基于地热的协同多种能源智慧供热系统

技术领域

本发明涉及智慧供热技术领域，特别涉及基于地热的协同多种能源智慧供热系统。

背景技术

关中平原有着非常丰富的地热能源，特别是中深层地热能资源具有明显的地域性和带状分布特点。因此，关中地区目前有很多新建社区启用了地热供暖，一般的，一个社区基本上利用一个开采井，地热供热能力具有一定的限制，因此，会造成供热效果不理想。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于地热的协同多种能源智慧供热系统。

其主要的技术方案如下：

基于地热的协同多种能源智慧供热系统，包括

地热供热端，用于以地热作为供热系统的主线进行供热，得到地热供热能力的稳态区间；

均衡控制器，设置在地热供热端，通过均衡控制器来控制当以地热作为供热系统的主线进行供热时，设定地热供热端的供热支撑以及设定供热弹性调控范围；其中，所述供热支撑由所述稳态区间得到，所述供热弹性调控范围基于供热支撑来设定；

至少一个辅助供热端，作为辅助供热，接入至供热系统；

供热稳态模型，连接地热供热端、辅助供热端以及用户端，用于通过供热系统的供热支撑得到满足用户端需求的补偿量，并基于所述补偿量来在所述辅助供热端建立补偿控制器，通过补偿控制器来控制辅助供热端以所述补偿量来实现供热系统的供热平衡；

控制模块，用于当供热系统进入至供热平衡时，控制所述均衡控制器处于限制受控状态，并通过所述补偿量来控制辅助供热端的接入和退出。

进一步地，所述地热供热端设置有供热能力测定模型，所述供热能力测定模型通过地热供热端的产能历史数据与供热能力历史数据进行综合预测，得到在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间。

进一步地，所述供热能力测定模型具有：

取样模块，从历史记录的产能数据库和供热运行数据库中按照时间依次对应的取样，并将取样的产能历史数据与供热能力历史数据依次填充至二维运算阵列中；

处理模块，以所述二维运算阵列和统计模型作为训练模型的核心，并将所述二维运算阵列配置成具有相同的取样速率进行取样并执行迭代训练，将训练的结果输入至统计模型中以确定在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间。

进一步地，所述均衡控制器用于根据供热支撑来确定供热稳定输出量，同时根据所述供热弹性调控范围在供热稳定输出量的前提下获得弹性调控输出量。

进一步地，所述供热稳态模型用于根据供热支撑来确定供热稳定输出量，以及根据用户端需求量得到满足用户端需求的补偿量。

进一步地，所述供热稳态模型内还设置有监测模块，所述监测模块用于监测供热平衡状态，当供热平衡状态在控制模块的控制下无法持续时，监测模块向控制模块发送一个解除所述均衡控制器的限制受控状态的解除指令，控制模块基于所述解除指令以控制所述均衡控制器转入自适应调控状态，在自适应调控状态中，通过控制均衡控制器弹性选择以弹性调控输出量来增大地热供热端的供热能力以重新满足供热平衡状态。

进一步地，所述均衡控制器内设置有触发解除所述均衡控制器的限制受控状态的程序指令，所述解除指令输入至均衡控制器后触发程序指令，一方面程序指令将所述均衡控制器由限制受控状态转入自适应调控状态，另一方面，向监测模块发送一个反馈指令，并基于所述反馈指令以使监测模块获取由所述供热稳态模型得到的满足供热平衡状态下的弹性调控补偿量，并将弹性调控补偿量输送至所述均衡控制器，由均衡控制器通过与弹性调控输出量进行比对后再进行以自适应调控状态下进行调控，调控时，通过控制均衡控制器弹性选择以弹性调控补偿量来增大地热供热端的供热能力以达到重新满足供热平衡状态。

进一步地，所述控制模块通过补偿控制器来控制辅助供热端的接入和退出。

本申请提出了一种能够结合空气源热泵、天然气锅炉以及太阳能辅助热源等辅助热源来进行联合供热的智慧系统，其中，根据地热产能历史数据和地热供热运行历史数据来得到在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间，并在稳态区间内得到供热支撑，也就是稳态区间的下限值，以及通过稳态支撑和稳态区间得到所述供热弹性调控范围；在以地热为主线进行供热时，控制所述均衡控制器处于限制受控状态，此时，所述均衡控制器控制地热供热端按照稳态支撑来进行供热，此时，地热供热端是恒定的，当用户端的需求增大时，此时，在控制模块的控制下接入控制辅助供热端，并根据供热稳态模型获取的用户端需求量和地热供热端的供热能力换算出需要的补偿量，以此来通过补偿量来控制至少一种辅助供热端来进行供热补偿，达到供热平衡状态。当气候条件发生较大变化时，比如温度升高，此时，用户端的需求量降低，此时，可以控制辅助供热端退出。当温度骤降时，此时在辅助供热和稳态供热模式下依然无法达到供热平衡状态时，此时，可以通过调控地热产能，并基于设定的所述供热弹性调控范围来控制地热供热端的供热能力，以此达到平衡状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明提供的系统框架原理图；

