换热站自动化系统优化运行的研究与应用

2020-04-07王琨李赞

名城绘 2020年3期

王琨李赞

摘要：换热站是连接供热公司和用户的重要环节，其工作安全性、可靠性直接影响了供热质量。近年来虽然大多换热站已经采用无人值守方式，但大多比较初级，只保证了补水系统、二次网循循环系统自动运行，以及一些基本的连锁保护。各换热站独立运行，难以达到供热系统的整理最佳状态，易造成热力失衡，影响供热效果并造成能源的极大浪费。文章主要对换热站无人值守系统进行论述，通过二网平衡，以及接收室温参数进行闭环控制，最后探讨总结换热站自动化系统更加优化的设计。

关键词：换热站;二网平衡;自动化系统;优化设计

1换热站自动化系统优化的必要性

以往的换热站自动化系统大多只实现换热站远程控制，没有从热源情况、二网情况、室温情况等综合考虑，因此为了更加高效节能换热站自动化系统的优化是非常有必要的。

1.1优化内容

自动运行改造为综合性工程，需要从二网平衡、室温监测、调度系统、能源分析系统、换热站PLC算法五个方面实施。

二网平衡是室温均衡的基础，室温采集基于二网平衡，为自动运行提供有效平均室温，有效平均室温是自动控制目标参数，用户测点室温是自动运行调试过程及日后运行跟踪需要掌握的重要参数。

调度系统是运行人员与换热站PLC程序交互的界面，能源分析系统计算的运行曲线、部分控制参数通过调度系统下发，同时调度系统需要集成室温数据、天气预报数据，按配置自动下发到PLC。

能源分析系统根据调度系统提供的运行数据，建立热力工况模型，并建立各个机组在不同室外温度下流量及供回水温度曲线。根据系统自动运行反馈的数据，对原有曲线进行优化。

PLC算法程序是自动运行的基础。PLC接受上位下发的供热运行曲线、实测室内温度、天气预报的室外温度，同时接受设定室内温度作为自动运行优化目标，根据智能算法计算供水温度设定，破解常规PID算法等一般调节手段难以控制的大惯性和大延迟供热对象难题。

将调度系统建设成为生产控制的数据流转中心，将运行数据，气象数据，室温数据，换热站控制设备有机结合起来，通过节能分析与全网自动运行，换热站调节阀随用户室温变化自适应调整，实现用户室温稳定可控。

1.1.1二次网水利平衡

1.1.1.1调试原理

二次网水力平衡的调试采用水力分析法，首先绘制供热系统二次管网平面图，确定各入户分支供热面积，分支阀门形式（阀门流量特性曲线），建立二次网系统模型，利用独立开发的水力分析系统，通过水力平衡计算得到各管段流量及阀门理想开度，作为二次管网调试的依据，进行阀门的初调试，在供热之前，冷态运行时就实现初平衡。供热初期，再结合系统立管的回水温度，室温的变化进行阀门的细调试。建立阀门档案，记录阀门位置，编号，供热面积，口径，开度，便于日后维护。

1.1.1.2基础资料调研

调研管网结构、阀门安装环境、阀门对应供热面积及位置、阀门数量及口径、房屋保温性能及室内采暖形式，确定单位面积能耗指标，形成如下调研表。

1.1.1.3方案设计

依据供热系统二次管网平面图，在水力分析软件系统中建立系统模型，将供热系统的建筑信息、供热信息、用户信息录入到设计模型中，然后计算出管段流量、流速及平衡阀口径，工作开度，形成如下调节阀报表。

通过水力计算结果确定阀门口径及开度，并在现场安装，即可建立二次网初平衡。

本方案采用数据锁定式静态平衡阀。阀门安装位置在楼栋入口处，最终实现楼栋间的平衡。

通过调节各楼栋入口静态平衡阀，可实现二次管网各楼栋间的水力平衡，一次调节，长期受益。静态平衡阀安装完成后，还可通过水力平衡仪现场测量校正工作流量，使水力平衡效果达到理想状态。

