CN114060903B - 一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法 - Google Patents

一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法，获取本栋楼宇或当前供热区域的热数据，分析末端可调供热***在待研究的供暖期不同热用户的采样时刻设定室温数据，将每个采样时刻的调节意愿分为“上调”、“下调”和“不变”三类，分析工作日与节假日两种用热模式在每天相同时刻的累计调节次数，辨识出末端用户安装温控器或散热器恒温阀的可调供热***的热用户行为节能特征。该辩识方法能辨识出用户的行为节能规律，根据辩识结果得出调控的室温预期目标值。

Description

一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法
技术领域：
本发明涉及供热调节领域，具体来说，涉及一种末端用户安装温控器或散热器恒温阀的可调供热***热用户行为节能特征的辩识方法。
背景技术：
在智能监控技术、物联网技术不断创新、发展的基础上，为了更好的满足用户的供热需求，提高能源利用率，形成了供热计量温控一体化的智能供热模式。该模式下，用户可以根据用热需求自主设定室内温度的目标值。智能通断温控阀根据该目标值和实际室温差异自动开启和关闭来调节供热量，满足用户不同时期的个性化用热需求。通断温控阀作为热量输送的开关执行单元是用户实现行为节能的基础。在供热计量温控一体化***中，一方面要满足不同用户供热需求的差异性，另一方面还需考虑供热***调控策略的合理性，防止用户温控阀频繁启闭导致的二网水力波动和缩短阀门的使用寿命。
为了实现用户行为节能条件下的供需匹配平衡，因此发明一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法。
发明内容：
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是，提供了一种末端用户安装温控器或散热器恒温阀的可调供热***热用户行为节能特征的辩识方法。该辩识方法能辨识出用户的行为节能规律，根据辩识结果得出调控的室温预期目标值。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法，其特征在于，获取本栋楼宇或当前供热区域的热数据，分析末端可调供热***在待研究的供暖期不同热用户的采样时刻设定室温数据，将每个采样时刻的调节意愿分为“上调”、“下调”和“不变”三类，分析工作日与节假日两种用热模式在每天相同时刻的累计调节次数，得出一种末端用户安装温控器或散热器恒温阀的可调供热***热用户行为节能特征的辩识方法。
步骤S1，分析对比待研究的供暖期内所有热用户的采样时刻设定室温，并对当前采样时刻设定室温与上一采样时刻设定室温进行对比，将每个采样时刻的调节意愿分为“上调”、“下调”和“不变”三类。根据两个采样时刻设定室温的差值大小判断相应用户的调节意愿，ti,j+1-ti,j＞0，判断为“上调”；ti,j+1-ti,j＝0，判断为维持不变；ti,j+1-ti,j＜0，判断为“下调”。
其中，ti,j第i用户第j个采样时刻的设定温度；ti,j+1为第i用户第j+1个采样时刻的设定温度；各用户的运行数据采样时刻为2小时，即每2h采集一次末端用户所设定的室温数据。
步骤S2，将工作日和节假日中相同采样时刻调节意愿相同的用户数分别进行累加，分析两种用热模式在每天相同采样时刻的累计调节次数，得出在待研究供暖期内每天的用户调节趋势，以此辨识出供暖***用户的行为节能特征，即辨识出具体的调控供热时段，再根据调控供热时段进行相应供热温度的调控，实现用户行为节能条件下的供需匹配平衡。
其中，在第j个采样时刻整个待研究供暖期所有用户“上调”的累积次数为公式(1)所示，“下调”的累积次数为公式(2)所示。
Figure BDA0003392945780000021
Figure BDA0003392945780000022
Msj为第j个采样时刻内所有用户上调的次数；Mxj为第j个采样时刻内所有用户下调的次数；
Figure BDA0003392945780000023
为在整个待研究的供暖季内第i个用户在第j个采样时刻内上调的次数；
Figure BDA0003392945780000024
为在整个待研究的供暖季内第i个用户在第j个采样时刻内下调的次数；n为在第j个采样时刻具有行为节能动作的用户数。
步骤S3，根据辩识出的行为节能规律(辨识出具体的调控供热时段)得到该规律下用户的室温预期目标值，所有用户的室温预期目标温度为公式(3)所示，
