一种蒸汽和热水协同的供热系统、方法、设备及存储介质

摘要

本发明公开了一种蒸汽和热水协同的供热系统、方法、设备及存储介质，属于智慧供热系统领域，基于信息物理系统融合的供热系统产能、输配、用能全过程数字化建模，结合智能传感、物联网、大数据、人工智能等技术，能够显著提升供热系统生产管理及调度运行技术水平，协助解决现存的供热系统管理与调度问题，从而提升蒸汽热网运行的安全性、可靠性，提高蒸汽、热水利用效率、降低管网损失、降低能耗。本发明采用先进技术对系统的安全运行进行预警及预测分析，实现了智慧供热系统的安全高效运行和管控。

说明书

技术领域

本发明属于智慧供热系统领域，涉及一种蒸汽和热水协同的供热系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

国内外相关领域的研究实践，以及德国提出的工业3.2.0的总体技术路线均表明，建设容纳“互联网+”智慧能源概念的工业生产系统的关键在于建设数字孪生系统。“数字孪生”是通过先进的感知、通信、计算与控制技术，构建物理系统的映射模型。通过信息空间的在线分析与统筹优化，实现物理空间内复杂系统资源要素的优化配置，按需响应、动态优化、广域协调。融合数字孪生系统的智慧化供热系统，能够将感知、计算、通信、控制等信息技术与企业生产中供热系统生产、运输、需求等环节有机融合，将物理实体、生产环境和输运过程精准映射到虚拟空间并进行实时反馈，能够作用于生产全过程，从系统级、再到多系统集成级不断深化，实现城市集中供热生产范式的重构，推动城市集中供热系统智慧化提升。

与此同时，现有的供热系统无论距离热源较近的用户还是较远的用户，统一采用蒸汽供热，造成蒸汽资源的浪费。由于行业的特殊性，工业园区技术发展的重心在于提升其供热系统的生产安全性。就供热系统而言，化工园区在蒸汽供热管网的设计建设与运行维护上投入了大量的人力物力，但设备老化、热源分布不尽合理等问题仍然严重威胁着蒸汽供热管网的安全运行。同时，蒸汽管道运行过程因为各种因素可能发生水击风险，引起管道振动变形，严重时甚至发生管道爆炸，造成人员伤亡事故。一些大型供热系统中，管网流动复杂，解列运行方式多变，管网存在一定隐患，迫切需要运用先进技术对系统的安全运行进行预警及预测分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，供热系统对蒸汽的转化利用水平较低、蒸汽管网流动复杂且存在安全隐患的缺点，提供一种蒸汽和热水协同的供热系统、方法、设备及存储介质。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种蒸汽和热水协同的供热系统，包括：

热源设备组建单元，在热源处设置供热首站，并利用热水为近热源用户供热；

数据采集单元，用于采集热源及各节点的温度、压力、流量和热量数据并对采集的数据进行存储；

计量分析单元，与数据采集单元相交互，用于对采集的数据进行分析处理，获取各节点的供热信息；

调控单元，与计量分析单元相交互，基于热源负荷分配标准和热网平衡原则，根据各节点的供热信息，对各节点的设备发出调度控制指令。

优选地，所述热源设备组建单元中，供热首站通过换热器将蒸汽转化为热水，并将热水传输至近热源用户。

优选地，所述调控单元包括管理中心及与管理中心电连接的各节点的控制器。

优选地，所述调控单元还包括报警模块，当节点出现异常情况时，报警模块向管理中心报警。

优选地，所述计量分析单元包括连实时分析模块，用于对数据进行连续动态分析，并生成报表。

进一步优选地，所述控制器为PLC控制器。

一种蒸汽和热水协同的供热方法，包括如下步骤：

步骤一，在热源处设置供热首站和换热器，通过换热器将蒸汽转化为热水，并将热水传输至近热源用户。

步骤二，建立数字化模型，将热源与各节点的监测设备相互连接；

步骤三，采集热源及各节点的温度、压力、流量和热量数据并对采集的数据进行存储；

步骤四，对步骤二采集的数据进行分析处理，获取各节点的供热信息；

步骤五，基于热源负荷分配标准和热网平衡原则，根据各节点的供热信息，对各节点的设备发出调度控制指令。

优选地，步骤二所述的数字化模型是基于智能传感、物联网、大数据和人工智能技术建立的。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述供热方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述供热方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种蒸汽和热水协同的供热系统，基于信息物理系统融合的供热系统产能、输配、用能全过程数字化建模，结合智能传感、物联网、大数据、人工智能等技术，能够显著提升供热系统生产管理及调度运行技术水平，协助解决现存的供热系统管理与调度问题，从而提升蒸汽热网运行的安全性、可靠性，提高蒸汽、热水利用效率、降低管网损失、降低能耗。利用本发明系统，全网单次仿真计算所需时间小于90秒，在可比工况下，全网压力、流量、温度仿真计算与实际测量值偏差小于7％，全网关键位置增加测点可进一步减小偏差。发生具有蒸汽停滞水击风险的工况时，能够在10分钟内向操作运行人员发出报警信息。供热系统中所有热源母管进出口热工参数实现100％监测；供热系统中热源循环泵、管网中继泵参数实现100％监测；供热系统中热力站一次侧进出口热工参数实现95％以上的监测；供热系统中热力站一次电调阀门实现95％以上的安装；供热系统全部监测数据实现5分钟/次上传。