图2是本发明提供的供热能力测定模型的系统框架原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参照图1和图2，本发明提供了一种基于地热的协同多种能源智慧供热系统，包括地热供热端，用于以地热作为供热系统的主线进行供热，得到地热供热能力的稳态区间；

均衡控制器，设置在地热供热端，通过均衡控制器来控制当以地热作为供热系统的主线进行供热时，设定地热供热端的供热支撑以及设定供热弹性调控范围；其中，所述供热支撑由所述稳态区间得到，所述供热弹性调控范围基于供热支撑来设定；

至少一个辅助供热端，作为辅助供热，接入至供热系统；

供热稳态模型，连接地热供热端、辅助供热端以及用户端，用于通过供热系统的供热支撑得到满足用户端需求的补偿量，并基于所述补偿量来在所述辅助供热端建立补偿控制器，通过补偿控制器来控制辅助供热端以所述补偿量来实现供热系统的供热平衡；

控制模块，用于当供热系统进入至供热平衡时，控制所述均衡控制器处于限制受控状态，并通过所述补偿量来控制辅助供热端的接入和退出。

在上述中，根据地热产能历史数据和地热供热运行历史数据来得到在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间，并在稳态区间内得到供热支撑，也就是稳态区间的下限值，以及通过稳态支撑和稳态区间得到所述供热弹性调控范围；在以地热为主线进行供热时，控制所述均衡控制器处于限制受控状态，此时，所述均衡控制器控制地热供热端按照稳态支撑来进行供热，此时，地热供热端是恒定的，当用户端的需求增大时，此时，在控制模块的控制下接入控制辅助供热端，并根据供热稳态模型获取的用户端需求量和地热供热端的供热能力换算出需要的补偿量，以此来通过补偿量来控制至少一种辅助供热端来进行供热补偿，达到供热平衡状态。

在上述中，地热的稳态区间由以下方法得到，所述地热供热端设置有供热能力测定模型，所述供热能力测定模型通过地热供热端的产能历史数据与供热能力历史数据进行综合预测，得到在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间。

所述供热能力测定模型具有：取样模块，从历史记录的产能数据库和供热运行数据库中按照时间依次对应的取样，并将取样的产能历史数据与供热能力历史数据依次填充至二维运算阵列中；处理模块，以所述二维运算阵列和统计模型作为训练模型的核心，并将所述二维运算阵列配置成具有相同的取样速率进行取样并执行迭代训练，将训练的结果输入至统计模型中以确定在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间。

所述取样模块被配置成具有第一取样单元和第二取样单元，且第一取样单元被配置成与产能数据库和二维运算阵列的第一轴连接，第二取样单元被配置成与供热运行数据库和二维运算阵列的第二轴连接；并设定第一取样单元和第二取样单元具有相同的取样速率，经由二维运算阵列的第一轴与产能历史数据对应并依次按照设定时间节点进行取样，然后由二维运算阵列进行产能预测，得到一个时间节点的产能预测值；经由二维运算阵列的第二轴与供热能力历史数据对应并依次按照设定时间节点进行取样，然后由二维运算阵列进行供热能力预测，得到一个时间节点的供热能力预测值；按照时间节点依次将得到的产能预测值与对应的供热能力预测值输入至统计模型，在统计模型中进行优化选择，以得到地热产能恒定状态下地热供热能力的稳态区间。

在上述中，地热产能历史数据和供热能力历史数据都是按照时间轴进行取样的，也就是在时间相同的情况下，地热产能对应的历史运行状态所产生的数据，在本申请中，为了增加训练的有效性，历史数据都是按照设定时间作为一个时间节点来进行数据的抽取，比如10天中，地热产能对应的地热供暖运行数据，大量的数据使得进行训练预测时更加准确，一个时间节点形成了一个稳定产能数据区间和运行数据区间，通过求平均值得到产能预测值和供热能力预测值，对应的将产能预测值和供热能力预测值输入至平面坐标轴中进行标记，然后将多个产能预测值和供热能力预测值进行对应的用平滑曲线连接，就能够得到供热能力稳态曲线和产能稳态曲线，通过产能稳态曲线就可以得到产能稳定数据值，同理，根据供热能力的稳态曲线就可以得到在供热稳态区间以及基于供热稳态区间所形成的稳态支撑，稳态支撑可以理解为供热能力稳态曲线修正后的曲线，曲线上的任何一点都代表地热供热能力的下限值。

