一种供热用户端智能热力水力控制方法与流程

1.本发明涉及热力水力控制技术，特别是一种供热用户端智能热力水力控制方法。


背景技术：

2.在目前的供热系统中，用户端的热力水力平衡控制通常情况在初始预供热阶段进行人工调节来实现。在实际使用过程中，热源站的输出功率变化或者用热期内遇到暖冬或者严寒冬季的情况下依旧执行预供热阶段人工调节的配置。
3.这种情况下，造成了暖冬或者日常高温时间段系统热能以及热源站泵站的电能损耗大规模的浪费，入户同出户热水温差大部分时间都≤20℃的最优温差，乃至在部分情况下处于小于等于10℃的情况。或者在严寒冬季因为用户端输入热能功率不足导致用户换热片无法全力工作造成用热户室温达不到预期效果，极大了影响了用户使用体验。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种供热用户端智能热力水力控制方法，在升温阶段，持续保持热管温度同室内环境温度的温差，最大化提升室内升温速度，在保温阶段，依据设定室温为基准，最大化消耗热管内的介质热能，降低流量，降低整体管道负荷。在突遇室外环境温度骤降情况，根据室内外温度差，实时开启补温模式，确保室内温度不受室外环境温度变化影响。在室外环境温度变高情况下，自主开启节能模式，降低不必要的热损耗以及水力损耗。总管供热及水力供应能力发生变化时，自主匹配主管热值功率，保证系统最低供热能力。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现。
6.一种供热用户端智能热力水力控制方法，步骤包括：
7.1)通过在调试阶段，测算入户和出户的压力差、室内外温差、室内升温速率数据计算出该用户的热效率模型、沿程压力损失模型等进行本地保存；
8.2)采用动态管理办法，针对高速升温、常规保温、室内外低温差、室内外高温差使用工况，设计并计算不同的管理办法，采用比例积分微分控制方式调整并修正控制策略，获取最优控制方法；
9.3)建立本地化运行特征库，结合数字孪生技术，同云端计算特征库相匹配和修正，自主学习用户习惯和管理习惯；
10.4)将物理调节控制策略和算法调节控制策略相结合。
11.调试阶段：
12.开启边缘控制器、流量计、入户温度传感器、入户压力传感器、出户压力传感器、出户温度传感器、室外温度传感器、室内温度传感器，并将入户电动调节阀和出户流量调节阀开启最大流通直径，记录当前室内室外温度数值t1/t2，记录对应时间节点的入户温度传感器和出户温度传感器的温度差
△
t，记录入户压力传感器和出户压力传感器的压力差
△
p以及4的压力值p，记录流量q；计算当前环境温度和入口压力下的压力差、温度差以及升温速
率之间的数学关系或曲线关系，建立沿程压力损失同热交换速率比例模型；
13.以当前室内温度每上升1℃为一个节点，在该时间段内使用的时间为t1，在该时间段内平均入户温度t
入
，平均出户温度t
出
，以及流量q1，计算该时间节点内消耗热功率w1＝q1*c*(t
入-t
出
)；
14.读取当前t1时间段内管道平均压力差
△
p1，室内外平均温度差
△
t1，管道进出口平均温度差
△
t
管1
＝(t
入-t
出
)，建立简单数据模型f(t1)＝(
△
p1；
△
t1；
△
t
管1
；w1)
15.依照以上方式建立每个1摄氏度之间的室内温度变化数据组f(tx)＝{f(t1)，f(t2)，f(t3)，f(t4)，f(t5)
……
f(t
x
)}并储存以上数据；
16.当室内外温差每变化5℃为一个区间建立数据模型f(
△
t1)＝{(w1+w2+w3+w4+w5)/5；(
△
p1+
△
p2+
△
p3+
△
p4+
△
p5)/5；(
△
t
管1
+
△
t
管2
+
△
t
管3
+
△
t
管4
+
△
t
管5
)/5)；