Figure BDA0003392945780000025
其中，ty为预期目标温度；ti,j第i用户第j个采样时刻的实际设定温度；Fi为第i用户的供暖面积；F为总的供暖面积；n为在第j个采样时刻具有行为节能动作的用户数；p为调控供热时段内的总采样时刻数，p<m，y表示调控供热时段，各用户的运行数据采样周期为24h，2h采样一次，因此采样周期内总的采样时刻数m＝12。
由于各个热力公司对供热***调控时都有预期调控目标值，所以用户的实际设定温度也有上限值tis,j，当用户实际设定室温大于上限值时，将该上限值作为用户的实际设定温度，带入公式(3)中来计算行为节能规律下的室温预期目标值，当由公式(3)计算出的预期目标温度ty大于上限值时，则以上限值作为所有用户的室温预期目标值。
获得不同调控供热时段的所有用户的室温预期目标值后，根据该预期目标值对用户的供热需求进行调控。
所述待研究的供暖期可以为当前楼宇或当前供热区域的历史供暖季数据，也可以是当前供暖季前一段试运行期间的用户调节设定室温数据，在实际使用中，在整个供暖季实时进行设定室温的数据采集，进行动态调整，能及时应对用户不在等突发情况存在，进而实现用户行为节能条件下的供需匹配平衡的实时调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过分析供热***不同热用户的采样时刻设定室温数据，将每个采样时刻的调节意愿分为“上调”、“下调”和“不变”三类，计算两种用热模式在每天相同时刻的累计调节次数，辩识出供热***热用户行为节能特征及室温预期目标值，最终得出一种末端用户安装温控器或散热器恒温阀的可调供热***热用户行为节能特征的辩识方法。采用此方法，使供热***调控具有适时性、指导性，实现用户行为节能条件下的供需平衡。
本申请能够根据实际用户设定情况辨识出行为节能特征，考虑到用户的供热需求，根据实际的用户室温数据辨识出特征进行供热调控，利用所辨识出的调控供热时段来调节供热，可相应的制定热力站调控策略，能够显著节省阀门开启次数，减缓水力波动，增强阀门的寿命，满足需求的条件下更加节能。
附图说明
图1带有温度控制器的供热计量温控一体化***图(1为户用热量表，2为智能通断温控阀，3为室温控制器，4为数据采集器，5为散热器，6为数据传送线，7为上位机平台)。
图2带有散热器恒温阀的供热***图(8为散热器恒温阀，9为室温采集器，4为数据采集器，5为散热器，7为上位机平台，6为数据传送线)。
图3两种用热模式下累计调节次数偏差分析，图3中(a)为工作日用热模式下的累计调节次数偏差分析图；图3中(b)为节假日用热模式下的累计调节次数偏差分析图。
图4两种用热模式下的室温预期目标值。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
基于智能供热***下一种末端用户安装温控器可调的供热***(参见图1)热用户行为节能特征辨识方法，具体步骤为，
步骤S1，分析对比供暖季内所有热用户在采样周期内的所有采样时刻设定室温数据，并对当前采样时刻设定室温与上一采样时刻设定室温相比，将每个采样时刻的调节意愿分为“上调”、“下调”和“不变”三类。
步骤S11，调节意愿的具体分类方法为：根据两个相邻采样时刻的设定室温的差值大小判断调节意愿，ti,j+1-ti,j>0，判断为“上调”；ti,j+1-ti,j＝0，判断为维持不变；ti,j+1-ti,j<0，判断为“下调”。
其中，ti,j为第i用户第j个采样时刻的设定温度；ti,j+1为第i用户第j+1个采样时刻的设定温度；n为在第j个采样时刻具有行为节能动作的用户数，各用户的运行数据每2小时采样一次，即相邻采样时刻间隔2h。
步骤S2，将工作日和节假日两种用热模式中相同采样时刻调节意愿相同的用户数进行累加，分析两种用热模式(工作日与节假日)在每天相同采样时刻的累计调节次数，得出在当前供暖季内的调节趋势,以此辨识出供暖***用户的行为节能特征。
其中，在第j个采样时刻整个供暖期所有用户“上调”的累积次数为公式(1)所示，“下调”的累积次数为公式(2)所示。
Figure BDA0003392945780000031
Figure BDA0003392945780000032
Msj为第j个采样时刻内所有用户上调的次数；Mxj为第j个采样时刻内所有用户下调的次数；
Figure BDA0003392945780000041
为整个供暖季内第i个用户在第j个采样时刻内上调的次数；
Figure BDA0003392945780000042
为整个供暖季内第i个用户在第j个采样时刻内下调的次数；n为所有用户数。
