CN108105844A - 一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法 - Google Patents

一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法，包括步骤：实时检测换热站的二次网供水温度、二次网回水温度、用户室内温度和室外温度并计算二次网平均温度；根据室外温度、实际供热面积、室内得热量、各向外窗面积和各向外窗的太阳辐射强度计算当量室外温度；根据室内温度误差修正系数、室内温度值和室内温度设定值计算室内温度误差补偿值；根据当量室外温度、室内温度误差补偿值计算二次网平均温度设定值。本发明通过采用当量室外温度、室内温度联合补偿的方式确定二次网平均温度设定值，由此可控制换热站一次网的循环流量控制设备，实现安全平稳、响应迅速、优化运行、节能降耗和提高用户热舒适度的目标。

Description

一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法
技术领域
本发明涉及集中供热技术，尤其是一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法。
背景技术
近年来，随着社会经济的发展，区域供暖***的规模越来越大，有的多源共网***接近上亿平方米，换热站近千座。换热站是实现一级网(热源)能量向二级网(用户)配送的中间环节，很多换热站已实现无人值守作业。现有的大型区域供暖***多采用二次网水温控制末端用户的供热量以满足用户的热舒适度需求。然而，观察和分析换热站历史数据就会发现，换热站输出热量并没有满足热网热力和水力平衡目标，比如，有的换热站通过对二次网回水温度进行控制，但回水温度是所有二次网传热过程的结果，此传热过程既包括可控传热过程，也包括室内和室外环境的各种干扰(不可控)，无法准确获取回水温度设定值，进而不可能实现供热量和室内温度的精准控制。
现有换热站供热匹配技术主要包括一次网定流量控制、二次网供水温度控制、二次网平均温度、二次网回水温度控制和二次网温差控制等，但是上述控制技术既没有考虑换热站二次***固有特性，也没有充分利用自由热，会导致换热站能耗偏高、室温波动范围较大、室内温度控制精度偏差较大等缺点，且部分设定参数难以准确获取，不能有效控制用户室内温度波动，用户的热舒适度体验较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法，用于解决换热站能耗偏高、用户室内温度波动较大、热舒适度体验较差的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法，包括以下步骤：
S100.实时检测换热站的二次网供水温度、二次网回水温度、用户室内温度和室外温度，并计算二次网平均温度，所述二次网平均温度是指二次网供水、回水温度的算术平均值；
S200.设定基于时间的室内得热量；获取实际供热面积、各向外窗面积、各向外窗的太阳辐射强度，根据室外温度、实际供热面积、室内得热量、各向外窗面积和各向外窗的太阳辐射强度计算当量室外温度；
S300.获取室内温度误差修正系数、室内温度值、室内温度设定值，根据室内温度误差修正系数、室内温度值和室内温度设定值计算室内温度误差补偿值；
S400.根据当量室外温度、室内温度误差补偿值计算二次网平均温度设定值。
本发明提供的基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法还具有以下技术特征：
进一步地，所述室内温度根据室内温度监测点的位置、监测点所代表的供热面积采用供热面积加权平均温度方法进行计算确定。
进一步地，所述当量室外温度为Toe,
其中，qsols、qsole、qsolw-分别表示南向、东向和西向的太阳辐射随时间的变化强度，单位为W/m2；Fsols、Fsole、Fsolw–分别表示南向、东向和西向的外窗面积，单位为m2；qint为室内得热量，单位为W/m2；F为实际供热面积，单位为m2；KFen为热用户围护结构综合传热系数，单位为W/m2。
进一步地，根据二次网平均温度的基础设定值Tsp0及室外温度To通过在动态数学模型中进行运行参数拟合获取基于实测数据的表达式：
Tsp0＝f(T0)＝a+b*T0+c*T0 2+d*T0 3中的系数a、b、c、d。
进一步地，所述室内温度补偿值为ΔTz，
ΔTz＝α(Tz-Tzd)；
其中，α为室内温度误差修正系数；Tz为室内温度，单位为℃；Tzd为室内温度设定值，单位为℃。
进一步地，所述二次网平均温度设定值为Tsp，
Tsp＝f(Toe)+ΔTz；
f(Toe)＝a+b*Toe+c*Toe 2+d*Toe 3。
进一步地，还包括步骤S500.控制器根据二次网平均温度设定值、实测温度调节一次网的循环流量。
进一步地，所述控制器采用典型PI控制算法计算一次网的循环流量控制变量u，
其中的kp、ki为控制器的比例和积分常数；Tsp为二次网平均温度设定值，单位为℃；Tmsd为实测的所述二次网平均温度，单位为℃；t为时间，单位为s。