△
p1；(t1+t2+t3+t4+t5)/5}
17.依照以上方式建立每室内外温差5℃为区间的数据组f(
△
t1x)＝{f(
△
t
11
)，f(
△
t
12
)，f(
△
t
13
)
……
f(
△
t
1x
)}，并存储以上数据；
18.以管道进出口温度差每降低1℃为一个区间，读取该区间内使用的时间t2，在该时间段内的户内外温度t1/t2，该时段内的流量q2；
19.计算该时间段内的户内升温幅度
△
t1＝t1
1-t12，该时间段内室内外温度差平均值
△
20.t2＝{(t2
1-t11)+(t2
2-t12)}/2，计算该时间段内的平均热功率w2＝q2*c*1；
21.建立简单数据模型f(
△
t
管
)＝(
△
t1；
△
t2；w2；
△
p)，依照以上方式建立简单数据组f(
△
t
管
x)＝{f(
△
t
管1
)；f(
△
t
管2
)；f(
△
t
管3
)；
……
；f(
△
t
管x
)}
22.建立数字模型库并存储和发送以上为该用户的简易升温阶段数字模型。
23.升温阶段：根据用户组给定最大流量值q
出
，控制器给定入户电动调节阀和出户流量调节阀开度信号，其中出户流量调节阀全开，入户电动调节阀依据计算出口开度，如开度曲线为线性曲线则x＝100％*kv/q
出
，如开度曲线为抛物线则x＝(2pq
出
+a)
ˇ
1/2其中p和a为阀门开度曲线给定常量，并执行该开度。
24.保温阶段：读取当前室内外温差，读取中进出口管道温差最大的数据f(
△
t
管
max)＝(
△
t1；
△
t2；w2；
△
p)对应的值特征数值，匹配p)对应的值特征数值，匹配中当前室内外温差(t1-t2)
min
时候的相关特征值，根据两次获取的特征值取
△
t
管
max时的q以及(t1-t2)
min
时的w的相关数据，计算出的热交换率计算当前入户温度和压力下需要的通过流量q，此时入户电动调节阀全开，计算出出户流量调节阀的开度(如开度曲线为线性曲线则x＝100％*kv/q
出
，如开度曲线为抛物线则x＝(2pq
出
+a)
ˇ
1/2其中p和a为阀门开度曲线给定常量)，边缘控制器给定入户电动调节阀和出户流量调节阀新的开度。
25.相比于现有技术，本发明的优点在于：1、实现了用户升温期和保温期的差异化管理，通过自主调节热力平衡和水力平衡的方式降低非必要能耗。
26.2、实现在保温期内的低流量作业，降低了整体管道的动力消耗，提升管道热力使用率，降低供热泵站的热交换功率以及泵输出功率，在差异化的能耗管理模式下实现能源的高利用率，实现节能减排的目标。
27.3、利用边缘计算技术和数字孪生技术相结合的方法，实现用户习惯的快速定义以及用户热利用基本参数的快速定义，对不同使用工况下的用户热能保供提供有力保障。
附图说明
28.图1为本发明结构示意图。
29.图中：1、流量计；2、入户电动调节阀；3、入户温度传感器；4、入户压力传感器；5出户压力传感器；6、出户温度传感器；7、出户流量调节阀；8、边缘控制器；9、室外温度传感器；10、室内温度控制器；11、室内温度传感器。
具体实施方式
30.下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
31.一种供热用户端智能热力水力控制方法，步骤包括：1、通过在调试阶段，测算入户和出户的压力差、室内外温差、室内升温速率等数据计算出该用户的热效率模型、沿程压力损失模型等进行本地保存。
32.2、采用动态管理办法，针对高速升温、常规保温、室内外低温差、室内外高温差等使用工况，设计并计算不同的管理办法，采用比例积分微分控制方式调整并修正控制策略，获取最优控制方法。
33.3、建立本地化运行特征库，结合数字孪生技术，同云端计算特征库相匹配和修正，自主学习用户习惯和管理习惯，降低本地管理策略变化时计算量以及计算时间，提升响应速率。
