一种城市智慧能源管理系统的制作方法

本发明涉及一种能源管理系统。

背景技术：

城市能源供应包括供电、供冷、供热、供燃气、供热水等，本次针对城市的供冷、供热系统，提出一种新型的城市智慧化能源管理办法。城市的供冷、供热是指对某一特定区域内的建筑物群，由专门的能源中心集中制备冷水或热水，通过区域管网向区域建筑单体供冷供热。

城市供冷供热系统存在着复杂多变的特性，系统在每天的运行过程中，受外部环境条件及使用条件的影响，每时每刻的运行状态都在不停的变化。针对该变化，常规的城市能源供应系统为达到节能的目的，多采用变流量系统，各分支用户根据自身需要调节供水循环泵的频率。但是一个分支用户流量的变化，势必影响主管网系统流量的变化，主管网系统的变化又势必引起其他分支用户流量的变化，分支系统之间的水力工况相互影响，使得整个空调系统一直处于一个紊乱变化的环境下运行，并且管网系统的不平衡在城市多能源联合供能的系统上表现得尤为明显。在此基础上，很多设计单位会考虑在各个管路系统中增加一些自力式平衡阀来调节。最终导致的结果就是：系统变流量运行节约的能耗又浪费在了克服平衡阀的阻力上了，并没有实现系统最稳定的运行以及真正意义上的节能。

通常整个城市能源供应系统划分为冷热水制备、冷热水输送和冷热水使用三个部分，形成一次环路、二次环路和负荷侧环路。一次环路由冷热源（锅炉、热泵、冷水机组等）、一级泵、供回水管和平衡管组成，负责冷热水的制备；二次环路由连通管、室外输送管网、二级泵、板换一次侧供回水管路、板式换热器组成，负责冷热水输送；负荷侧环路由板式换热器、末端循环水泵、末端供回水管网、末端空调设备组成，负责冷热水的使用。如图1所示。

传统的能源管理系统的控制方式是单纯反馈控制，即依据温度、压力传感器的在线监测，将信号反馈给相应水泵和电动阀门进行相应调节。

（1）首先负荷侧末端循环水泵通常是根据检测到的最不利环路压差进行变频控制，本控制是基于末端用户的风盘、地盘管或组合式空调器等安装了电动二通阀或电动调节阀。当末端设备启动时，电动二通阀或电动调节阀开启或调节，末端设备停止工作时，电动二通阀或电动调节阀也随之关闭。随着电动二通阀或电动调节阀开启、关闭或调节，供回水管之间的压差会随之发生变化。此时，压差控制器将压差信号反馈给负荷侧水泵，利用变频调速来满足最不利用户的基本压差值。

存在的问题：室外气候等的变化及室内温湿度的变化，若不影响电动二通阀的开关或电动调节阀的开度，循环水泵是不会进行变流量运行的，往往造成能量的浪费；较为有利的用户末端的开关或调节也几乎不会影响最不利环路的压差，循环水泵一样不会调频运行。

（2）其次二级泵通常是根据检测到的板换二次侧供水总管的温度的变化进行变频控制，当板换二次侧供水温度发生变化时，调节二级泵的频率，保障板换二次侧供水温度恒定。

存在的问题：二次侧供水总管上的温度信号有一定的延时性，无法及时反馈末端用户最真实的使用情况；其中一个用户二级泵流量的变化会影响主管网系统流量的变化，主管网系统流量的变化又会影响其他分支用户流量的变化，分支系统之间相互影响、相互干扰，造成系统一直处于不平衡的运行状态。

（3）一级泵往往根据冷热源设备的额定流量设定，定流量运行。

存在的问题：实际如热泵主机等设备，可在额定流量的50%~150%状态下运行，且不一定是额定流量下的设备效率最高，造成系统在运行时，一二级泵之间的流量有流量差，一直在通过平衡管进行平衡，造成能量的浪费。

（4）此外，系统中往往设置如静态平衡阀或动态平衡阀，根据设计工况或调试工况设定好初始开度，根据增加或减少分支路的阻力，来实现管网的平衡。

存在问题：设计工况或调试工况往往与实际运行工况差异很大，平衡阀的效果往往与预期的效果差异很大；平衡阀的调节是一种增加管网阻力损失的调节，设置的越多，能量浪费越严重。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种城市智慧能源管理系统，实现整个供能管路系统的水力平衡，减少系统不必要的损耗。

