一种新型原油加热撬云端加热控制系统及方法与流程

1.本发明属于原油加热撬领域，尤其涉及一种新型原油加热撬云端加热控制系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.对于油田原油采出液的加热，通常需要使用原油加热撬进行。传统的加热方式通过电加热、水套炉等方式，加热耗能较多，成本也很高。随着节能减排的政策引导，传统的高耗能方式逐步淘汰，部分井口采用了太阳能加热的方式。
4.例如申请号为cn202110875456.2、名称为一种用于原油的太阳能加热方法及设备的中国发明专利申请，该申请公开了以下内容：获取来自第一温度传感器的第一温度以及原油抵达时间；其中，所述第一温度传感器设置于原油加热区域，所述原油加热区域设置有与太阳能加热装置连接的加热管道；在所述第一温度小于第一预设温度值、且所述原油抵达时间大于预设时间值的情况下，确定所述太阳能加热装置是否满足加热条件；若是，则生成太阳能加热指令，并将所述太阳能加热指令发送至控制终端，以使所述控制终端控制所述太阳能加热装置运行，在所述原油到达所述原油加热区域之前，通过所述加热管道对所述原油加热区域进行预加热。
5.然而，发明人发现，现有的基于太阳能进行原油加热的技术手段并不完善，仍然存在一系列的问题。受限于太阳能的能量密度，达到预期的加热热负荷需要足够的受热面积，为了增大受热面积就需要大幅增大投入成本；太阳能单一热源方式不能有效可靠的解决加热负荷问题；同时，太阳能白天和夜间存在巨大差异，使得原油加热任务在夜晚进行时面临很大的挑战。


技术实现要素：

6.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供了一种新型原油加热撬云端加热控制系统及方法，基于本发明的云端加热控制系统，可灵活调动太阳能、风能、空气能、蓄能、电加热多种加热方式，基于云计算的多能耦合算法，以节能模式、节费模式、原油温度优先模式的多种优先模式实时智能调控运行，最大程度利用新能源的多能互补方案。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明的第一个方面提供一种新型原油加热撬云端加热控制系统。
9.一种新型原油加热撬云端加热控制系统，包括：
10.传感器组，其用于采集太阳辐射能、风能、空气温湿度和原油温度，并将采集的实时数据发送至本地plc；
11.本地plc，其用于接收传感器组采集的实时数据，将实时数据发送至云端控制器，
接收云端控制器反馈的寻优决策指令，并将寻优决策指令发送至执行机构；
12.云端控制器，其用于接收本地plc转发的实时数据，在节能算法、节费算法、原油温度优先算法之间寻优，并将寻优决策指令发送至本地plc；
13.执行机构，其用于接收本地plc转发的寻优决策指令，基于寻优决策指令输出节能模式、节费模式或原油温度优先模式。
14.优选的，所述节能算法为：优先按照太阳能、风能、空气能的顺序用能，空气能的利用不考虑波峰谷的时段影响，蓄能始终保持在满蓄模式下。
15.优选的，所述节费算法为：优先利用太阳能、风能的顺序用能，空气能在电网波谷时段全力运行，充分蓄能；在电网波峰时段避免启动空气能，在太阳能、风能利用基础上，充分叠加释放蓄能。
16.优选的，所述原油温度优先算法为：优先空气能、太阳能、风能的顺序用能，根据需要启动电加热，保障蓄能系统循环工作，使原油的温度在原油换热最低保障温度以上。
17.优选的，所述执行机构包括水泵1、水泵2、空气能热泵、电加热器和水箱，所述水箱内设置有换热介质，所述水泵1、水泵2用于实现太阳能对换热介质的换热，所述空气能热泵用于实现空气能对换热介质的换热，所述电加热器用于对原油加热撬进行加热。
18.优选的，所述节能模式为：启动水泵1和空气能热泵，水箱内换热介质温度低于设定值下限时，启动水泵1和空气能热泵；当水箱内换热介质温度高于设定值上限时，停止水泵1和空气能热泵。
19.优选的，所述节费模式为：波谷时段，启动水泵1、空气能热泵，水箱内换热介质温度高于设定值上限时，停止水泵1，空气能热泵；水箱内换热介质温度低于设定值下限时，启动水泵1、空气能热泵；波峰时段，启动水泵2、空气能热泵，水箱内换热介质温度高于设定值上限时，停止水泵2，空气能热泵；水箱内换热介质温度低于设定值下限时，启动水泵2、空气能热泵。
20.优选的，所述原油温度优先模式为：启动水泵1、空气能热泵，水泵1、空气能热泵保持运行，原油温度低于设定值下限时，启动电加热器；原油出口温度高于设定值上限时停止电加热器。
21.优选的，所述云端控制器和本地plc之间通过4g网关进行通信。
22.本发明的第二个方面提供一种基于上述新型原油加热撬云端加热控制系统的控制方法。
23.一种基于上述新型原油加热撬云端加热控制系统的控制方法，包括以下步骤：
