一种智慧供热监控装置、方法、系统和设备

技术领域

本发明属于市政集中供热工程领域，涉及一种智慧供热监控装置、方法、系统和设备。

背景技术

现有市政集中供热属于传统产业，供热行业信息化水平滞后，数据质量和数量均较燃气、电力行业落后。现有技术的供热系统中，相变储能器与供热部件各自独立控制，二者之间的相互作用均未体现，未实现对供暖系统的智慧控制。现有的智慧供热系统，虽然具有数据采集、数据统计分析、远程调节等功能，但主要功能实现依然基于人工控制，只是把现场调节变成了远程调节。智慧供热系统只是简单的数据汇集、统计分析，并不具备智慧的大脑功能，无法进行故障预测、故障诊断、控制策略自动生成等功能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，智慧供热系统无法进行故障预测的缺点，提供一种智慧供热监控装置、方法、系统和设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种智慧供热监控装置，包括控制单元及依次连接的热力站单元、二次管网和用户单元；

热力站单元设有热力站进水口和热力站出水口；用户单元上设有用户进水口和用户出水口；热力站单元连接有换热器；

控制单元包括温度传感器、压力传感器、流量传感器和控制器，控制器分别与温度传感器、压力传感器和流量传感器电连接；

温度传感器、压力传感器、流量传感器均设有若干个；热力站进水口、热力站出水口、用户进水口和用户出水口均安装有温度传感器、压力传感器和流量传感器；

二次管网包括站内管网、分支管网和楼宇管网，站内管网设置在热力站单元内，楼宇管网设置在用户单元内；

分支管网设有进口端和出口端，进口端与站内管网连接，出口端与楼宇管网连接。

优选地，其特征在于，

分支管网和用户单元均设有若干个；

分支管网和用户单元的数目相同。

优选地，每一个分支管网连接有若干个楼宇管网。

优选地，分支管网上均设有分支调节阀；楼宇管网上设有楼宇调节阀；

热力站单元与分支管网之间通过循环水泵连接。

优选地，控制单元还包括通信子站，通信子站设置在距离用户单元500米以内。

通信子站设有若干个；

每个通信子站分别与用户进水口和用户出水口设置的温度传感器、压力传感器和流量传感器电连接。

通信子站是基于5G无线传输的通信子站。

一种智慧供热监控方法，包括如下步骤：

基于建筑物节能信息和室内监控点信息获取热量需求；

基于热力站和用户单元的实时数据获取热耗特异性指标；

基于热量需求和热耗特异性指标得到供热调节指令，并按照供热调节指令进行智慧供热。

优选地，供热调节指令的获取过程还包括：

获取热力站和用户单元的实时数据，得到热耗特异性指标；

基于热量需求和热耗特异性指标进行健康诊断和故障预警，得到诊断数据和预警数据；

基于诊断数据和预警数据获取供热调节指令。

优选地，建筑物节能信息基于建筑物类型和建筑物年代得到；

热耗特异性指标的获取过程为：

基于信息化水平对用户进行分类，得到信息化水平高的用户、信息化不完备的用户和无信息化的用户，之后对三类用户进行热耗测量，得到热耗特异性指标。

一种智慧供热监控系统，包括：

建筑物数据获取模块，用于获取建筑物类型、建筑物年代，并进一步得到建筑物的节能信息；

环境数据获取模块，用于获取室内监控点的热耗信息和室外气象的负荷数据；

数据处理模块，分别与建筑物数据获取模块和环境数据获取模块相交互，用于对建筑物的节能信息、室内监控点的热耗信息和室外气象的负荷数据及性能处理，得到热耗特异性指标；

指令输出模块，与数据处理模块相交互，用于基于热耗特异性指标进行健康诊断和故障预警，得到诊断数据和预警数据，进一步获取供热调节指令。

一种智慧供热监控设备，一种设备，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智慧供热监控方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种智慧供热监控装置，智慧供热监控装置包括热力站单元、二次管网、用户单元及控制单元。热力站进水口、热力站出水口、用户进水口和用户出水口均安装有温度传感器、压力传感器和流量传感器，从而达到对所有的进水口和出水口进行温度、压力和流量监测，能够判断热力站和用户单元的实时运行状态，二次管网的设置，能够对用户单元内部和外部都进行管控，从而在不影响其他用户单元其他分支供热的情况下，对故障分支进行预测和实时监控。提升了现有市政集中供热系统的信息化、自动化和智能化水平，达到智能、节能、省钱、省人力的目标。