本发明具有如下有益效果：通过采用当量室外温度、室内温度联合补偿的方式确定二次网平均温度设定值，由此可控制换热站一次网的循环流量控制设备，实现安全平稳、响应迅速、优化运行、节能降耗和提高用户热舒适度的目标；该智能换热站控制方法可降低换热站热耗、电耗分别为10％、30％以上，与常规换热站供需匹配控制方式相比，室内温度波动范围大幅度降低，室内温度平均值可控制在±0.5℃之内，改善和提高热用户热舒适性。
附图说明
图1为本发明实施例的智能换热站控制方法的控制原理示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示的本发明的基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法的一个实施例中，该智能换热站控制方法包括步骤：
S100.实时检测换热站的二次网供水温度Ts2、二次网回水温度Tr2、用户室内温度Tz和室外温度To，并计算二次网平均温度，所述二次网平均温度是指二次网供水、回水温度的算术平均值；
S200.设定基于时间的室内得热量；获取实际供热面积、各向外窗面积、各向外窗的太阳辐射强度，根据室外温度、实际供热面积、室内得热量、各向外窗面积和各向外窗的太阳辐射强度计算当量室外温度；
S300.获取室内温度误差修正系数、室内温度值、室内温度设定值，根据室内温度误差修正系数、室内温度值和室内温度设定值计算室内温度误差补偿值；
S400.根据当量室外温度、室内温度误差补偿值计算二次网平均温度设定值。
本发明实施例中的基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法，通过采用当量室外温度、室内温度联合补偿的方式确定二次网平均温度设定值，由此可控制换热站一次网的循环流量控制设备，实现安全平稳、响应迅速、优化运行、节能降耗和提高用户热舒适度的目标；该智能换热站控制方法可降低换热站热耗、电耗分别为10％、30％以上，与常规换热站供需匹配控制方式相比，室内温度波动范围大幅度降低，室内温度平均值可控制在±0.5℃之内，改善和提高热用户热舒适性。
在上述实施例中，该基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法还具有以下技术特征：优选地，实时检测一次网供水温度Ts1和一次网回水温度Tr1，一次网供、回水温度参数用于确定供热***的固有特性和运行特性参数，可在动态数学模型中通过***特性参数和动态仿真确定二次网温度设定值。优选地，二次网平均温度可用来与二次网平均温度设定值进行比较以计算二者的误差值，根据误差值调节电动控制阀动作；如果控制效果(实测值-实测二次网平均温度)不佳，说明控制没有到位，需要进一步动作，直到控制误差(设定值-实测值)为零时，控制任务才算完成；由于供热***是一个时变***，参数随时在改变，所以需要时时控制。优选地，室内温度Tz根据室内温度监测点的位置、监测点所代表的供热面积采用供热面积加权平均温度方法进行计算确定，通过采用双重权重的方式可保证获得是室内温度Tz更加真实可靠。
在上述实施例中，优选地，所述当量室外温度为Toe,
其中，qsols、qsole、qsolw-分别表示南向、东向和西向的太阳辐射随时间的变化强度，单位为W/m2；Fsols、Fsole、Fsolw–分别表示南向、东向和西向的外窗面积，单位为m2；qint为室内得热量，单位为W/m2；F为实际供热面积，单位为m2；KFen为热用户围护结构综合传热系数，单位为W/m2。
优选地，根据二次网平均温度的基础设定值Tsp0及室外温度To通过在动态数学模型中进行运行参数拟合获取基于实测数据的表达式：
Tsp0＝f(T0)＝a+b*T0+c*T0 2+d*T0 3中的系数a、b、c、d。
优选地，所述室内温度补偿值为ΔTz，
ΔTz＝α(Tz-Tzd)；
其中，α为室内温度误差修正系数；Tz为室内温度，单位为℃；Tzd为室内温度设定值，单位为℃。
优选地，所述二次网平均温度设定值为Tsp，
Tsp＝f(Toe)+ΔTz；
f(Toe)＝a+b*Toe+c*Toe 2+d*Toe 3。
在上述实施例中，该基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法还包括：控制器根据二次网平均温度设定值Tsp、实测温度Tmsd调节一次网的循环流量。其中，所述控制器采用典型PI控制算法计算一次网的循环流量控制变量u，
其中的kp、ki为控制器的比例和积分常数；Tsp为二次网平均温度设定值，单位为℃；Tmsd为实测的所述二次网平均温度，单位为℃，Tmsd等于(Ts2+Tr2)/2；t为时间，单位为s。
本发明的基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法，通过采用当量室外温度、室内温度联合补偿的方式确定二次网平均温度设定值，由此可控制换热站一次网的循环流量控制设备，实现安全平稳、响应迅速、优化运行、节能降耗和提高用户热舒适度的目标；该智能换热站控制方法，通过创建动态数学模型进行模拟分析显示，可降低换热站热耗、电耗分别为10％、30％以上，与常规换热站供需匹配控制方式相比，室内温度波动范围大幅度降低，室内温度平均值可控制在±0.5℃之内，改善和提高热用户热舒适性。