1.1.2室温采集

室温采集分两部分：一是测温设备选择，二是室温采集平台的建设

1、测温设备选择

选择固定式测温设备，建立室温采集系統，不但对各站的典型用户进行室温实时监测，而且通过数据筛选与分析，得到供热机组的有效平均室温，用于生产控制。

HX-TH01网络温湿度采集器是一款弱电型NB-IoT网络温湿度采集器。

（1）产品特点

> 86盒安装，用户无法移动位置，采集数据准确有效;

> 插座使用较大功率的用电设备也能保证监测数据准确;

> 测温精度达到0.1℃;

> NB-IoT通讯，信号稳定，通讯费用低;

> 数据直接传输到云平台。

（2）测温设备放置原则

由于水力平衡调整后，管网水平失调已基本解决，不存在远、中、近端的问题，因此只需要在热力工况最不利点布置少量测温设备，即可代表整体室温情况。每个换热站选一栋楼集中放置测温设备，每栋楼隔一层放置，放置在靠边用户的客厅内墙，使用率低的位置，避免阳光直射。

（3）室温数据修正

室温采集设备采用固定插座式，一般安装距地面300mm。散热器供热时，影响不大，地热供热时，测量值会偏高，因此要选择高位插座进行安装或根据安装位置进行温度偏差修正。

2室温采集平台升级

（1）编写算法清洗测温异常数据

建立室温采集分析系统，通过对采集数据的分析，进行清洗、排杂，排除无效室温，为下一步平均室温分析提供可靠数据。

（2）获取计算后的各机组有效平均室温

室温采集平台将以机组为单位对室温数据进行管理，在数据清洗、排杂处理的基础上，分析获得有效平均室温。

（3）编写对外统一格式接口，用于调度系统获取室温数据

对调度系统、室温采集系统等数据通信接口进行标准化处理，实现调度系统直接获取室温数据及分析结果，用于生产控制。

1.1.3智能调度系统升级

系统具备运行图、运行图编辑、实时监控、负荷预测、历史查询、分析查询、运行工况、气象管理、站点巡检、调度值班、应急指挥等功能。但室内温度没有参与到生产控制。换热站历史运行数据（温度、压力、流量）、室温数据、气象数据、入住率等还存在数据隔裂现象，无法综合利用。系统没能成为生产控制的数据流转中心，导致供热系统测量、控制、分析功能分离，没有充分发挥数据价值。系统目前处于人工经验管理阶段，缺乏自动运行控制能力。本次主要工作是将室内外温度数据引入生产控制系统。将室外温度、室内温度、换热站运行数据传递给热力工况模型仿真系统，根据热力工况模型仿真系统运算得到的运行曲线下发至各个换热站，将室内外温度定时下发给各换热站用于曲线运行。全新开发上位全自动运行控制系统将上述功能有机结合，实现自动化运行。通过系统升级，实现供热系统基础数据上传、运行曲线获取、运行曲线修正及下发、室外温度、室内温度、设定温度的自动下发功能，建立全自动运行控制系统的数据中心。

升级现有智能调度系统，将调度系统建设成为生产控制的数据流转中心，使供热系统测量、控制、分析功能结合，充分发挥数据价值，成为生产系统自动化运行的控制中心。

（1）将室外温度、室内温度、换热站运行数据传递给能源分析系统。

将运行数据实时传递给能源分析系统，用于数据分析。

（2）将能源分析系统运算得到的运行曲线下发至各个换热站。

将能源分析系统计算的运行曲线，下发给各个换热站，用于换热站自主运行。

（3）将经过修正的室外温度及有效平均室温定时下发给各换热站

经过气象与作息时间修正后的室外温度，将每小时给各換热站自动下发，用于指导换热站自动调节。

（4）各机组运行曲线库

存储能源分析系统优化的各机组运行曲线，并根据运行情况，可以人为对曲线进行相应修正，作为各机组的标准运行曲线，供下一个采暖季参考。

1.1.4能源分析系统的应用

根据调度系统提供的运行数据（换热站一、二次网流量，供、回水温度，室内、外温度），建立热力工况模型。应用大数据分析与机器学习技术，对系统热力工况进行建模与仿真，建立各个机组在不同室外温度下流量及供回水温度曲线。

（1）供水温度随室外温度变化曲线