34.4、将物理调节控制策略和算法调节控制策略相结合，通过半自动—自动—智能的技术路线，实现长期有效的热能管理策略。
35.实施例
36.如图1所示，调试阶段：
37.开启边缘控制器8、流量计1、传感器3/4/5/6/9/11，并将2和7开启最大流通直径，记录当前室内室外温度9、11数值t1/t2，记录对应时间节点的3和6的温度差
△
t，记录4和5的压力差
△
p以及4的压力值p，记录流量q。
38.计算当前环境温度和入口压力下的压力差、温度差以及升温速率之间的数学关系或曲线关系，建立沿程压力损失同热交换速率比例模型。
39.以当前室内温度每上升1℃为一个节点，在该时间段内使用的时间为t1，在该时间段内平均入户温度t
入
，平均出户温度t
出
，以及流量q1，计算该时间节点内消耗热功率w1＝q1*c*(t
入-t
出
)。
40.读取当前t1时间段内管道平均压力差
△
p1，室内外平均温度差
△
t1，管道进出口平均温度差
△
t
管1
＝(t
入-t
出
)，建立简单数据模型f(t1)＝(
△
p1；
△
t1；
△
t
管1
；w1)
41.依照以上方式建立每个1摄氏度之间的室内温度变化数据组f(tx)＝{f(t1)，f(t2)，f(t3)，f(t4)，f(t5)
……
f(t
x
)}并储存以上数据。
42.当室内外温差每变化5℃为一个区间建立数据模型f(
△
t1)＝{(w1+w2+w3+w4+w5)/5；(
△
p1+
△
p2+
△
p3+
△
p4+
△
p5)/5；(
△
t
管1
+
△
t
管2
+
△
t
管3
+
△
t
管4
+
△
t
管5
)/5)；
△
p
1；
(t1+t2+t3+t4+t5)/5}
43.依照以上方式建立每室内外温差5℃为区间的数据组f(
△
t1x)＝{f(
△
t
11
)，f(
△
t
12
)，f(
△
t
13
)
……
f(
△
t
1x
)}，并存储以上数据。
44.以管道进出口温度差每降低1℃为一个区间，读取该区间内使用的时间t2，在该时间段内的户内外温度t1/t2，该时段内的流量q2。
45.计算该时间段内的户内升温幅度
△
t1＝t1
1-t12，该时间段内室内外温度差平均值
△
t2＝{(t2
1-t11)+(t2
2-t12)}/2。计算该时间段内的平均热功率w2＝q2*c*1。
46.建立简单数据模型f(
△
t
管
)＝(
△
t1；
△
t2；w2；
△
p)，依照以上方式建立简单数据组f(
△
t
管
x)＝{f(
△
t
管1
)；f(
△
t
管2
)；f(
△
t
管3
)；
……
；f(
△
t
管x
)}
47.建立数字模型库并存储和发送以上为该用户的简易升温阶段数字模型。
48.升温阶段
49.根据用户组给定最大流量值q
出
，控制器给定2和7开度信号，其中7全开，2依据计算出口开度(如开度曲线为线性曲线则x＝100％*kv/q
出
，如开度曲线为抛物线则x＝(2pq
出
+a)
ˇ
1/2其中p和a为阀门开度曲线给定常量)并执行该开度。。
50.保温阶段，读取当前室内外温差，读取中进出口管道温差最大的数据f(
△
t
管
max)＝(
△
t1；
△
t2；w2；
△
p)对应的值特征数值，匹配p)对应的值特征数值，匹配中当前室内外温差(t1-t2)
min
时候的相关特征值，根据两次获取的特征值取
△
t
管
max时的q以及(t1-t2)
min
时的w的相关数据，计算出的热交换率计算当前入户温度和压力下需要的通过流量q，此时2全开，计算出7的开度(如开度曲线为线性曲线则x＝100％*kv/q
出
，如开度曲线为抛物线则x＝(2pq
出
+a)
ˇ
1/2其中p和a为阀门开度曲线给定常量)，控制器8给定2和7新的开度。