本发明解决其技术问题的具体方案是：

一种城市智慧能源管理系统，包括如下步骤：

第一步：建立整个城市能源供应的仿真管理模型；

城市能源供应仿真模型将能源制备系统、管网输送系统和用户使用系统集成在统一的一个大系统中，仿真管理模型建立步骤如下：

(1) 建立供能用户的冷热负荷计算模型：尽可能多的将供能范围的所有建筑根据不同的建筑业态、不同朝向、不同建筑高度建立相应的建筑模型，通过输入室外的气象参数计算出供能范围内所有建筑的冷热负荷；

(2) 将系统所有的输配系统建立模型：包括一次管网循环系统、二次管网循环系统、末端用户循环系统；

(3) 搜集系统中所有设备的性能参数，包括热泵主机的负荷性能参数和水泵运行特性曲线；

(4) 通过将上述系统、模型、设备性能参数全部结合起来，形成一整套的仿真管理模型；

第二步：建立能源供应范围内的用户负荷预测管理系统；

用户负荷预测管理系统是基于冷热负荷计算模型的前提，能将未来一段时间的气象资料参数输入至冷热负荷计算模型，计算出未来一段时间的冷热负荷数值，结合历史运行数据，自动生成未来用户负荷数据；该用户负荷预测管理系统主要包括负荷分析预测、负荷管理；

（1）负荷分析预测是基于负荷计算模型，通过建立的建筑物的仿真模型，输入所在地区典型气象参数或未来气象参数，可以对建筑室内环境参数、建筑环境控制系统运行状况及建筑能耗进行全年逐时负荷模拟预测计算；

（2）负荷管理是将负荷分析预测数据与实际运行的负荷数据进行对比分析，通过大数据管理，优化校正负荷计算模型，并能较准确的分析出未来负荷情况；

第三步：建立实时能源供应数据采集系统；

实时数据的采集主要包括室外环境参数的采集、末端设备使用情况的采集、供能系统实际运行数据的采集，

（1）室外环境参数的采集：实时采集室外温湿度、大气压力参数；

（2）末端设备使用情况的采集：包括末端设备的开启、关闭、调节变化；

（3）供能系统实际运行数据的采集：指监测供能系统实际运行情况，采集实时的供回水温度、压力、流量实际运行数据；

第四步：将负荷预测值输入仿真管理模型，找出最优的初始运行工况点；

将负荷预测管理系统分析出的负荷预测值，输入到仿真管理模型的负荷模型组件中，运行城市能源供应的仿真模型，根据管网输配系统模型及设备性能特性分析计算出最优的初始运行工况点；

第五步：根据仿真模拟结果，设定系统运行最佳的初始运行工况点；

将第四步仿真运行得到的最佳运行工况点，通过控制系统，输入到实际供能系统中，作为系统运行最佳的初始运行工况点，对供能系统进行初次调节；

第六步：定时采集实时的运行数据，输入仿真管理模型，计算出实时的最佳运行工况；根据能源供应数据采集系统实时采集的数据，定时输入仿真管理模型，分析计算出实时的最佳运行工况点；

第七步：根据仿真模拟结果，设定系统运行最佳的实时运行工况点；

将第六步计算得到的最佳运行工况点数据，通过控制系统，输入到实际供能系统中，对供能系统进行再次调节，既保证能源供应区域内的末端用户的空调使用效果，又能实现整个供能管路系统的二次水力平衡，达到系统实时的最佳运行工况点；

第八步：建立大数据库，定期优化负荷预测管理系统及仿真管理模型，使其最大程度接近实际情况；建立整个城市能源供应的大数据库，定期优化负荷预测管理系统及仿真管理模型，使其最大程度接近实际情况，为系统最优化运行提供基本根据，实现整个城市能源供应系统的智慧化管理。

本发明的城市能源管理系统在保证能源供应区域内的末端用户的空调使用舒适度前提下，实现整个供能管路系统的水力平衡，减少系统不必要的损耗，并协助提高建筑设备运营水平，减少维护管理人员和大量开支。本发明采用的方法是通过设置一套模拟系统，提前对末端用户的负荷预测，设定整个系统最优的运行状态，再通过实时反馈控制系统在进行实时的优化调整，实现最优化、最节能的运行目的。

附图说明

图1是传统城市能源供应系统控制原理简化图。

图2是本发明的城市能源供应系统管理办法系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的作进一步的详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

城市能源供应系统管理办法系统流程图如图2所示，具体步骤如下：

第一步：建立整个城市能源供应的仿真管理模型；

城市能源供应仿真模型将能源制备系统、管网输送系统和用户使用系统集成在统一的一个大系统中。仿真模型与实际系统的接近程度越近，仿真结果对整个系统控制越有利，因此本发明最核心的内容就是必须建立与实际最相似的仿真模型。仿真模型建立步骤如下：

