基于模糊控制的集中供热系统节能技术研究

摘要

随着经济的发展和社会的进步，人们的节能环保意识在不断增强。我国北方城市冬季集中供暖方式已经普及，但普遍自动化程度不高，供热效果不好，能源利用率不高，如何使整个集中供热系统既处于一种稳定良好的运行状态又节约能源已成为供热领域的重要课题。因此建立一套成熟的自动化热网监控系统，研究一种智能化的供热控制算法势在必行。
　　在研究了集中供热系统的总体结构和运行原理的基础上，确定了合适的供热调节方式，建立了一套成熟的热网监控系统，该系统由换热站DCS控制柜和远程中心监控系统两部分组成，通过物联网(IoT)技术实现无线的数据传输和指令传达。这套系统不仅提高了供热控制系统的自动化程度，而且解决了供热负荷区域不平衡的问题，大大节约了能源，有效实现了对集中供热系统的集中管理和分散控制的目标。
　　通过对实际供热参数与室外气温变化关系的统计归纳整理，针对供水温度控制系统非线性、时变性、滞后性等特征，提出了二次网供水温度的预测模型及控制策略。利用动态特性曲线建立了供水温度数学模型，设计了RBF神经网络预测模型预测二次网供水温度，并提出了一种自适应Smith-Fuzzy-PID控制算法，实现对二次网供水温度的闭环控制。对所建立的数学模型、预测模型及控制算法进行了仿真实验，结果表明，所采用的控制算法与常规Smith-PID控制相比，鲁棒性好，可有效控制因放大倍数和时间常数改变的系统模型，验证了所采用控制方法的可行性和实效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题研究的主要内容

1．4 本章小结

第二章 集中供热系统的监控方案制定

2．1 集中供热系统的结构

2．2 换热站的运行与调节

2．2．1 换热站的运行过程

2．2．2 供热调节方式的选择

2．3 换热站供热系统监控方案制定

2．4 本章小结

第三章 基于DCS的供热站监控系统设计

3．1 集散控制系统的结构与功能

3．1．1 集散控制系统的基本组成

3．1．2 集散控制系统的功能

3．2 换热站控制系统的硬件设计

3．2．1 控制系统的方案制定

3．2．2 DCS控制柜设计

3．2．3 DCS控制柜硬件介绍

3．3 软件程序设计及上位机编写

3．3．1 PLC程序设计

3．3．2 上位机编写

3．4 远程通讯及监控界面设计

3．4．1 建立通讯连接

3．4．2 远程监控界面设计

3．5 本章小结

第四章 供水温度的预测与控制策略研究

4．1 供热负荷预测算法的提出

4．1．1 供热负荷预测的意义

4．1．2 RBF网络预测的原理

4．2 RBF神经网络的热负荷预测

4．2．1 RBF神经网络模型定义

4．2．2 RBF神经网络算法学习

4．3 供水温度的控制系统

4．3．1 供水温度的调节原理

4．3．1 供水温度的控制系统构成

4．4 模糊PID算法的温度控制

4．4．1 Smith预估控制原理

4．4．2 模糊PID控制原理

4．4．3 Smith-Fuzzy-PID控制器设计

4．5 本章小结

第五章 供水温度的预测与控制实验验证

5．1 二次网供水温度系统的模型建立

5．2 RBF神经网络的供水温度预测实验

5．2．1 输入与输出变量的选择

5．2．2 负荷数据的预处理

5．2．3 样本训练及校验结果

5．3 自适应模糊算法的供水温度控制实验

5．3．1 RBF网络预测的建立

5．3．2 Smith-Fuzzy-PID控制器的建立

5．3．3 仿真实验结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 未来展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