参数的变化趋势，对有些环节采用前馈+反馈的方法控制， 从而消除系统惯性的影响。专有软件包清华同方的最大贡献在于其牢牢把握国内集中供热系统的特点， 将供热系统 的工艺与控制管理紧密结合所开发出的一套专有软件包。这些专有技术与具体的 分布式控制系统平台相结合，充分发挥了监控管理系统的作用。热网优化控制软件包就地控制管理模块：利用程序下装功能，将换热站的基本控制管理功能模块装载到现场DCS中，用以实现基本的阀门、电机死循环控制，换热站 内设备和系统故障的诊断和报警，设备和系统的安全保护等。保证当出现 系统通讯等方面的故障与中控工业控制机失去联系时，系统能维持基本的 运行工况并保证安全可靠的运行。协调控制模块：该模块针对集中供热网惯性大、各换热站相互耦合的特点，结合国内集中供热的基本特点，特别是针对按面积收费和按热量收费的不 同模式，采用了有针对性的协调控制措施，保证系统供热量和需热量的协 调抑制和整个系统的稳定、经济运行。优化调度模块：该模块可以对多热