(1)建立供能用户的冷热负荷计算模型：尽可能多的将供能范围的所有建筑根据不同的建筑业态、不同朝向、不同建筑高度建立相应的建筑模型，通过输入室外的气象资料等参数能够计算出供能范围内所有建筑的冷热负荷；

(2)将系统所有的输配系统建立模型：包括一次管网循环系统、二次管网循环系统、末端用户循环系统。

(3)搜集系统中所有设备的性能：如热泵主机的部分负荷性能参数、水泵运行特性曲线等。

(4)通过将上述系统、模型、设备性能参数全部结合起来，形成一整套的仿真管理模型。

第二步：建立能源供应范围内的用户负荷预测管理系统；

用户负荷预测管理系统是基于冷热负荷计算模型的前提，除了能将未来一段时间的气象资料等参数输入至冷热负荷计算模型，计算出未来一段时间的冷热负荷数值外，还可以结合历史运行数据，自动生成未来用户负荷数据。该管理系统主要包括负荷分析预测、负荷管理。

（1）负荷分析预测是基于负荷计算模型，通过建立的建筑物的仿真模型，输入所在地区典型气象参数或未来气象参数等数据，可以对建筑室内热湿光等环境参数、建筑环境控制系统运行状况及建筑能耗等进行全年8760小时逐时负荷模拟预测计算。

（2）负荷管理是将负荷分析预测数据与实际运行的负荷数据进行对比分析，通过大数据管理，优化校正负荷计算模型，并能较准确的分析出未来负荷情况。

第三步：建立实时能源供应数据采集系统；

实时数据的采集主要包括室外环境参数的采集、末端设备使用情况的采集、供能系统实际运行数据的采集。

（1）室外环境参数的采集：室外微环境的变化同样会影响预测负荷的准确性，通过实时采集室外温湿度、大气压力等参数，为负荷预测管理系统提供可靠的分析数据。

（2）末端设备使用情况的采集：末端用户设备的启停会随着人员进入或离开而发生变化，实际使用的负荷会随着末端设备的开启、关闭、调节等发生人为性的变化。仅靠负荷预测管理系统是无法真正掌握末端实际使用负荷的变化，因此还需采集末端设备使用情况数据进行实时使用负荷的校正。

（3）供能系统实际运行数据的采集：指监测供能系统实际运行情况，采集实时的供回水温度、压力、流量等实际运行数据。

第四步：将负荷预测值输入仿真管理模型，找出最优的初始运行工况点；

将负荷预测管理系统分析出的负荷预测值，输入到仿真管理模型的负荷模型组件中。运行城市能源供应的仿真模型，根据管网输配系统模型及设备性能特性等分析计算出最优的初始运行工况点。

第五步：根据仿真模拟结果，设定系统运行最佳的初始运行工况点；

将第四步仿真运行得到的最佳运行工况点，通过控制系统，输入到实际供能系统中，作为系统运行最佳的初始运行工况点，对供能系统进行初次调节。

第六步：定时采集实时的运行数据，输入仿真管理模型，计算出实时的最佳运行工况；

根据能源供应数据采集系统实时采集的数据，定时（可设定）输入仿真管理模型，分析计算出实时的最佳运行工况点。

第七步：根据仿真模拟结果，设定系统运行最佳的实时运行工况点；

将第六步计算得到的最佳运行工况点数据，通过控制系统，输入到实际供能系统中，对供能系统进行再次调节。既保证能源供应区域内的末端用户的空调使用效果，又能实现整个供能管路系统的二次水力平衡，达到系统实时的最佳运行工况点。

第八步：建立大数据库，定期优化负荷预测管理系统及仿真管理模型，使其最大程度接近实际情况。

建立整个城市能源供应的大数据库，包括住宅、商业、酒店、办公等的能源供应管理数据。定期优化负荷预测管理系统及仿真管理模型，使其最大程度接近实际情况，为系统最优化运行提供基本根据，实现整个城市能源供应系统的智慧化管理。

（1）建立城市能源数据库，对城市不同用能对象进行用能诊断，为各级决策者提供多维、直观、全面、深入的负荷预测及仿真管理模型数据，为下一次的城市能源规划打下良好基础。

（2）建立城市能源数据库，建立可以对用能和减排工作进行智能支持的能源消耗信息网络。通过能源消耗信息网络，可以随时查阅各个时间的用能情况及用能设备的节能情况、设备改造情况。可以对城市不同用能对象的耗能行为和能源市场细分，自动分析各对象的用能指标，对能耗趋势提前预警，对节能减排工作进行监督。