在上述中，供热能力稳态曲线修正时通过设定一个系数，比如0.9，以所述系数将供热能力稳态曲线进行整体下移，其中，系数通过稳态区间的下限值的平均值与稳态区间中值之间的差值进行换算。

在上述中，所述取样速率表示为按照设定时间节点在产能数据库或供热运行数据库中获取历史地热供暖运行周期中所产生的产能数据或供热运行数。

在上述中，所述均衡控制器用于根据供热支撑来确定供热稳定输出量，同时根据所述供热弹性调控范围在供热稳定输出量的前提下获得弹性调控输出量。

在上述中，所述供热稳态模型用于根据供热支撑来确定供热稳定输出量，以及根据用户端需求量得到满足用户端需求的补偿量。

在上述中，所述供热稳态模型内还设置有监测模块，所述监测模块用于监测供热平衡状态，当供热平衡状态在控制模块的控制下无法持续时，监测模块向控制模块发送一个解除所述均衡控制器的限制受控状态的解除指令，控制模块基于所述解除指令以控制所述均衡控制器转入自适应调控状态，在自适应调控状态中，通过控制均衡控制器弹性选择以弹性调控输出量来增大地热供热端的供热能力以重新满足供热平衡状态。

在上述中，所述均衡控制器内设置有触发解除所述均衡控制器的限制受控状态的程序指令，所述解除指令输入至均衡控制器后触发程序指令，一方面程序指令将所述均衡控制器由限制受控状态转入自适应调控状态，另一方面，向监测模块发送一个反馈指令，并基于所述反馈指令以使监测模块获取由所述供热稳态模型得到的满足供热平衡状态下的弹性调控补偿量，并将弹性调控补偿量输送至所述均衡控制器，由均衡控制器通过与弹性调控输出量进行比对后再进行以自适应调控状态下进行调控，调控时，通过控制均衡控制器弹性选择以弹性调控补偿量来增大地热供热端的供热能力以达到重新满足供热平衡状态。

进一步地，所述控制模块通过补偿控制器来控制辅助供热端的接入和退出。

本申请的原理如下：根据地热产能历史数据和地热供热运行历史数据来得到在地热产能恒定时地热供热能力的稳态区间，具体的，将所述取样模块配置成具有第一取样单元和第二取样单元，且第一取样单元被配置成与产能数据库和二维运算阵列的第一轴连接，第二取样单元被配置成与供热运行数据库和二维运算阵列的第二轴连接；并设定第一取样单元和第二取样单元具有相同的取样速率，经由二维运算阵列的第一轴与产能历史数据对应并依次按照设定时间节点进行取样，然后由二维运算阵列进行产能预测，得到一个时间节点的产能预测值；经由二维运算阵列的第二轴与供热能力历史数据对应并依次按照设定时间节点进行取样，然后由二维运算阵列进行供热能力预测，得到一个时间节点的供热能力预测值；按照时间节点依次将得到的产能预测值与对应的供热能力预测值输入至统计模型，在统计模型中进行优化选择，以得到地热产能恒定状态下地热供热能力的稳态区间。并在稳态区间内得到供热支撑，也就是稳态区间的下限值，以及通过稳态支撑和稳态区间得到所述供热弹性调控范围；在以地热为主线进行供热时，控制所述均衡控制器处于限制受控状态，此时，所述均衡控制器控制地热供热端按照稳态支撑来进行供热，此时，地热供热端是恒定的，当用户端的需求增大时，此时，在控制模块的控制下接入控制辅助供热端，并根据供热稳态模型获取的用户端需求量和地热供热端的供热能力换算出需要的补偿量，以此来通过补偿量来控制至少一种辅助供热端来进行供热补偿，达到供热平衡状态。当气候条件发生较大变化时，比如温度升高，此时，用户端的需求量降低，此时，可以控制辅助供热端退出。当温度骤降时，此时在辅助供热和稳态供热模式下依然无法达到供热平衡状态时，此时，可以通过调控地热产能，并基于设定的所述供热弹性调控范围来控制地热供热端的供热能力，以此达到平衡状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。