[发明专利]智慧热网集成系统及其控制方法

权利要求书

1.智慧热网集成系统，包括热源、供热调度首站、换热站、一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网，热源经一级供热管网与各换热站相连，各换热站经二级供热管网与各个楼宇供热管网相连，楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连，供热调度首站设有主控制系统，主控制系统连接有自动化控制系统、热计量系统、地理信息系统、热源DCS系统；一级供热管网设有一级控制器，二级供热管网设有二级控制器，其特征在于各楼宇管网设有楼宇控制器，一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网分别设有热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀，一级供热管网、二级供热管网的循环泵上设有控制循环泵转速的变频器，热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀、变频器与本级的控制器相连，楼宇控制器、一级控制器、二级控制器与主控制系统经网络连接，实现数据实时监控；楼宇控制器与楼宇供热管网的电动调节阀电气连接，控制电动调节阀的开度。

2.根据权利要求1所述的智慧热网集成系统，其特征在于所述的楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连的进户主管上设有户用热表。

3.根据权利要求1或2所述的智慧热网集成系统，其特征在于设有室外温度采集器，室外温度采集器与主控制系统相连，或者主控制系统与互联网相连，采集天气预报中的室外温度数据。

4.根据权利要求1所述的智慧热网集成系统，其特征在于主控制系统包括热源数据交换模块、一级供热管网监控模块、换热站监控模块、虚拟站监控模块、楼栋热力入口监控模块、室内供热系统远程调控模块，其控制方法如下：

   一、热源数据交换模块获得室外温度参数值和地理信息系统里所有建筑总的供热面积，根据附录1里运算公式，计算出各一级供热管网总的：

    1)采暖设计热负荷、2)相对热负荷、3)采暖热负荷需热量、4)循环流量、5)平均单位循环水量、6)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、7) 一级供热管网运行供水温度、8) 一级供热管网运行回水温度、9) 运行温差、10) 一级供热管网瞬时循环流量；根据上述计算值向热源DCS系统发出所有一级供热管网所需的热水流量、温度、压力、热量等参数值；

实际采集各一级供热管网的：一级供热管网供水温度、一级供热管网回水温度、一级供热管网瞬时循环流量、室外温度、一级供热管网实际累计循环流量、一级供热管网瞬时热量、一级供热管网累计热量，与计算出的各一级供热管网总的各参数进行比较、分析供热热源所供给的热量是否是供需平衡，并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；

    二、一级供热管网监控模块获取地理信息系统里的各一级供热管网总的供热面积和当前室外温度，根据附录1里运算公式，计算出一级供热管的：1)循环流量、2)平均单位循环水量、3)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、4) 一级供热管网运行供水温度、5) 一级供热管网运行回水温度、6) 运行温差、7) 一级供热管网瞬时循环流量；实时采集一级供热管网的以下参数：1)供水温度、2)回水温度、3)供水压力、4)回水压力、5瞬时循环流量、6)瞬时热量、7)累计流量、8)累计热量；存入自动化控制系统；并与上述计算值进行比较、分析是否供需平衡，并将比较值发送给热源数据交换模块，用以调节热源提供热水的参数；并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；热源厂为每条一级供热管网分配热能，通过每条一级供热管网上的循环泵控制每条一级供热管网供回水压力，通过每条一级供热管网上的调节阀控制每条一级供热管网供回水温度；

  三、换热站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本换热站的实际供热面积，根据并根据附录2里运算公式，计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度；

和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；并将数据传输至二级控制器里、进行PID运算，使二级供热管网供回水平均温度与二级供热管网运行供回水平均温度成为PID里PV值和SP值，计算出二级管网的换热站一级网入口处的电动调节阀的开度，使二级供热管网供回水平均温度计算值与二级供热管网实际运行供回水平均温度相一致；在另外一路PID运算里使实时二级供热管网供回水压差为PID里的PV值、二级供热管网供回水压差设定值为PID里的SP值，从而计算出二级供热管网变频循环泵的频率开度，使实时二级供热管网供回水压差和二级供热管网供回水压差计算值相一致；  

四、虚拟站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本虚拟站的供热总面积，根据并根据附录2里运算公式，计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度，并和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据； 

五、楼栋热力入口监控模块：获得室外温度参数值，同时从地理信息系统获得当前楼栋的供热面积，根据并根据附录3里运算公式，计算出：楼栋所要供给的设计供水温差、用户散热器设计平均计算温差、运行供水温度、运行回水温度、温差、平均温度参数，并存入自动化控制系统，同时采集实时楼栋数据：1)实时楼栋供水温度；2)实时楼栋回水温度；3)实时楼栋供水压力；4)实时楼栋回水压力；5)调节阀开度；7)实时楼栋平均温度；8)实时楼栋温差；

计算出楼栋平均温度计算值或温差计算值，将采集的实时楼栋平均温度值和楼栋平均温度计算值或实时楼栋温差值和楼栋温差计算值通过PID运算，得出楼栋电动调节阀阀门的开度，并向楼栋电动调节阀执行部分发出控制命令；并向智慧热网集成系统系统内保存数据；并通过和热计量系统里数据：1)实时用户供水温度；2)实时用户回水温度；3)实时瞬时流量；4)实时累计流量；5)实时用户温差；6)实时用户户内温度；进行比较、分析当前运行的实际值与当前理论计算的计算值是否合理，是否能达到供需平衡；

附录1

采暖设计热负荷=采暖面积*设计热指标*3600/Pow(10,9)；

相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；

采暖热负荷需热量=采暖设计热负荷*相对热负荷；

循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；

平均单位循环水量=循环流量/采暖面积*1000；

一级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(设计供水温度+设计回水温-室内采暖计算温度)/2；

热网运行供水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)+0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；

热网运行回水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)-0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；

运行温差=热网运行供水温度-热网运行回水温度；

一级供热管网瞬时循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；

附录2

二级供热管网设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；

二级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；

二级供热管网相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；

二级供热管网运行供水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；

二级供热管网运行回水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；

二级供热管网温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；

二级供热管网平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2；

附录3

设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；

用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；

相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；

运行供水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；

运行回水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；

温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；

平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2。

5.根据权利要求4所述的智慧热网集成系统的控制方法，其特征在于所述的室内供热系统远程调控模块用于实时采集取暖用户室内温度，完成室内供热系统的各个运行参数的监控，并和主控系统进行数据交换与运算。