24.传感器组采集太阳辐射能、风能、空气温湿度和原油温度，并将采集的实时数据发送至本地plc；
25.接收传感器组采集的实时数据，将实时数据发送至云端控制器；
26.云端控制器接收本地plc转发的实时数据，在节能算法、节费算法、原油温度优先算法之间寻优，并将寻优决策指令发送至本地plc；
27.本地plc接收云端控制器反馈的寻优决策指令，并将寻优决策指令发送至执行机构；
28.执行机构接收本地plc转发的寻优决策指令，基于寻优决策指令输出节能模式、节费模式或原油温度优先模式。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.1、本发明提供了一种新型原油加热撬云端加热控制系统及方法，基于本发明的云端加热控制系统，可灵活调动太阳能、风能、空气能、蓄能、电加热多种加热方式，基于云计算的多能耦合算法，以节能模式、节费模式、原油温度优先模式的多种优先模式实时智能调控运行，最大程度利用新能源的多能互补方案。
31.2、利用本发明所述的一种新型原油加热撬云端加热控制系统及方法，能够有效避免现有技术中采用单一太阳能热源的方式对原油加热撬进行加热时，无法保证受热面积、满足加热负荷的问题。
32.3、本发明避免了现有技术中采用单一太阳能进行加热时，加热时间敏感和受限的缺点，采用本发明的原油加热撬云端控制系统及方法，能够实现加热时间的自由支配。
33.4、本发明充分合理的利用多种新能源：太阳能、风能、空气能，实现了节能减排的目的。
34.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
35.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
36.图1是本发明实施例一的系统结构示意图；
37.图2是本发明实施例二的方法流程示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.本发明是一种新型原油加热撬云端加热控制系统及方法，通过传感器对太阳辐射能、风力、空气温湿度、温度的数据跟踪采集并将数据上传至本地plc，通过本地plc将数据实时传输给云端控制器，在云端控制器进行实时数据分析，智能耦合匹配原油加热的热源，基于云计算数据寻优，对太阳能、风能、空气能、蓄能、电加热等多种加热蓄热方式进行多能耦合控制，将多种新能源加热方式互补耦合进行调度控制，同时根据电网的波峰谷变化，进行实时联调联动，最终得到一个云端控制器的决策指令，然后将数据分析后的决策指令下发到本地plc，本地plc控制执行机构进行相应动作的转换。
41.本发明中云端控制器的基于云计算数据寻优，为通过对多能耦合过程中的历史数据记录和实时采集数据，基于数据分析算法，进行数据正向推演，通过迭代匹配计算，在用能-蓄能-换热关系之间寻优。
42.实施例一
43.本实施例公开了一种新型原油加热撬云端加热控制系统。
44.如图1所示，一种新型原油加热撬云端加热控制系统，包括：
45.传感器组，其用于采集太阳辐射能、风能、空气温湿度和原油温度，并将采集的实时数据发送至本地plc；
46.本地plc，其用于接收传感器组采集的实时数据，将实时数据发送至云端控制器，接收云端控制器反馈的寻优决策指令，并将寻优决策指令发送至执行机构；
47.云端控制器，其用于接收本地plc转发的实时数据，在节能算法、节费算法、原油温度优先算法之间寻优，并将寻优决策指令发送至本地plc；
48.执行机构，其用于接收本地plc转发的寻优决策指令，基于寻优决策指令输出节能模式、节费模式或原油温度优先模式。
49.所述传感器组至少包括太阳能辐射传感器、风速传感器、空气温湿度传感器和原油温度传感器，太阳能辐射传感器用于采集太阳辐射能、风速传感器用于采集风能、空气温湿度传感器用于采集空气温湿度、原油温度传感器用于采集原油温度。
50.风能是以风热的形式一直提供热源，耦合原理是基于一个动态阈值设定，动态阈值取决于蓄能温度、原油换热温度。
51.本发明安全设置方面设计有刹车线路，在风力超负荷、故障状态下自动刹车保护。
52.进一步的，所述节能算法为：优先按照太阳能、风能、空气能的顺序用能，空气能的利用不考虑波峰谷的时段影响，蓄能始终保持在满蓄模式下。
53.节能算法的应用情景为：当云端控制器接收到本地plc转发的实时数据之后，根据太阳能辐射传感器、风速传感器、空气温湿度传感器采集的数据计算得出太阳能、风能和空气能，并与云端控制器预设的所需加热能量进行比较，若太阳能和风能的能量之和小于预设的所需加热能量，同时太阳能、风能和空气能的能量之和大于预设的所需加热能量，那么就将节能算法作为寻优决策指令，输出相应的节能模式至本地plc，由本地plc将节能模式传输给执行机构进行后续执行动作。
