大數(shù)據(jù)分析在供熱運行監(jiān)測和節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

王玉哲

摘要：目前，集中供熱管網(wǎng)正朝著大型化、長距離方向發(fā)展，供熱面積超過1000萬平方米的多熱源環(huán)狀管網(wǎng)已較為普遍。隨著管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大和復(fù)雜程度的不斷提高，供熱單位根據(jù)自身情況建立了熱網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)，試圖通過智能手段了解管網(wǎng)運行狀況，進行節(jié)能降耗分析，優(yōu)化管網(wǎng)運行參數(shù)。傳統(tǒng)熱網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)以熱源、換熱站等網(wǎng)關(guān)為節(jié)點，通過實時監(jiān)測和傳輸溫度、壓力等參數(shù)，實現(xiàn)對節(jié)點運行狀態(tài)的控制。大數(shù)據(jù)分析是一種分析方法，它不使用抽樣調(diào)查，而是使用所有數(shù)據(jù)進行處理。實現(xiàn)了對全網(wǎng)水力工況、能耗預(yù)測等動態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，有助于熱網(wǎng)運行朝著科學調(diào)度、節(jié)能舒適的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析;供熱運行監(jiān)控;節(jié)能領(lǐng)域;應(yīng)用分析

隨著供熱用戶的不斷增加和節(jié)能減排工作的不斷推進，水力平衡調(diào)節(jié)已成為二次熱網(wǎng)需要解決的首要問題，而水力不平衡往往伴隨著更多的用戶投訴。傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)方法不僅效率低下，而且需要巨大的人工成本。這就需要利用大數(shù)據(jù)分析、機器學習等技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析、清理和篩選，提取有效的真實數(shù)據(jù)進行熱網(wǎng)分析和調(diào)控。

1供熱系統(tǒng)控制技術(shù)

在傳統(tǒng)的城市集中供熱系統(tǒng)控制技術(shù)中，當需要熱量時存在熱量大于熱浪費的問題，為了解決這一問題，采用聯(lián)合遠程監(jiān)控中心配合PLC開發(fā)的溫度補償控制策略，根據(jù)溫度補償反饋結(jié)果，對熱網(wǎng)供熱質(zhì)量和供熱效率進行評價，得出整個熱網(wǎng)的熱負荷，并根據(jù)實際供熱面積建立實時供水流量模型，以保證最高的供熱效率。系統(tǒng)中的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于組態(tài)王組態(tài)軟件來完成的，可以對熱網(wǎng)中的幾個二次熱站進行實時監(jiān)控。為了提高遠程監(jiān)控的效率，系統(tǒng)主界面可以集中顯示多個換熱站的信息。子界面可顯示各換熱站熱網(wǎng)回路、供水溫度、閥門開度、水泵壓力等參數(shù)。

2系統(tǒng)建設(shè)

2.1硬件

監(jiān)控系統(tǒng)：在熱源、調(diào)峰首站、接力泵站、網(wǎng)絡(luò)泵站、換熱站等通過位置安裝溫度、壓力、流量等儀表測量裝置，采集的數(shù)據(jù)通過DCS系統(tǒng)通過無線通信實時上傳到數(shù)據(jù)中心;典型用戶配備無線室溫遠程傳輸裝置。各換熱站設(shè)置循環(huán)水泵運行電流、給水泵流量監(jiān)測儀表，并設(shè)置泡沫水、煙霧傳感器、超溫報警裝置;溫度和流量測量裝置安裝在住宅用戶入口節(jié)點。

調(diào)控：熱電廠出口設(shè)第一熱源站，電廠熱網(wǎng)循環(huán)泵設(shè)液力偶合器;中繼泵站和網(wǎng)絡(luò)泵站中的增壓泵配備變頻器，變頻器具有就地操作和遠程控制功能。第一調(diào)峰站主熱源側(cè)和輔助側(cè)分別設(shè)置流量調(diào)節(jié)裝置。在換熱站，流量調(diào)節(jié)裝置安裝在一次側(cè)，變頻器安裝在二次循環(huán)水泵上。通過與站內(nèi)控制器聯(lián)動，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和泵閥聯(lián)動。

2.2大型數(shù)據(jù)庫

以歷年采暖季實際運行數(shù)據(jù)為樣本，建立了數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)庫，包括以下內(nèi)容：（1）室外逐時溫度、風力和濕度（2） 熱源運行溫度、壓力、流量、供水及能耗（3） 中繼泵站升壓泵的工作溫度、壓力、流量、頻率（4） 管網(wǎng)泵站、峰值熱源運行溫度、流量、壓力、流向、增壓泵頻率（5） 換熱站一、二次側(cè)運行溫度、壓力、流量、一次側(cè)調(diào)節(jié)閥開度、二次側(cè)循環(huán)水泵運行頻率、電流、二次側(cè)供水情況（6） 家用熱量表流量和溫度（7） 用戶的典型室內(nèi)溫度。