进一步地，针对供热系统的通信方式，提出了基于5G无线传输的通信子站C收集热力站单元、二次管网和用户单元的监控信息，数据传输更加快速，传输时差变小，智能控制更加精确。

进一步地，针对供热管网水力平衡和热力平衡水平差的问题，在热力站单元、用户单元前分支管网处设置调节阀，在用户的楼宇入口设置调节阀。

本发明还公开了一种智慧供热监控方法，基于建筑物节能信息和室内监控点信息获取热量需求，基于热力站和用户单元的实时数据获取热耗特异性指标，基于热量需求和热耗特异性指标得到供热调节指令，并按照供热调节指令进行智慧供热，方法简单易行，参考了建筑物数据和环境数据，使得故障预警更加精确。

进一步地，提出了用户分类方法，基于信息化水平对用户进行分类，得到信息化水平高的用户、信息化不完备的用户和无信息化的用户，之后对三类用户进行热耗测量，得到热耗特异性指标，使得本发明方法适用范围更广。

附图说明

图1为本发明智慧供热监控装置的具体结构示意图；

图2为本发明在具体应用中的流程图；

其中：1-热力站单元；2-二次管网；3-用户单元；4-控制单元；5-换热器；6-循环水泵；R-主管网；L-分支管网；C-通信子站；U-用户；F-调节阀；T-室内监测点；Tn-是室内温度；Fn-室内调节阀；Tw-室外气象监测站；R0-站内管网；R1、R2、R3-不同的主管网；L1、L2、L3-不同的分支管网；L11、L12、L13、L21、L22、L23、L31、L32、L3-不同的楼宇入口管网；C0、C1、C2、C3-不同的通信子站；F0-站内调节阀；F1、F2、F3-不同的分支调节阀；F11、F12、F13、F21、F22、F23、F31、F32、F33-不同的楼宇调节阀；U1-用户1；U2-用户2；U3-用户3；T1、T2-不同的室内监测点。

具体实施方式

针对市政集中供热系统普遍存在的问题：一是信息化水平低，提出了供热系统的设备设施预警监测方法；二是供热管网尤其是热力站至二次管网的水力平衡和热力平衡水平差，造成冷热不均、耗热量高，提出不同用户类型的运行调节方法；三是通信方式和数据分析方法有待进一步提升，提出新型通信方式和数据分析方法。

实施例1

一种智慧供热监控装置，包括控制单元4及依次连接的热力站单元1、二次管网2和用户单元3；热力站单元1设有热力站进水口和热力站出水口；用户单元3上设有用户进水口和用户出水口；热力站单元1连接有换热器5；控制单元4包括温度传感器、压力传感器、流量传感器和控制器，控制器分别与温度传感器、压力传感器和流量传感器电连接；温度传感器、压力传感器、流量传感器均设有若干个；热力站进水口、热力站出水口、用户进水口和用户出水口均安装有温度传感器、压力传感器和流量传感器；二次管网2包括站内管网、分支管网和楼宇管网，站内管网设置在热力站单元1内，楼宇管网设置在用户单元3内；分支管网设有进口端和出口端，进口端与站内管网连接，出口端与楼宇管网连接。

实施例2

如图1所示，一种智慧供热监控系统及运行方法，所述的智慧供热监控系统包括热力站单元1、二次管网2、用户单元3及控制单元4；

所述的监控系统所包含监测设备设施为热力站单元1的换热器5出入口的温度、压力，循环水泵6出入口的温度、压力、流量和电量，热力站单元1、分支管网L和楼宇入口管网处的调节阀F出入口温度、压力、开度和流量，以及用户单元3处的室内监控点T的室内温度Tn和室内调节阀Fn；热力站单元1处的室外气象监测站Tw，即室外温度、湿度、风速和太阳辐射量。

所述的控制单元4与设置在热力站单元1和用户单元3附近的通信子站C通过无线和有线相结合方式形成通信。

所述的监控系统设置调节阀F，分别设置于热力站单元1、二次管网2的分支管网L、用户U的楼宇入口管网和室内监测点T处，依据控制单元4和通信子站C调度指令，调节总流量热量分配、分支流量热量分配、楼宇入口流量热量分配和室内流量热量分配。