54.进一步的，所述节费算法为：优先利用太阳能、风能的顺序用能，空气能在电网波谷时段全力运行，充分蓄能；在电网波峰时段避免启动空气能，在太阳能、风能利用基础上，充分叠加释放蓄能。
55.进一步的，所述原油温度优先算法为：优先空气能、太阳能、风能的顺序用能，根据需要启动电加热，保障蓄能系统循环工作，使原油的温度在原油换热最低保障温度以上。
56.原油温度优先算法的应用情景为：当云端控制器接收到本地plc转发的实时数据之后，根据太阳能辐射传感器、风速传感器、空气温湿度传感器采集的数据计算得出太阳能、风能和空气能，并与云端控制器预设的所需加热能量进行比较，若太阳能、风能和空气能的能量之和小于预设的所需加热能量，那么就将原油温度优先算法作为寻优决策指令，优先空气能、太阳能、风能的顺序用能，根据需要启动电加热，保障蓄能系统循环工作，使原油温度维持在原油换热最低保障温度以上。
57.此时，云端控制器输出相应的原油温度优先模式至本地plc，由本地plc将原油温度优先模式传输给执行机构进行后续执行动作。
58.进一步的，所述执行机构包括水泵1、水泵2、空气能热泵、电加热器和水箱，所述水箱内设置有换热介质，所述水泵1、水泵2用于实现太阳能对换热介质的换热，所述空气能热泵用于实现空气能对换热介质的换热，所述电加热器用于对原油加热撬进行加热。
59.本实施例中，设置有水箱，水箱内存放换热介质。所述空气热能泵用于从空气中吸
收热量对换热介质进行加热。
60.所述电加热器用于对原油加热撬进行电加热。
61.本实施例中，为了充分利用太阳能，在室外设置有加热池，加热池内也设置有换热介质，该换热池内的换热介质只利用太阳能进行加热。所述水泵1和水泵2用于对换热介质进行循环，将室外换热池内经过换热后的介质通入水箱内，并与水箱内原有的换热介质进行混合。
62.通过室外换热池内的换热介质和太阳能进行换热从而实现太阳能的能量转移，再利用被太阳能加热过后的换热介质与水箱内的换热介质进行混合，待水箱内温度达到设定值时对原油加热撬进行加热。
63.在本实施例中，所述换热介质为水。
64.进一步的，所述节能模式为：水箱内换热介质温度低于设定值下限时，启动水泵1和空气能热泵，使水箱内换热介质的温度尽快达到设定值从而完成对原油加热撬的加热；当水箱内换热介质温度高于设定值上限时，停止水泵1和空气能热泵。
65.进一步的，所述节费模式为：波谷时段，水箱内换热介质温度低于设定值下限时，启动水泵1、空气能热泵，水箱内换热介质温度高于设定值上限时，停止水泵1，空气能热泵；波峰时段，水箱内换热介质温度低于设定值下限时，启动水泵2、空气能热泵，水箱内换热介质温度高于设定值上限时，停止水泵2，空气能热泵。
66.水泵1、水泵2互为备用关系，智能偶合平台会记录跟踪每台水泵的运行参数、时间、以水泵健康算法维度推算不固定周期，切换运行，保障水泵健康状态一致性，避免因长时间闲置或者长时间投用所引起的损坏。
67.进一步的，所述原油温度优先模式为：启动水泵1、空气能热泵，水泵1、空气能热泵保持运行，原油温度低于设定值下限时，启动电加热器；原油出口温度高于设定值上限时停止电加热器。
68.进一步的，所述云端控制器和本地plc之间通过4g网关进行通信。
69.实施例二
70.本实施例公开了一种新型原油加热撬云端加热控制方法。
71.一种基于上述新型原油加热撬云端加热控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
72.传感器组采集太阳辐射能、风能、空气温湿度和原油温度，并将采集的实时数据发送至本地plc；
73.接收传感器组采集的实时数据，将实时数据发送至云端控制器；
74.云端控制器接收本地plc转发的实时数据，在节能算法、节费算法、原油温度优先算法之间寻优，并将寻优决策指令发送至本地plc；
75.本地plc接收云端控制器反馈的寻优决策指令，并将寻优决策指令发送至执行机构；
76.执行机构接收本地plc转发的寻优决策指令，基于寻优决策指令输出节能模式、节费模式或原油温度优先模式。
77.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
78.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
79.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
80.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
81.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
82.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。