探析城市集中供热智能化系统的管理与控制

摘 要：本文主要从城市供热的现状入手，介绍几种常见的智能管理形式，并分析城市供热调度管理体系的基本构成，最后重点对如何在城市供热网中运用智能化控制与管理进行科学的研究，从而为更有效地促进对城市供热的管理调控。

关键词：城市；集中供热；智能化系统；经济效益

采用现代化的管理理论、技术和工具，运用计算机对供热系统进行管理、监控、预测和优化调度势在必行。供热系统的计算机管理、监控问题就是把先进的计算机技术与通讯技术相结合构成微机管理监控系统，实时对供热系统进行动态流量和温度控制、运行实时状况分析。供热负荷预测和优化调度问题就是根据供热管网系统中监测仪器所获得的系统实时运行状况，确定今后一个调度周期中各时间区间内各种调节装置的运行状况，预测出系统将来一段时间的供暖负荷，并在其基础上在保证系统服务质量的前提下，使供暖费用最低。

1、城市集中供暖智能化背景

实现供热系统的智能化对供热系统协调运行、降低能耗节约能源、减少供暖冷热不均都有重大意义。且可以使管理人员由过去人工的经验方法管理，变为在智能系统支持下的科学管理。这样既提高了服务质量，又提高了管理效率和科学性。供热系统的运行管理主要包括供热负荷的预测、供热管网优化调度和管网信息管理等内容。我国在这方面的研究起步较晚，与国外相比有一定差距，虽然近几年已取得很大进步，但总体上研究方向较分散，至今仍没有一套完整的、能集成预测、优化调度、运行管理和控制的职能化系统出现。

1.1 供热负荷的预测是集中供热管理的前提和基础

影响供热系统负荷的因素很多，如建筑物的种类、结构、室内外气温的变化、过去实际供热负荷、管网参数等，它们之间的关系是非线性的，有些甚至是难以预测的，如管网故障和天气变化等。目前，国内对供热负荷的预测研究主要集中于传统的预测原理和方法，如指数平滑法，时间序列分析和回归分析等。而传统的预测方法都要求给出由各种影响因素构成的供暖负荷预测型，然而由于城市集中供热系统是一个复杂的大系统，不确定性、非线性和时变性并存，且除供热负荷的历史数据外，建模需要的大量相关数据，包括温度、太阳辐射系数等，都难以保证其完整性，有些甚至无法得到或准确估测，因此，预测模型的精确程度难以保证。基于以上原因导致传统的预测方法精度并不理想，尤其应用于解决大规模集中供热系统的实际问题时更无法保证。

1.2 优化调度是集中供热系统有效运行得以实现的关键

传统的优化方法主要有三种：枚举法、启发式算法和搜索算法。供热系统优化调度问题属于复杂系统非线性优化问题，若采用一般的直接搜索方法，由于问题的复杂度较高，收敛的速度非常慢，效率很低，更重要的是由于通常的非线性最优化方法都是单点搜索算法，容易陷入局部最优解，而难以得到全局最优的解。为此，本文将对采用效果较好的遗传算法来求解供热系统优化问题进行探讨。遗传算法是一种利用随机化技术来指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索的方法，相对其他优化算法，遗传算法具有简单、通用以及鲁棒性很强的优点，可以对问题空间进行全局的搜索。

1.3 城市供热系统在控制和管理上存在的问题

虽说二次间接供热方式安全性高，能够有效地利用资源，但是城市供热系统在具体的控制和管理上仍存在着一定的问题，从而造成供热系统整体上的不完善。专业人士知道换热站，作为二次水间接供热的核心，在城市供热系统中有着不可替代的作用，它是将从锅炉中来的一次高温热水或电厂来的一次蒸汽中产生的热能转变成二次中、低温热水直接传递给用户的枢纽环节。但是，在目前城市中对换热站的控制与管理却存在着极大的问题。或者是相关的操作人员技术不到位，或者是虽然有全自动操控换热站，但由于站内无人看守，一旦换热站出现问题便不能得到及时有效解决，从而延误维修的最佳时间，对居民的生产生活造成极大的不便。