2.3平臺功能

在現(xiàn)有實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、能耗計算、歷史記錄查詢等功能的基礎(chǔ)上，基于大型數(shù)據(jù)庫開發(fā)了以下功能：（1）主輔熱源出力比分析功能（2） 未來日熱負荷預(yù)測（3） 全網(wǎng)水力工況動態(tài)分布顯示（4） 不同時段度日耗熱量的序貫和同比分析（5） 能耗異常輔助分析（6） 換熱站運行狀態(tài)預(yù)警（7） 自動調(diào)整換熱站運行參數(shù)。通過上述功能的實現(xiàn)，建立一套熱網(wǎng)運行監(jiān)控平臺，有助于優(yōu)化管網(wǎng)水力工況，保證安全生產(chǎn)運行，提高能效水平。

3換熱站節(jié)能運行技術(shù)升級

3.1換熱站的設(shè)計

在設(shè)計過程中，換熱站應(yīng)與當前供暖條件相匹配，并保留部分長期余量。在設(shè)計條件下，熱交換器的額定功率必須與其熱負荷相匹配，以使出口溫度達到額定值，而與熱交換系統(tǒng)的循環(huán)水流量無關(guān)。如果兩者相差較大，熱交換器二次側(cè)出口溫度將高于或低于設(shè)計值。在這兩種工況下，高于設(shè)計值會導(dǎo)致供熱量過大，系統(tǒng)效率降低，系統(tǒng)初始投資增加;低于設(shè)計值將導(dǎo)致系統(tǒng)供熱不足。因此，換熱站的合理設(shè)計是換熱站節(jié)能運行的前提。

3.2二次網(wǎng)絡(luò)運行的液壓平衡調(diào)整

換熱站水力失調(diào)是一個普遍存在的問題，目前尚無根本解決辦法。為了解決“遠冷近熱”的局面，供熱部門只能不斷提高二次供水溫度和循環(huán)流量。這種方法不能從根本上解決液壓不平衡問題，反而會加劇液壓不平衡。因此，二次管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)是換熱站節(jié)能運行調(diào)節(jié)的首要問題。要解決水力失調(diào)問題，首先要找出供熱水力失調(diào)的分支。通過調(diào)整支管管徑或使用平衡閥，可以調(diào)整和優(yōu)化支管的水力不平衡，從而緩解水力不平衡問題。

3.3水泵變頻控制

在換熱站運行過程中，如果水泵采用工頻運行，會造成水泵效率低、循環(huán)水量與供熱需求不匹配等問題。因此，對現(xiàn)有換熱站的水泵進行變頻節(jié)能改造。方案一：更換系統(tǒng)中不帶變頻的泵，采用新的變頻泵更換原泵。這種方法的缺點是增加了設(shè)備投資。方案二，利用變頻器對原有循環(huán)水泵進行變頻節(jié)能改造，該方案改造簡單，投資少。

3.4換熱站的自動控制

單純依靠人工調(diào)節(jié)，集中供熱調(diào)節(jié)已不能滿足供熱系統(tǒng)的節(jié)能要求。換熱站的自動控制應(yīng)采用PLC技術(shù)，包括PLC、變頻器、智能溫度控制器、各種傳感器。在控制過程中，實時監(jiān)控采用熱用戶、換熱站及供熱線路沿線節(jié)點的運行參數(shù)，根據(jù)室外溫度，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的控制方式。調(diào)節(jié)換熱站循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速、電動調(diào)節(jié)閥的開度和供水系統(tǒng)的恒壓，大大節(jié)約了人力物力成本。

4結(jié)論

在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，分析了一次熱源和二次熱源的輸出比，為多熱源網(wǎng)絡(luò)的熱資源配置提供了依據(jù)。根據(jù)歷年采暖季平均耗熱量，實現(xiàn)了對未來采暖季熱源日耗熱量和總能耗的預(yù)測。在管網(wǎng)運行層面，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)用于對換熱站的資本壓力頭的運行進行分類。結(jié)合實時數(shù)據(jù)采集，對管網(wǎng)的動態(tài)水力狀況進行監(jiān)測。此外，歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)的對比有助于判斷換熱站運行中是否存在異常，有助于運行人員從預(yù)警的角度及早發(fā)現(xiàn)潛在危險。

參考文獻

[1]柴國鈺.集中供熱系統(tǒng)量質(zhì)運行調(diào)節(jié)策略數(shù)據(jù)逆向識別方法[D].天津大學，2017.