本发明中的动态数学模型是指根据热力学基本定律，通过微分方程描述研究对象中各变量随时间的响应过程；换热站二次网及末端固有特性是指供热***的非线性、大热容和纯滞后的物理特性；室内自由热是指供热期间室内的额外得热量，主要包括太阳辐射和室内得热两方面；用户热舒适度是指供热期间热用户室内温度满足人体舒适感的主观满意度评价方法；开环实验是指动态模型仿真中，在给定输入条件时，观察***各参数达到稳态的动态响应过程，并将稳态值作为***的热力特性，用于***的预测、控制和优化等；二次网平均温度是指二次网供回水温度的算术平均值；当量室外温度是指将室内自由热折算为温度值对实测室外温度进行修正后得到的虚拟室外温度；补偿是指通过相关检测参数(室内温度和室外温度等)自动调节控制变量，以期快速和平稳地达到控制目标。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于室内和室外温度联合补偿的智能换热站控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
实时检测换热站的二次网供水温度、二次网回水温度、用户室内温度和室外温度，并计算二次网平均温度，所述二次网平均温度是指二次网供水、回水温度的算术平均值；
设定基于时间的室内得热量；获取实际供热面积、各向外窗面积、各向外窗的太阳辐射强度，根据室外温度、实际供热面积、室内得热量、各向外窗面积和各向外窗的太阳辐射强度计算当量室外温度；
获取室内温度误差修正系数、室内温度值、室内温度设定值，根据室内温度误差修正系数、室内温度值和室内温度设定值计算室内温度误差补偿值；
根据当量室外温度、室内温度误差补偿值计算二次网平均温度设定值。
2.根据权利要求1所述的智能换热站控制方法，其特征在于：所述室内温度根据室内温度监测点的位置、监测点所代表的供热面积采用供热面积加权平均温度方法进行计算确定。
3.根据权利要求1或2所述的智能换热站控制方法，其特征在于：所述当量室外温度为Toe,
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>o</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>q</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>q</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>q</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>int</mi> </msub> <mi>F</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>KF</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，qsols、qsole、qsolw-分别表示南向、东向和西向的太阳辐射随时间的变化强度，单位为W/m2；Fsols、Fsole、Fsolw–分别表示南向、东向和西向的外窗面积，单位为m2；qint为室内得热量，单位为W/m2；F为实际供热面积，单位为m2；KFen为热用户围护结构综合传热系数，单位为W/m2。
4.根据权利要求3所述的智能换热站控制方法，其特征在于：根据二次网平均温度的基础设定值Tsp0及室外温度To通过在动态数学模型中进行运行参数拟合获取基于实测数据的表达式Tsp0＝f(T0)＝a+b*T0+c*T0 2+d*T0 3中的系数a、b、c、d。
5.根据权利要求4所述的智能换热站控制方法，其特征在于：所述室内温度补偿值为ΔTz，ΔTz＝α(Tz-Tzd)；
其中，α为室内温度误差修正系数；Tz为室内温度，单位为℃；Tzd为室内温度设定值，单位为℃。
6.根据权利要求5所述的智能换热站控制方法，其特征在于，所述二次网平均温度设定值为Tsp，Tsp＝f(Toe)+ΔTz；
f(Toe)＝a+b*Toe+c*Toe 2+d*Toe 3。
7.根据权利要求6所述的智能换热站控制方法，其特征在于：控制器根据二次网平均温度设定值、实测温度调节一次网的循环流量。
8.根据权利要求7所述的智能换热站控制方法，其特征在于：所述控制器采用典型PI控制算法计算一次网的循环流量控制变量u，
<mrow> <mi>u</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>p</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>s</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <munderover> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>s</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>;</mo> </mrow>
其中的kp、ki为控制器的比例和积分常数；Tsp为二次网平均温度设定值，单位为℃；Tmsd为实测的所述二次网平均温度，单位为℃；t为时间，单位为s。
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