一种基于仿真模拟的智慧供热系统

技术领域

本申请涉及仿真模拟技术领域，更具体地，涉及一种基于仿真模拟的智慧供热系统。

背景技术

随着中国城镇化进程的不断推进，我国大中型城市集中供热的规模不断扩大，面对庞大复杂的供热系统，供热企业需要平衡好供热安全、可靠、环保、舒适、经济的诸多方面目标的矛盾因素，给供热系统规划设计和调度运行提出了重大挑战，亟待采用现代化、科学化、智能化的方式在系统工程层面提升供热生产技术水平，这就需要对供热管网的实际运行情况进行分析以获得供热系统的优化调度、规划设计、诊断等策略，并寻找更加安全、经济、合理、高效的运行方式。

一般而言，对系统的分析有数据分析和机理分析两种方式。能源系统包括供热系统属于复杂开放的巨系统，影响因素和变量众多，如采用常规的大数据分析方式进行分析研究，得到的结论未必符合实际物理规律，也难以得到有效结论和优化方向。如基于热工水力学对供热管网进行机理研究，能够有根据地分析管网运行情况，研究得到的结论一般具有通用性，但纯机理研究一般假设有多种理想条件，实际运行情况与理论结果可能有所偏差。

现有技术往往只是采用单一的数据分析方式或机理研究方式对供热系统进行分析，其分析结果并不具备参考性，与实际供热系统运行情况偏差较大，因而不能对管网实际运行情况进行分析和研究。

因此，如何能够有效的分析供热管网系统使分析结果能够准确的反映实际运行情况，进而对管网实际运行情况进行分析和研究是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供基于仿真模拟的智慧供热系统，用以解决现有技术中对供热管网系统的分析结果与供热系统实际运行情况偏差较大的技术问题。所述系统包括：

建模单元：用于基于现有供热管网工艺机理建立供热管网的机理仿真模型；

控制单元：用于根据现有供热管网系统的历史运行参数数据对仿真模型参数进行调控，且用于根据仿真系统实际运行参数数据与运行参数需求值之差对仿真模型参数进行调控；

仿真计算单元:用于根据控制单元调控后的仿真模型参数数据对供热系统进行仿真，并根据边界条件数据对仿真模型的精确度进行验证；

优化单元：用于根据用户评价反馈的数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及优化级别，并根据所属优化级别实施相应级别的优化调度决策。

本申请的一些实施例中，根据现有供热管网系统的历史运行参数数据对仿真模型参数进行调控，包括：

现有供热管网系统的历史运行参数数据包括：供热管网系统在运行过程中满足热用户需求且成本最小时的供水温度值、供水流量值、供水压力值；

基于供水温度值供热管网系统在运行过程中供水温度值对应的温控阀度、供水流量值对应的流量阀度、供水压力值对应的压力阀度，调节仿真模型中相应的供水调阀，并根据供热系统在满足所述历史运行数据时所对应的系统参数调节仿真模型中相应的仿真模型参数。

本申请的一些实施例中，根据仿真系统实际运行参数数据与运行参数需求值之差对仿真模型参数进行调控，包括：

分别计算仿真系统的实际运行参数数据中实际供热温度值与供热温度需求值的差值、实际供水流量值与供水流量需求值的差值以及实际供水压力值与供水压力需求值的差值；

其中，所述实际供热温度值与供热温度需求值的差值为温度差值，所述实际供水流量值与供水流量需求值的差值为流量差值，所述实际供水压力值与供水压力需求值的差值为压力差值；

在温度差值、流量差值以及压力差值中，存在差值小于0，即视为仿真模型实际运行参数数据不达标；

若仿真模型实际运行参数数据不达标，则计算在所述温度差值、流量差值和压力差值中小于0的差值的综合差值，并根据所述综合差值对所述仿真模型实际运行参数数据进行调整。

本申请的一些实施例中，根据边界条件数据对模型的精确度进行验证，包括：

所述边界条件数据为具有复杂工况变化时的数据，且所述边界条件数据包括最大值和最小值；

根据边界条件数据中的最大值和最小值分别对模型的精确度进行验证，将最大值和最小值所对应的验证数据分别与真实数据相比较并分别计算相对误差，根据相对误差调整相应的模型参数。

本申请的一些实施例中，根据用户评价反馈的数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及优化级别，包括：

所述评价反馈是对仿真系统性能的评价，所述仿真系统性能包括：节能性、经济性、安全性和均衡性；

仿真系统不同的性能均具有各自的分值，所述评价反馈的数据结果是仿真系统在实际运行后，用户对不同的系统性能评价分值的综合分值；

设第一优化调度阈值和第二优化调度阈值，当综合分值高于所述第一优化调度阈值时，则仿真系统无需优化调度，当综合分值低于所述第二优化调度阈值时，则需要重新对仿真模型参数进行调整；当综合分值低于第一优化调度阈值且高于第二优化调度阈值时，则需要对仿真系统进行优化调度；

