摘要：目前，集中供熱系統(tǒng)多采用供水量和溫差調(diào)節(jié)法，但由于二次管網(wǎng)各支路復(fù)雜，流量相互干擾，造成管網(wǎng)水力不平衡，遠近端供熱出現(xiàn)較大偏差。文章設(shè)計的基于用戶側(cè)溫度控制的熱網(wǎng)平衡系統(tǒng)，采用多級遞階智能模式對系統(tǒng)進行解耦分析，深入剖析其獨特架構(gòu)、運行機制，以用戶側(cè)溫度為關(guān)鍵反饋，實現(xiàn)精準熱網(wǎng)平衡調(diào)控，為供熱領(lǐng)域的精細化、智能化發(fā)展提供了新思路，有助于提升供熱質(zhì)量與能源利用效率。

關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)平衡分析；遞階控制；用戶側(cè)溫度反饋

中圖分類號：TP311

文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著城市化的快速發(fā)展，供熱需求呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，傳統(tǒng)的集中式熱力管網(wǎng)供熱系統(tǒng)普遍存在溫度失衡、供熱效果差的問題。由于熱網(wǎng)和熱源流量是互相制約的，為了滿足熱網(wǎng)水力平衡流量，熱源量的定流量控制就很難滿足^［1］。針對以上問題，本文采用多級遞階智能模型設(shè)計了熱網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)。系統(tǒng)實時采集住戶溫度、供回水溫度及流量、住戶位置等數(shù)據(jù)并結(jié)合氣象部門發(fā)布的溫度預(yù)期，通過機器學(xué)習(xí)等智能手段，將實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合，進行溫度與水力、水量、熱量的分析比較，從而實現(xiàn)用戶單元側(cè)供水流量與熱量的按需分配調(diào)控。在熱源負荷不變的情況下，二次管網(wǎng)循環(huán)水總流量和所消耗熱量大幅度降低，可以覆蓋更多采暖面積。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

熱網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)采用 B/S 架構(gòu)，可實現(xiàn)用戶室溫度控制、歷史資料查詢、設(shè)備管理、統(tǒng)計分析、地理分布、系統(tǒng)管理等功能。軟件可部署在云服務(wù)器上，使用人員可通過電腦、手機隨時隨地的訪問，跨平臺支持Windows、Linux、iOS、Android等系統(tǒng)。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)運行原理

2.1 水力、熱力、熱量平衡關(guān)系

由于現(xiàn)有集中供熱系統(tǒng)所用設(shè)備材料與設(shè)計存在偏差，系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)會產(chǎn)生水力失調(diào)，管網(wǎng)之間相互耦合使管網(wǎng)中實際阻力的大小和分布很難判斷，形成近端流量大、遠端流量小的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)供熱冷熱不均問題^［2］。管網(wǎng)內(nèi)部存在水力耦合，必須依靠設(shè)備控制來實現(xiàn)水力平衡。一次網(wǎng)水力平衡按各供熱站覆蓋用戶面積的大小分配水量，但考慮到擴容的需要，在設(shè)計時會選擇留有較大余量的熱交換器，勢必會造成目前供熱面積與功率不匹配。工作一段時間后，熱交換器也會存在水質(zhì)沉積、結(jié)垢等問題，使其系數(shù)發(fā)生變化。水力平衡與熱力平衡的不匹配現(xiàn)象，容易造成二次網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)堵塞、旁通、近端短路等問題，這也是導(dǎo)致二次網(wǎng)設(shè)備不匹配的原因。僅靠水力平衡或熱學(xué)參數(shù)的靜態(tài)跟隨，供熱系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)是很難做到的^［3］。水力、熱力、熱量平衡三者之間的關(guān)系如圖2所示。

2.2 多級遞階供熱控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

如圖3所示，多級遞階式供熱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按控制要求的復(fù)雜程度劃分為以下3個等級。