2 智能化控制

2.1智能化供热原理

如何在城市供热中实现智能化控制和管理是本文探讨的核心问题，但首先我们得明确一个概念，究竟什么是智能化控制和管理？其实在物理学研究中，智能化控制管理的核心目的就是在运动中保持热量的收支平衡。在智能化控制和管理的过程中，我们要注意两个问题。第一是进行热量平衡控制。这是进行性智能化控制管理的基础条件。它是指各热源和各换热站在一个周期内提供的热量总体平衡。物理学上热平衡的方程式如下所示：

∑Q=∑H出-∑H入

其中，ΣQ代表整个系统与环境的热量交换和，ΣH出代表换热站供给用户的热量总和，ΣH入则代表是供热源提供给换热站的热量总和。

热平衡式属于物理学上能量平衡的特例，在实际的供热过程中，换热站供给的热量与热源供给的热量往往不相等。

第二则是进行无人值守模式。 无人值守模式其实是对热量平衡控制的进一步深化，即在无人操作的情况下尽可能地使热源和换热站提供的热量保持相对的平衡，从而维持城市供热系统的正常运作。

2.2 智能化控制和管理

2.2.1气候补偿

气候补偿，是智能化控制中常见的方式，即通过控制换热站二次间接供水的温度降低换热站提供的热量，从而既可以减少成本，又可以提高用户在接受供热过程中的舒适度，一举二得。 其中最好的做法是在实际的操作中，不直接采用热量平衡方式进行供热控制，而是先建立二次供热温度和室外温度对应曲线，再通过换热站的转换中针对具体情况进行具体调整，按阶段分季节地进行所谓的曲线供热，这样做可以尽量减低供热的复杂性，提高供热的实际效果。

2.2.2 无人值守操控

上面讲到无人值守操控是智能化控制和管理的第二种模式，通过在换热站内设置自控设备，进行如自动控制水温、补水、排查故障等作业，而无需操作人员进行值班管理。 这种模式的好处之一在于降低了实际操作的劳动强度，既减少了劳动人员的使用成本，又相对地提高了劳动效率。其次由于采用智能化控制管理后，极大地降低了由于人为因素而产生的安全问题，从而增强了城市供热系统的精确性和可靠性。

2.2.3 换热站控制

通常情况下，对换热站进行控制的几个方面主要包括调节二次供水温度，控制蒸汽压力，管理换热器水位及保持热网定压稳定等，换热站的主要作用就是用锅炉提供的高温热水或电厂提供的蒸汽转变成可供用户直接使用的二次中、低温水。在整个城市供热过程中，一般会有一个总换热战和好几个可调峰换热站同时对用户进行供热取暖。

3 运用调度管理系统对城市供热进行智能化控制和管理

调度管理系统是针对大型建设所开发出来的一套管理体系，主要包括调度中心和通讯网。调度中心的主要任务是通过以太网将相关信息提供给用户，用以显示数据、管理资源及发布内容等。通讯网则主要负责数据的传输。以城市供热系统为例，通过通讯网，可以将锅炉房、电厂及换热站等热源的相关资料传输到调度中心，再由调度中心进行分析，将数据信息等发布给用户。

4 结论

总之，通过以上分析，我们对城市供热网如何控制和管理有了比较完整的了解，在观察几个供热项目运用以上方法后的使用结果，通过有效的管理和控制手段可以显著地提高供热公司的供热效果，但由于知识所限，本文所论述的一些方法只是该领域最基本的一些技术，在对城市供热网的管理和控制方面，还可以有进一步地改进和优化，为城市中的用户带来方便。

参考文献：

[1]徐海潮.关于城市集中供热现状及发展趋势的研究[J].才智，2015，01 （15）：67-69.

[2]吕传玉.DRN节能阀在公共建筑集中供热系统中的应用[J].企业科技与发展，2008（19）.

[3]赵玉甫，王要武.城市供热可持续发展模式研究[J].土木工程学报，2005（9）.

[4]金光英，吴清海.城市集中供热发展以及需解决的问题[J].科技资讯，2007（17）.

推荐访问:集中供热 探析 智能化 控制 城市