本发明还公开了一种蒸汽和热水协同的供热方法，在热源处设置供热首站和换热器，通过换热器将蒸汽转化为热水，并将热水传输至近热源用户，将热源与各节点的监测设备相互连接；采集热源及各节点的温度、压力、流量和热量数据并对采集的数据进行存储；数据进行分析处理，获取各节点的供热信息；基于热源负荷分配标准和热网平衡原则，根据各节点的供热信息，对各节点的设备发出调度控制指令。全网单次仿真计算所需时间小于90秒，在可比工况下，全网压力、流量、温度仿真计算与实际测量值偏差小于7％，全网关键位置增加测点可进一步减小偏差，全网蒸汽在线流动状况刷新时间最大为60秒。本发明采用先进技术对系统的安全运行进行预警及预测分析，实现了智慧供热系统的安全高效运行和管控。

附图说明

图1为蒸汽热水协同供热示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

一种蒸汽和热水协同的供热系统，包括：

热源设备组建单元，在热源处设置供热首站，并利用热水为近热源用户供热；

数据采集单元，用于采集热源及各节点的温度、压力、流量和热量数据并对采集的数据进行存储；

计量分析单元，与数据采集单元相交互，用于对采集的数据进行分析处理，获取各节点的供热信息；

调控单元，与计量分析单元相交互，基于热源负荷分配标准和热网平衡原则，根据各节点的供热信息，对各节点的设备发出调度控制指令。调控单元还包括报警模块，当节点出现异常情况时，报警模块向管理中心报警。

实施例2

除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。

调控单元包括管理中心及与管理中心电连接的各节点的控制器。计量分析单元包括连实时分析模块，用于对数据进行连续动态分析，并生成报表。热源设备组建单元中，供热首站通过换热器将蒸汽转化为热水，并将热水传输至近热源用户。控制器为PLC控制器。

实施例3

一种蒸汽和热水协同的供热方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一，在热源处设置供热首站和换热器，通过换热器将蒸汽转化为热水，并将热水传输至近热源用户。

步骤二，建立数字化模型，将热源与各节点的监测设备相互连接；数字化模型是基于智能传感、物联网、大数据和人工智能技术建立的。

步骤三，采集热源及各节点的温度、压力、流量和热量数据并对采集的数据进行存储；

步骤四，对步骤二采集的数据进行分析处理，获取各节点的供热信息；

步骤五，基于热源负荷分配标准和热网平衡原则，根据各节点的供热信息，对各节点的设备发出调度控制指令。

本发明系统的工作原理如下：

蒸汽热水协同供热，在满足远近距离用户需求的基础上，实现供热经济性。增加设置供热首站，利用换热器，实现蒸汽向热水的转换。利用热水短距离供暖经济性和蒸汽长距离供暖经济性，降低整体系统供暖成本，提高系统供暖效率，从而使供暖系统经济性和环保性提升。智能化策略，按照管网本身的特性供给不同质量的水或蒸汽，尽可能满足用户的需要。构建物理系统的映射模型。通过信息空间的在线分析与统筹优化，实现物理空间内复杂系统资源要素的优化配置。基于信息物理系统融合的供热系统产能、输配、用能全过程进行数字化建模。结合智能传感、物联网、大数据、人工智能等技术构建数字化平台。通过建立的数字化平台，实现供热系统的能耗分析、数据收集整理等。

实施例4

本发明方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

实施例5

本发明还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

应用例

针对某热电厂的热网系统进行设计规划，建立蒸汽和热水协同供热智能控制管理系统。增加设置供热首站，利用换热器，实现蒸汽向热水的转换。供热首站的设置位置在热源附近，以便使热水负责热源附近用户的供暖需求满足，使蒸汽负责离热源距离较远的用户供暖需求的满足。充分利用热水短距离供暖经济性和蒸汽长距离供暖经济性，降低整体系统供暖成本，提高系统供暖效率，从而使供暖系统经济性和环保性提升。

热网智能控制管理系统实现运行操作人员在监控调度中心完成对热源、热网和换热站的供热运行状态的了解，显示整个供热系统运行状态，包括当前换热站的主要运行参数、经济参数指标及目标值与偏差值、安全性参数指标等生产运行管理人员需要关注的参数；同时对系统的压力报警、断电报警、温度报警等报警状态进行分析。根据运行操作、生产管理及设备管理人员的要求，提供完善、灵活的显示方式，对生产过程进行有效的监控，指导相关人员完成生产过程、系统或设备分析，更好的进行操作调整与管理决策。

利用本发明系统，具体实现的效果如下：

计算时间：全网单次仿真计算所需时间<90秒

仿真精度：在可比工况下，全网压力、流量、温度仿真计算与实际测量值偏差<7％，全网关键位置增加测点可进一步减小偏差。

实时仿真刷新频率：全网蒸汽在线流动状况刷新时间<＝60秒

事故预警：发生具有蒸汽停滞水击风险的工况时，10分钟内向操作运行人员发出报警信息。

供热系统中所有热源母管进出口热工参数实现100％监测；

供热系统中热源循环泵、管网中继泵参数实现100％监测；

供热系统中热力站一次侧进出口热工参数实现95％以上的监测；

供热系统中热力站一次电调阀门实现95％以上的安装；

供热系统全部监测数据实现5分钟/次上传。

综上所述，本发明的蒸汽和热水协同的供热系统，能够显著提升供热系统生产管理及调度运行技术水平，协助解决现存的供热系统管理与调度问题，从而提升蒸汽热网运行的安全性、可靠性，提高蒸汽、热水利用效率、降低管网损失、降低能耗。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。