丁鋒　秦玉龍

摘 要：近年來，節(jié)約能源，保護環(huán)境，推動我國社會經(jīng)濟朝向健康、可持續(xù)方向發(fā)展，已經(jīng)受到社會各界人士廣泛的關注。城市集中供熱可以解決居民采暖以及工業(yè)供熱問題，在改善我們的生活環(huán)境、節(jié)約能源等方面發(fā)揮著至關重要的作用，是符合我國社會經(jīng)濟發(fā)展潮流的新興朝陽產(chǎn)業(yè)。與此同時，集中供熱還能有效的提升能源利用率，促進社會生產(chǎn)，加快城市現(xiàn)代化建設步伐的加快。但是，從我國北部地區(qū)供暖現(xiàn)狀來看，除了城鎮(zhèn)采用集中供暖外，建筑業(yè)也安裝了集中供熱系統(tǒng)和供熱設備，從某種程度上而言，加速了能源消耗，使得我國很多地區(qū)能源緊缺。因此，文章分析與研究一種集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)，希望能有效的節(jié)省能源，為相關領域人士提供一定的助力。

關鍵詞：集中供熱；協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)；研究

中圖分類號：TU995 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0075-02

Abstract： In recent years， saving energy， protecting the environment and promoting the development of our country's social economy towards the direction of health and sustainability have been widely concerned by people from all walks of life. Urban centralized heating can solve the problems of residential heating and industrial heating， which plays a vital role in improving our living environment and saving energy. It is a new rising industry in line with the trend of social and economic development in China. At the same time， centralized heating can also effectively improve the efficiency of energy utilization， promote social production， and accelerate the pace of urban modernization. However， judging from the heating situation in the northern part of China， in addition to the central heating used in cities and towns， the construction industry has also installed central heating systems and heating equipment. To some extent， energy consumption has been accelerated， making the energy shortage in many areas of our country. Therefore， this paper analyzes and studies a centralized heating coordination and optimization control system， hoping to effectively save energy， and provide certain assistance for the relevant fields.

Keywords： central heating； coordinated optimal control system； research

1 集中供熱簡介

顧名思義，集中供熱是指以熱水和蒸汽作為載能體，借助管網(wǎng)為區(qū)域用戶進行供熱。集中供熱系統(tǒng)的出現(xiàn)，是城市現(xiàn)代化發(fā)展的象征，一方面實現(xiàn)國家能源的科學利用，另一方面也推進城市社會經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展。從整體上來看，集中供熱系統(tǒng)由熱用戶、熱網(wǎng)和熱源三部分組成，熱源一般指熱電站和工業(yè)鍋爐制備的熱水和蒸汽，熱網(wǎng)負責將熱水和蒸汽有效的輸送和轉換，在這過程中要避免資源浪費現(xiàn)象，實現(xiàn)熱負荷的合理分配，完成熱用戶與熱源之間的對接。熱用戶主要是指所有的用熱系統(tǒng)，一般包括熱水供應、通風、供暖、空氣調節(jié)以及生產(chǎn)工藝等，常用來衡量集中供熱系統(tǒng)的供熱效果。供暖熱負荷是城市集中供熱系統(tǒng)中的唯一熱負荷，隨外界溫度的變化而變化，常把供暖熱負荷作為供熱調節(jié)的依據(jù)。而供熱調節(jié)是為了使得熱負荷變化規(guī)律與散熱設備的放熱量相匹配，盡量避免溫度過低或過高現(xiàn)象的發(fā)生，在供熱調節(jié)過程中，常?？梢苑譃閭€體調節(jié)、局部調節(jié)和集中調節(jié)三種方式。其中，集中供熱調節(jié)是最重要的方法，具有運行管理方便、容易實施等優(yōu)點。