因只研究用户改变目标室温的规律，所以对于“不变”的次数不做统计，将两种用热模式“上调”和“下调”的累积次数进行分析辩识，得出供热***用户的行为节能特征。
步骤S3，根据辩识出的行为节能规律得到该规律下用户的室温预期目标值，各用户的室温预期目标值为公式(3)所示，
Figure BDA0003392945780000043
其中，ty为预期目标温度；ti,j第i用户第j个采样时刻的实际设定温度；Fi为第i用户的供暖面积；F为总的供暖面积；n为在第j个采样时刻具有行为节能动作的用户数；p为调控供热时段内的总采样时刻数，p<m，y表示调控供热时段。
通过室温数据分析得出的行为节能规律与室温预期目标值对各用户进行调控。
末端用户散热器恒温阀可调的供热***(参见图2)热用户行为节能特征辨识的具体步骤与上述末端用户安装温控器可调的供热***热用户行为节能特征辨识方法一致。
实施例1
本实施例为末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法：
1.以天津市某高校教师公寓供热***为研究对象，该***共有48栋居住建筑，共1216户。整个供热***由一个热力站通过二级管网向各用户输配热量，满足用热需求。该供热***为典型的供热计量温控一体化***(参见图1)，***由户用热量表1、智能通断温控阀2、室温控制器3、数据采集器4、散热器5和上位机平台7构成，***图如图1所示。户用热量表1可对用户的采暖耗热量进行计量，采集用户的热量及流量，实现供热计量收费管理；用户热力入口安装智能通断温控阀2，智能通断温控阀2可采集用户的回水温度、压力等，且可以开启或关闭阀门开度来满足用户目标室温要求；室内安装室温控制器3，可采集室内温度及用户设定室温目标值；当室内温度大于用户设定温度0.5℃时，智能通断温控阀2自动关闭；当室内温度小于用户设定温度0.5℃时，智能通断温控阀2自动开启，实现按需供热；数据采集器4采集户用热量表的流量、热量、供回水温度、室内温度、用户设定温度等信息，采用GPRS远程传输至上位机平台7，同时热力站部分主要是通过调节阀门开度或者水泵频率来控制供水温度和流量实现自动控制，热力站的流量、热量、温度、压力等运行参数远程传输至上位机平台7。
2.以2019-2020年供暖季热用户数据进行统计，利用上述辩识方法进行辨识分析，得到整个供暖季所有工作日和节假日各行为节能用户的累积调节次数，将“上调”与“下调”累积次数的偏差作为分析对象，结果如图3所示。
由图3可知，工作日与节假日在相同时刻的累计调节次数的偏差及调节趋势不同。计算工作日与节假日在相同时刻的累计调节次数的偏差，获得工作日和节假日上调和下调的偏差曲线，偏差曲线中以采样时刻为横坐标，以上下调累计次数偏差值为纵坐标，在偏差为0且偏差值发生正负转变的点，认为是转折点；确定转折点后，相邻转折点组成的区间即为具体的调控供热时段。上下调累计次数偏差值＝相同采样时刻下的所有用户上调的次数与所有用户下调的次数之差。
从(a)可以看出，工作日上调和下调的偏差曲线有4个典型的转折点(偏差为0且偏差值发生正负转变的点认为是转折点)，分别为5点、8点、17点及22点，5点-8点之间上调和下调的累积次数相同且趋势均为增多；8点-17点上调累积次数数明显开始减少，下调的累计次数明显增多；17点-22点正好与上个时段相反。
由(b)可知，节假日上调和下调的偏差曲线有4个典型的转折点，分别为8点、11点、16点及22点，22点-8点之间上调和下调的累计次数少，调节少且规律基本一样，所以归为一个调节时间段；8点-11点上调的累计次数明显高于下调的累计次数；11点-16点上调累计次数明显开始减少，下调的累计次数明显增多；16点-22点正好与上个时段相反。
结合用户工作日和节假日的生活作息并考虑***节能情况，将工作日时段划分为四段：22～次日5点、5～8点、8～17点和17～22点。节假日时段划分为为四段：22～次日8点、8～11点、11～16点和16～22点。以此作为不同用热模式下供热***用户的行为节能特征，用来指导供热***的调控。所述行为节能特征是指用户需要调控的不同供热时段的划分区间。
根据上述辩识得出的各用户行为节能特征确定室温预期目标值，通过公式(3)计算不同用热模式下各个供热时段的室温预期目标值ty，公式(3)中第i用户的供暖面积和总的供暖面积的比值不变，仅每个采样时刻的实际设定温度不同，本实施例中y＝1～4，结果参见图4。工作日用热模式下：22～次日5点时段内室温预期目标值温度为18℃；4～8点时段内室温预期目标值温度为21℃；8～17点时段内室温预期目标值温度为18.5℃；17～22点时段内室温预期目标值温度为21℃。节假日用热模式下：22～次日6点时段内室温预期目标值温度为18℃；6～11点时段内室温预期目标值温度为21℃；11～16点时段内室温预期目标值温度为19.5℃；16～22点时段内室温预期目标值温度为21℃。