多級遞階式控制系統(tǒng)的各級控制器均采用智能控制器，具有不同程度的自我學(xué)習(xí)能力。多層級、多目標(biāo)遞階控制結(jié)構(gòu)的特點是：對系統(tǒng)行為影響最大的是高層單元，與處于低級單元的決策周期相比，改變高層組織層級參數(shù)決策周期更長，描述問題會遇到更多不確定性，需要重復(fù)學(xué)習(xí)，處理起來也會更加量化^［4］。根據(jù)上述特點，再對比圖2所給出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從最低級控制對象到控制級別再到協(xié)調(diào)級，最后到組織級，控制模型的視線逐步提高。組織器一般有機器學(xué)習(xí)和AI功能^［5］，因此高層遇到的問題往往是不確定的。中間層的協(xié)調(diào)器處理組織級與控制級系統(tǒng)之間會存在相互耦合沖突，從而使多級遞階供熱控制系統(tǒng)能夠完成對復(fù)雜的多耦合系統(tǒng)的優(yōu)化控制，在第一級組織器的集中處理下進行管理。從橫向來看，復(fù)雜的采暖控制系統(tǒng)被分解成若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都配置了獨立的控制器，可以實現(xiàn)直接控制，從而在很大程度上簡化了復(fù)雜的問題。從縱向來看，系統(tǒng)按照每個子系統(tǒng)所需要學(xué)習(xí)的知識多少進行分解，降低了復(fù)雜問題分析建模的難度。

2.3 建立分級解耦的工藝對數(shù)據(jù)模型進行實例化

三級解耦工藝即構(gòu)建“供熱管路旁路工藝”“電機水泵變速工藝”“二次網(wǎng)分解泵工藝”，如圖4所示。

供熱管路旁路工藝通過智能供熱管理系統(tǒng)控制平衡控制器實現(xiàn)解耦供熱管路，以冷熱水混合方式實現(xiàn)熱源向熱網(wǎng)傳遞熱量，動態(tài)調(diào)節(jié)熱源出水流量，解決鍋爐額定流量以外的熱網(wǎng)流量和旁通鍋爐熱能浪費問題^［6］。電機水泵變速工藝是利用小循環(huán)泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的統(tǒng)一大循環(huán)泵的運行方式，通過在各熱力站安裝分散式變頻水泵來減少由于熱力站過多的余量而造成的浪費問題。二次網(wǎng)分解泵工藝針對二次網(wǎng)具有多個分支回路的特點，在每棟樓單元側(cè)安裝流量控制閥，根據(jù)實時采集的用戶溫度進行動態(tài)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了按需供熱。

3 前饋反饋平衡能量控制器控制Simulink仿真

仿真模型如圖5所示，PID 控制器選用并行式，比例系數(shù)P=1.6，積分系數(shù)I=0.6。白噪聲干擾幅值為0.1，前饋加反饋能量控制器的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于普通PID控制，如圖6—7所示。

4 結(jié)語

用戶側(cè)溫度控制的熱網(wǎng)平衡系統(tǒng)為供熱行業(yè)開辟全新路徑，雖現(xiàn)階段面臨諸多挑戰(zhàn)，但憑借其精準供熱、節(jié)能高效等突出優(yōu)勢，配合持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與完善，必將重塑供熱格局，為社會提供更加優(yōu)質(zhì)、精品、可持續(xù)的供熱服務(wù)，開啟供熱行業(yè)以人為本的新篇章。

參考文獻

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（編輯 王永超）

Design of heat supply network balance control system based on multi-level hierarchical intelligent model

QI Jinsheng

（Changchun Technical University of Automobile， Changchun 132000， China）

Abstract：At present， the central heating system mostly adopts the water supply and temperature difference adjustment method， but due to the complexity of each branch of the secondary pipe network and the mutual interference of flow， the hydraulic imbalance of the pipe network is caused， and the heating at the far and near ends has a large deviation. The heat supply network balance system based on user side temperature control designed in this paper uses multilevel hierarchical intelligent mode to conduct decoupling analysis of the system， and deeply analyzes its unique architecture and operation mechanism. With user side temperature as the key feedback， it realizes accurate heat supply network balance control， and provides a new idea for the refined and intelligent development of the heating field， which helps to improve the quality of heating and energy efficiency.

Key words：heat supply network balance analysis; hierarchical control; user side temperature feedback