一般情況下，熱網(wǎng)與熱源之間的協(xié)調關系是依據(jù)一次供水溫度、二次供水溫度與室外溫度之間的對應關系來確定。并且，一次供水溫度是熱源供熱能力的象征，二次供水溫度是熱網(wǎng)供熱能力的象征，室外的溫度反映用戶對熱量的需求，因此，找到其中的熱負荷對應關系，有助于換熱站在與鍋爐之間達到某種平衡。眾所周知，當熱源的供熱能力很強時，通常以按需分配的方式，來滿足各子系統(tǒng)對熱量的需求。當熱網(wǎng)的需求高于供熱能力時，各換熱站就會出現(xiàn)“搶熱”的現(xiàn)象，一方面造成了熱量的浪費，另一方面也影響了供熱效果，需要采用協(xié)調優(yōu)化控制策略，來最大限度地使供熱均勻，滿足各子系統(tǒng)對熱量的需求。

2 集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制策略

如今，供熱規(guī)模逐漸呈現(xiàn)加大趨勢，采用傳統(tǒng)的供熱方式已經(jīng)無法實現(xiàn)對熱源的分析以及熱網(wǎng)的運作、監(jiān)督，對熱量的評估也并不準確，這對于集中供熱的可持續(xù)發(fā)展十分不利。具體表現(xiàn)為熱源調節(jié)無法滿足用戶對熱量的需求，在用戶總熱量高峰期，熱源設計的容量還遠遠不夠。當發(fā)生熱源供熱不足時，供熱系統(tǒng)的供熱效果并不均衡，各用戶需要調節(jié)閥門，采用增加流量的方式來滿足自身的供熱需求，這樣操作難免會使得各換熱站的水力失調。由此可見，缺少了自我約束，供熱系統(tǒng)的集中供熱效果并不良好，但是，從目前的集中供熱情況來看，大多數(shù)企業(yè)采用分管制度，熱網(wǎng)和熱源單獨控制，造成了一定程度的能源浪費，也無法滿足用戶的供熱需求，對供熱事業(yè)的發(fā)展十分不利。針對供熱系統(tǒng)中存在的問題，本文提出了集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)。

首先，協(xié)調優(yōu)化控制策略的原理。該系統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)化控制和協(xié)調控制的統(tǒng)一，所謂的協(xié)調控制，實現(xiàn)了把換熱站運行情況和鍋爐集成到一個監(jiān)控系統(tǒng)中，并隨時根據(jù)熱負荷變化來調節(jié)熱量的輸出，進而實現(xiàn)熱量的均勻分配，有效地實現(xiàn)集中監(jiān)控、自我調節(jié)、自我限制和統(tǒng)一調度的功能，有效改善傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)能效低的問題。所謂的優(yōu)化控制，是指對傳統(tǒng)的控制方式進行升級，通過引進新控制策略以及新的思路，來提高系統(tǒng)的工作效率，協(xié)調控制系統(tǒng)。

眾所周知，當熱網(wǎng)的需求小于熱源供熱能力時，熱量可以很好地滿足每一個子系統(tǒng)的需求，換熱站和鍋爐也能獨立運作良好。但是，當熱網(wǎng)的需求超過熱源的供熱能力時，各子系統(tǒng)之間會出現(xiàn)搶熱現(xiàn)象，造成一定的熱量浪費。在這種情況下，采用協(xié)調控制策略，能夠實現(xiàn)熱量的均勻分配，以達到需求和共軌之間的相對平衡。

其次，協(xié)調優(yōu)化控制策略的優(yōu)點。從整體上看，協(xié)調優(yōu)化控制策略的優(yōu)點可以包括以下幾個方面：第一，集中監(jiān)測功能。實現(xiàn)了對換熱站以及鍋爐的實時監(jiān)控，一些傳感器參數(shù)、調節(jié)閥的閥位、水泵工作頻率等都清晰顯示在電腦的控制中心，技術人員可以對系統(tǒng)的運行實時把控。第二，預測分析功能。根據(jù)相關的數(shù)據(jù)以及未來天氣情況，可以實現(xiàn)對全網(wǎng)未來供熱狀況的預測和分析。第三，運行可靠性高。一旦控制中心發(fā)生故障，子系統(tǒng)可以實現(xiàn)獨立運行，進而不會影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用協(xié)調控制方法使得熱源供熱過程具有更高的可靠性以及隨機應變能力。第四，節(jié)能效果顯著。由于對換熱站和鍋爐結構都進行了優(yōu)化控制，可以有效提升能源的使用效率，節(jié)省能耗，保護環(huán)境。第五，高效管理。在集中監(jiān)測控制下所采集到的相關數(shù)據(jù)，會存入數(shù)據(jù)庫中，對全網(wǎng)實行統(tǒng)一管理，提升了管理的效率。