在第一优化调度阈值和第二优化调度阈值内，将综合分值的取值区间分为三个梯度，且分别为第一梯度、第二梯度和第三梯度，不同梯度的综合分值的取值区间对应不同的评价标准，不同的评价标准对应不同的优化程度，设第一梯度对应的评价标准为第一评价标准，且第一评价标准对应的优化程度为高级优化，第二梯度对应的评价标准为第二评价标准，且第二评价标准对应的优化程度为中级优化，第三梯度对应的评价标准为第三评价标准，且第三评价标准对应的优化程度为初级优化。

本申请的一些实施例中，根据所属优化级别实施相应级别的优化调度决策，包括：

设所述高级优化所对应的集中供热系统整体所承担的热负荷为第一热负荷总量；所述中级优化所对应的集中供热系统整体所承担的热负荷为第二热负荷总量；所述初级优化所对应的集中供热系统整体所承担的热负荷为第三热负荷总量；

所述调度决策为根据仿真系统所属的优化级别将相应级别的热负荷总量调度分配给各个热源，根据各个热源的最大供热量、热源的效率进行热源的调度。

本申请的一些实施例中，还包括：确定所述优化调度决策的依据是热量平衡，实现热量平衡包括：

调节仿真供热管网中的各个压力计，当各压力计压力值相同时，仿真供热管网的压力平衡，当压力平衡时，仿真供热管网的供水流量平衡，且当供水流量平衡时，供热系统的热量平衡；

所述热量平衡为各热用户的小时供热量与小时需热量的平衡，供热系统的总供热量与总需热量的平衡。

本申请的一些实施例中，所述系统还包括监测单元，包括：

在控制单元基于供热管网历史运行数据对仿真模型参数进行调控后，基于调控后的仿真模型对全网的实时状态进行模拟分析，监测单元用于在模拟分析后获取仿真系统在全网的实际运行参数数据；

在仿真计算单元完成其指令后运行仿真系统，监测单元用于监测和获取用户对仿真系统运行状态的评价反馈数据结果；

在优化单元生成与仿真系统相符的优化调度决策后，监测单元用于获取优化调度决策；

在建模单元、控制单元、仿真计算单元和优化单元完成各自相应的指令后，监测单元用于将调整后的所述仿真模型参数数据、所述运行参数数据以及所述优化调度决策指令下发到供热设备层。

本申请实施例与现有技术相比，带来了以下有益效果：

本发明提供一种基于仿真模拟的智慧供热系统，所述系统包括建模单元：用于基于现有供热管网工艺机理建立供热管网的机理仿真模型；控制单元：用于根据历史运行参数数据对仿真模型参数进行调控，且用于根据仿真系统实际运行参数数据与运行参数需求值之差对仿真模型参数进行调控；仿真计算单元:用于根据控制单元调控后的仿真模型参数数据对供热系统进行仿真，并根据边界条件数据对仿真模型的精确度进行验证；优化单元：用于根据用户评价反馈的数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及优化级别，并根据所属优化级别实施相应级别的优化调度决策。通过供热管网的历史运行数据以及仿真模型实际运行数据与需求值的差值对仿真模型参数进行调整，基于调整后的仿真模型参数进行仿真和验证，并运行仿真系统，根据用户对仿真系统实际运行状态的评价反馈数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及所属优化级别，并实施相应的优化调度决策。本发明采用“机理建模+数据辨识”的方式，以机理建模为基础，基于热工水力学构建供热管网的机理仿真模型，再结合数据信息进行校核，使模型更加准确的反映实际运行情况，进而可以对管网实际运行情况进行分析和研究，寻找更加安全、经济、合理、高效的运行方式。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提出的一种基于仿真模拟的智慧供热系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种基于仿真模拟的智慧供热系统，如图1所示，所述系统包括：

建模单元：用于基于现有供热管网工艺机理建立供热管网的机理仿真模型；

控制单元：用于根据现有供热管网系统的历史运行参数数据对仿真模型参数进行调控，且用于根据仿真系统实际运行参数数据与运行参数需求值之差对仿真模型参数进行调控；

仿真计算单元:用于根据控制单元调控后的仿真模型参数数据对供热系统进行仿真，并根据边界条件数据对仿真模型的精确度进行验证；

优化单元：用于根据用户评价反馈的数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及优化级别，并根据所属优化级别实施相应级别的优化调度决策。