计算得出的ty由上位机平台7经过处理后将调控信号下发至智能通断温控阀阀2处，智能通断温控阀阀2做出开启阀门或关闭阀门的指令，调节室内温度至室温预期目标值ty。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种末端可调供热***热用户行为节能特征的辨识方法，其特征在于，获取本栋楼宇或当前供热区域的热数据，分析末端可调供热***在待研究的供暖期不同热用户的采样时刻设定室温数据，将每个采样时刻的调节意愿分为“上调”、“下调”和“不变”三类，分析工作日与节假日两种用热模式在每天相同时刻的累计调节次数，辨识出末端用户安装温控器或散热器恒温阀的可调供热***的热用户行为节能特征，该辨识方法的具体过程是：
步骤S1，分析对比待研究的供暖期内所有热用户的采样时刻设定室温，并对当前采样时刻设定室温与上一采样时刻设定室温进行对比，根据两个采样时刻设定室温的差值大小判断相应用户的调节意愿，ti,j+1-ti,j＞0，判断为“上调”；ti,j+1-ti,j＝0，判断为维持不变；ti,j+1-ti,j＜0，判断为“下调”；
其中，ti,j第i用户第j个采样时刻的设定温度；ti,j+1为第i用户第j+1个采样时刻的设定温度；
步骤S2，将工作日和节假日中相同采样时刻调节意愿相同的用户数分别进行累加，分析两种用热模式在每天相同采样时刻的累计调节次数，得出在待研究供暖期内每天的用户调节趋势，以此辨识出供暖***用户的行为节能特征，即辨识出具体的调控供热时段，再根据调控供热时段进行相应供热温度的调控，实现用户行为节能条件下的供需匹配平衡；
其中，在第j个采样时刻整个待研究供暖期所有用户“上调”的累积次数为公式(1)所示，“下调”的累积次数为公式(2)所示；
Figure FDA0003897090630000011
Figure FDA0003897090630000012
Msj为第j个采样时刻内所有用户上调的次数；Mxj为第j个采样时刻内所有用户下调的次数；
Figure FDA0003897090630000013
为在整个待研究的供暖季内第i个用户在第j个采样时刻内上调的次数；
Figure FDA0003897090630000014
为在整个待研究的供暖季内第i个用户在第j个采样时刻内下调的次数；n为在第j个采样时刻具有行为节能动作的用户数；
步骤S3，根据辨识出具体的调控供热时段得到用户的室温预期目标值，所有用户的室温预期目标温度为公式(3)，
Figure FDA0003897090630000015
其中，ty为预期目标温度；ti,j第i用户第j个采样时刻的实际设定温度；Fi为第i用户的供暖面积；F为总的供暖面积；p为调控供热时段内的总采样时刻数，p<m，y表示调控供热时段，m为采样周期内总的采样时刻数；
由于各个热力公司对供热***调控时都有预期调控目标值，所以用户的实际设定温度也有上限值
Figure FDA0003897090630000016
当用户实际设定室温大于上限值时，将该上限值作为用户的实际设定温度，带入公式(3)中来计算行为节能规律下的室温预期目标值，当由公式(3)计算出的预期目标温度ty大于上限值时，则以上限值作为所有用户的室温预期目标值；
获得不同调控供热时段的所有用户的室温预期目标值后，根据该预期目标值对用户的供热需求进行调控。
2.根据权利要求1所述的辨识方法，其特征在于，各用户的运行数据采样周期为24h，各用户的运行数据采样时刻为2小时，即2h采样一次，m＝12。
3.根据权利要求1所述的辨识方法，其特征在于，所述待研究的供暖期为当前楼宇或当前供热区域的历史供暖季数据，或者为当前供暖季前一段试运行期间的用户调节设定室温数据，在实际使用中，整个供暖季实时进行设定室温的数据采集，进行动态调整，能及时应对突发情况存在，进而实现用户行为节能条件下的供需匹配平衡的实时调整。
4.根据权利要求1所述的辨识方法，其特征在于，热用户行为节能特征的获得方式为：计算工作日与节假日在相同时刻的累计调节次数的偏差，获得工作日和节假日上调和下调的偏差曲线，偏差曲线中以采样时刻为横坐标，以上下调累计次数偏差值为纵坐标，在偏差为0且偏差值发生正负转变的点，认为是转折点；确定转折点后，相邻转折点组成的区间即为具体的调控供热时段。
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