再次，集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制結構設計。隨著科學技術水平的不斷提高，集中供熱控制也越來越朝向智能化、高端化方向發(fā)展，控制結構種類越來越豐富。能否科學合理的設計控制結構，直接關系著整個供熱系統(tǒng)的可靠性，因此，在進行供熱系統(tǒng)自動控制設計時，要先對協(xié)調優(yōu)化自動控制結構進行選擇。主要可以包括換熱站控制子系統(tǒng)、鍋爐控制子系統(tǒng)和協(xié)調優(yōu)化控制主系統(tǒng)三個部分，并且每個部分之間相互獨立運作，協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)對所接收到各類數(shù)據(jù)的分析與處理，并結合熱量負荷用戶類型、室外溫度等信息來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊等等，有效地實現(xiàn)了各供熱管網(wǎng)的調度與管理，通過對液位壓力以及鍋爐溫度等進行存儲計算，對相關參數(shù)進行優(yōu)化，可以有效提升鍋爐的熱效率。

其中，換熱站優(yōu)化控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)對管網(wǎng)液位、流量壓力以及溫度的采集，并且對設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并在此基礎之上，借助參數(shù)模型來優(yōu)化相關控制量，把經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)。在整個系統(tǒng)的運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)會對供熱管網(wǎng)的運行進行隨時監(jiān)控，由溫度變化產(chǎn)生的熱網(wǎng)負荷變化都會從監(jiān)控系統(tǒng)中反映出來。同時，系統(tǒng)可以結合室外的溫度，鍋熱區(qū)面積大小以及系統(tǒng)對熱量的需求等因素進行自我調節(jié)，借助相關的模型來提升系統(tǒng)的運行效率，更加節(jié)能高效，更能滿足供熱需求，協(xié)調優(yōu)化控制結構的流程，本文所設計的集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制

需要強調的是，借助的C/S控制系統(tǒng)，鍋爐優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對鍋爐溫度液位、電機頻率以及壓力等相關參數(shù)進行存儲，并對相關信息進行參數(shù)優(yōu)化，再借助現(xiàn)場控制器來對變頻器、傳感器以及電磁閥熱量輸出進行分析，借助這些信息完成對參數(shù)的優(yōu)化。然后，優(yōu)化后的這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絻?yōu)化控制系統(tǒng)中，優(yōu)化后的系統(tǒng)對其進行處理與分析，并結合水循環(huán)的具體時間、用戶類型、熱量負荷變化以及大氣溫度等對這些數(shù)據(jù)進行計算和判斷，得出協(xié)調解，并且將其發(fā)送到換熱站優(yōu)化控制系統(tǒng)和鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，以視頻和參數(shù)的形式把各類信息顯示出來。與此同時，系統(tǒng)內部各個子系統(tǒng)可以互聯(lián)，調用彼此信息，然后通過更大的液晶屏幕把這些信息合理的顯示出來，給相關技術監(jiān)測人員提供實時數(shù)據(jù)。最后，協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)針對反饋的這些信息下發(fā)監(jiān)控指令，到換熱站優(yōu)化控制系統(tǒng)和鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)接收信息的計算，使用水泵、電機、閥門等設備完成動作指令的輸出。

3 結束語

綜上所述，本文首先介紹了集中供熱，然后從協(xié)調優(yōu)化控制策略的原理，協(xié)調優(yōu)化控制策略的優(yōu)點，協(xié)調優(yōu)化控制策略的優(yōu)點三個方面，探討了集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制策略，希望本文的研究能夠為集中供熱協(xié)調優(yōu)化控制系統(tǒng)的設計提供一定的參考。當然，由于本人的研究水平有限，本文的論述難免存在一定的不足，還希望相關領域專家學者給予本人批評與指正，并從更多層面展開深入的分析與研究。

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