本申请的一些实施例中，根据现有供热管网系统的历史运行参数数据对仿真模型参数进行调控，包括：

现有供热管网系统的历史运行参数数据包括：供热管网系统在运行过程中满足热用户需求且成本最小时的供水温度值、供水流量值、供水压力值；

基于供水温度值供热管网系统在运行过程中供水温度值对应的温控阀度、供水流量值对应的流量阀度、供水压力值对应的压力阀度，调节仿真模型中相应的供水调阀，并根据供热系统在满足所述历史运行数据时所对应的系统参数调节仿真模型中相对应的仿真模型参数。

本实施例中，所述仿真模型参数包括管道阻力系数、传热系数等。仿真模型与实际供热管网系统的肌理结构、参数等需完全一致，基于实际供热管网系统的肌理进行建模，并通过供热管网的运行数据以及系统参数相应的对仿真模型进行修正，使仿真模型的分析结果尽可能地接近实际情况。

本申请的一些实施例中，根据仿真系统实际运行参数数据与运行参数需求值之差对仿真模型参数进行调控，包括：

分别计算仿真系统的实际运行参数数据中实际供热温度值与供热温度需求值的差值、实际供水流量值与供水流量需求值的差值以及实际供水压力值与供水压力需求值的差值；

其中，所述实际供热温度值与供热温度需求值的差值为温度差值，所述实际供水流量值与供水流量需求值的差值为流量差值，所述实际供水压力值与供水压力需求值的差值为压力差值；

在温度差值、流量差值以及压力差值中，存在差值小于0，即视为仿真模型实际运行参数数据不达标；

若仿真模型实际运行参数数据不达标，则计算在所述温度差值、流量差值和压力差值中小于0的差值的综合差值，并根据所述综合差值对所述仿真模型实际运行参数数据进行调整。

本实施例中，运行修正后的仿真模型，并通过将仿真模型实际运行数据与需求值相比较判断其运行数据是否达标，若不达标则对仿真模型的实际运行数据进行调整使其达标。

本实施例中，仿真模型的运行参数包括温度、压力、流量等多种参数，且不限于此，在这些运行参数中，实际数值小于其需求值的，即差值小于0，通过这些小于0的综合差值对模型的运行数据进行调整，使模型未达标的运行参数达标，差值大于0的运行参数表示已达标且无需调整。

本申请的一些实施例中，根据边界条件数据对模型的精确度进行验证，包括：

所述边界条件数据为具有复杂工况变化时的数据，且所述边界条件数据包括最大值和最小值；

根据边界条件数据中的最大值和最小值分别对模型的精确度进行验证，将最大值和最小值所对应的验证数据分别与真实数据相比较并分别计算相对误差，根据相对误差调整相应的模型参数。

本实施例中，仿真模型的验证是采用控制变量的方法验证模型的准确度，边界条件除了最大值和最小值外，还可以包括平均值、函数和值传递等，可以根据实际情况选取合适的边界条件进行验证，应将不同的边界条件数据所对应的验证数据与真实值数据的误差分别对相应的模型结构参数进行调整，以满足误差在合理范围内。

本申请的一些实施例中，根据用户评价反馈的数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及优化级别，包括：

所述评价反馈是对仿真系统性能的评价，所述仿真系统性能包括：节能性、经济性、安全性和均衡性；

仿真系统不同的性能均具有各自的分值，所述评价反馈的数据结果是仿真系统在实际运行后，用户对不同的系统性能评价分值的综合分值；

设第一优化调度阈值和第二优化调度阈值，当综合分值高于所述第一优化调度阈值时，则仿真系统无需优化调度，当综合分值低于所述第二优化调度阈值时，则需要重新对仿真模型参数进行调整；当综合分值低于第一优化调度阈值且高于第二优化调度阈值时，则需要对仿真系统进行优化调度；

在第一优化调度阈值和第二优化调度阈值内，将综合分值的取值区间分为三个梯度，且分别为第一梯度、第二梯度和第三梯度，不同梯度的综合分值的取值区间对应不同的评价标准，不同的评价标准对应不同的优化程度，设第一梯度对应的评价标准为第一评价标准，且第一评价标准对应的优化程度为高级优化，第二梯度对应的评价标准为第二评价标准，且第二评价标准对应的优化程度为中级优化，第三梯度对应的评价标准为第三评价标准，且第三评价标准对应的优化程度为初级优化。

本实施例中，第一优化调度阈值和第二优化调度阈值为仿真系统需要进行优化调度的边界条件，若系统性能评价分值的综合分值高于第一优化调度阈值，则说明仿真模型经过调整后，其系统性能达到了目标要求且无需优化调度，若系统性能评价分值的综合分值高于第一优化调度阈值，则说明仿真模型的仿真和调整失败，低于优化调度的最低要求，需要重新建模仿真。

本实施例中，根据系统性能评价分值的综合分值高低决定仿真系统的评价标准，且第一评价标准为最低评价标准，其对应的综合分值区间最低，需要进行的优化力度越高，即高级优化，第三评价标准为最高评价标准，其对应的综合分值区间最高，需要进行的优化力度越低，即初级优化。举例来说，第一优化调度阈值为90分，第二优化调度阈值为60分，综合分值取值区间的第一梯度为60-70分，第二梯度为70-80分，第三梯度为80-90分，且综合分值为70分时对应第二梯度的评价标准，综合分值为80分时对应第三梯度的评价标准。

需要说明的是，仿真系统性能还可以包括其他性能，不限于此，且不同的性能代表不同的分值。以上实施例中的具体的数值可以根据实际情况设计和调整。

本申请的一些实施例中，根据所属优化级别实施相应级别的优化调度决策，包括：

设所述高级优化所对应的集中供热系统整体所承担的热负荷为第一热负荷总量；所述中级优化所对应的集中供热系统整体所承担的热负荷为第二热负荷总量；所述初级优化所对应的集中供热系统整体所承担的热负荷为第三热负荷总量；

所述调度决策为根据仿真系统所属的优化级别将相应级别的热负荷总量调度分配给各个热源，根据各个热源的最大供热量、热源的效率进行热源的调度。

本实施例中，多热源集中供热系统热源的优化调度主要为根据供热系统整体热负荷的情况，将热负荷合理的分配给各个热源，使得多热源集中供热系统整体供热量和燃料费用达到最小。优化调度的等级或力度越高，其对应的供热系统整体所承担的热负荷总量越多，即第一热负荷总量最多，热负荷总量分配给各个热源的分配精确度越高。且热负荷是根据各个热源在实际情况中的最大供热量、热源的效率进行调度分配的，热源的最大供热量越高、效率越高，其应分配的热负荷量就越多。

需要说明的是，在实际情况中，供热系统整体热负荷的情况是随着系统的运行而变化的，分热负荷配给多个热源的具体方式可根据实际情况而调整，可通过实验、图形等多种方式不断地分配和优化。

本申请的一些实施例中，还包括：确定所述优化调度决策的依据是热量平衡，实现热量平衡包括：

调节仿真供热管网中的各个压力计，当各压力计压力值相同时，仿真供热管网的压力平衡，当压力平衡时，仿真供热管网的供水流量平衡，且当供水流量平衡时，供热系统的热量平衡；

所述热量平衡为各热用户的小时供热量与小时需热量的平衡，供热系统的总供热量与总需热量的平衡。

本申请的一些实施例中，所述系统还包括监测单元，包括：

在控制单元基于供热管网历史运行数据对仿真模型参数进行调控后，基于调控后的仿真模型对全网的实时状态进行模拟分析，监测单元用于在模拟分析后获取仿真系统在全网的实际运行参数数据；

在仿真计算单元完成其指令后运行仿真系统，监测单元用于监测和获取用户对仿真系统运行状态的评价反馈数据结果；

在优化单元生成与仿真系统相符的优化调度决策后，监测单元用于获取优化调度决策；

在建模单元、控制单元、仿真计算单元和优化单元完成各自相应的指令后，监测单元用于将调整后的所述仿真模型参数数据、所述运行参数数据以及所述优化调度决策指令下发到供热设备层。

本申请实施例与现有技术相比，带来了以下有益效果：

本发明提供一种基于仿真模拟的智慧供热系统，所述系统包括建模单元：用于基于现有供热管网工艺机理建立供热管网的机理仿真模型；控制单元：用于根据历史运行参数数据对仿真模型参数进行调控，且用于根据仿真系统实际运行参数数据与运行参数需求值之差对仿真模型参数进行调控；仿真计算单元:用于根据控制单元调控后的仿真模型参数数据对供热系统进行仿真，并根据边界条件数据对仿真模型的精确度进行验证；优化单元：用于根据用户评价反馈的数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及优化级别，并根据所属优化级别实施相应级别的优化调度决策。通过供热管网的历史运行数据以及仿真模型实际运行数据与需求值的差值对仿真模型参数进行调整，基于调整后的仿真模型参数进行仿真和验证，并运行仿真系统，根据用户对仿真系统实际运行状态的评价反馈数据结果确定仿真系统运行结果所对应的评价标准以及所属优化级别，并实施相应的优化调度决策。本发明采用“机理建模+数据辨识”的方式，以机理建模为基础，基于热工水力学构建供热管网的机理仿真模型，再结合数据信息进行校核，使模型更加准确的反映实际运行情况，进而可以对管网实际运行情况进行分析和研究，寻找更加安全、经济、合理、高效的运行方式。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。