所述的用户单元3将不同楼宇组成系统，分类为室内监控点T信息化水平高的用户U1、信息化不完备的用户U2和无信息化的用户U3。所述的用户U1所组成的楼宇设置室内监控点T1，监控信息主要为室内温度Tn和室内调节阀Fn，所述的用户U2所组成的楼宇设置室内监控点T2，监控信息主要为分散设置典型的室内温度Tn，所述的用户U3无室内监控点。

用户单元的分类方法，同一个用户U可以由用户U1、用户U2和用户U3组合成。

所述的控制单元4设置基于5G无线传输的通信子站C，设置在热力站单元1站内通信子站C0、用户U1处通信子站C1、用户U2处通信子站C2和用户U3处通信子站C3。各通信子站C通过无线传输通信收集分支管网L和用户U信息，各通信子站C之间通过有线光纤进行连接，并与控制单元4通过有线光纤进行通信传输。

所述的通信子站C1实现就地监控用户U1，根据用户的室内温度Tn和室内调节阀Fn监测数据，就地分布指令控制室内调节阀Fn进行调节；所述的通信子站C2实现就地监控用户U2，根据用户的室内温度Tn监测数据，就地分布指令控制楼宇入口管网处的调节阀F进行调节；所述的通信子站C3实现就地监控用户U3，根据用户楼宇入口管网处的调节阀F监测数据，就地分布指令控制楼宇入口管网处的调节阀F进行调节；所述的通信子站C0实现就地监控热力站单元1，根据室外气象监测站Tw、换热器5和循环水泵6监测数据，就地分布指令控制站内调节阀F0进行调节，同时上传数据至控制单元4和接受其指令下发。

实施例3

热力站单元1处设置有控制单元4、换热器5、循环水泵6、站内调节阀F0、站内通信子站C0以及站内管网R0。站内通信子站C0收集站内设备设施监控信息，主要包括换热器5、循环水泵6和站内调节阀F0的设备监测点，监测信息包括设备出口入口的温度、压力、流量、电量、开度以及室外气象信息。站内监控子站C0通过有线光纤连接至控制单元4。

热力站经过换热的热水，利用供热系统的供回水管网形成回路，热水经由站内管网R0、主管网R1、R2和R3输送至用户单元3所包含的用户U1、U2和U3。分支管网L处设置分支调节阀F。用户U各楼宇入口处设置楼宇调节阀F。调节阀F设置在供水管网或回水管网一处。

站内管网R0相连的主管网R1输送经由第一个分支管网L1至用户U1，分支管网L1处设置分支调节阀F1，分支管网L1分成多路楼宇入口管网L11，L12，L13，分别设置楼宇调节阀F11，F12，F13；热水继续经由主管网R2输送经由第二个分支管网L2至用户U2，分支管网L2处设置分支调节阀F2，分支管网L2分成多路楼宇入口管网L21，L22，L23，分别设置楼宇调节阀F21，F22，F23；热水继续经由主管网R3输送经由第三个分支管网L3至用户U3，分支管网L3处设置分支调节阀F3，分支管网L3分成多路楼宇入口管网L31，L32，L33，分别设置楼宇调节阀F31，F32，F33。

不同用户单元的分类方法，分为室内监控点T1信息化水平高的用户U1、室内监控点T2信息化不完备的用户U2和无信息化的用户U3；室内监控点T1的监控信息主要为室内温度Tn、室内调节阀Fn，室内监控点T2的监控信息主要为分散设置典型的室内温度Tn，用户U3无室内监控点。

通信子站C1设置在用户U1附近500m以内，收集分支管网L1处的分支调节阀F1、楼宇入口管网L11，L12，L13处的楼宇调节阀F11，F12，F13以及用户U1处的室内监控点T1相关信息，监控信息包括设备出入口的温度、压力、开度及可能的流量值；同样，通信子站C2设置在用户U2，通信子站C3设置在用户U3附近，收集其设备设施信息。视用户U之间距离，通信子站C可以共用。

实施例4

如图2所示，本发明装置的使用方法如下：

首先，根据建筑物类型、年代、节能水平和室内监测点T信息完备程度，形成不同用户单元的分类方法，依据热力站单元1室外气象监测站Tw的负荷预测、热耗特异性指标或根据室内监控点T信息发出需求指令，反馈至控制单元4发出调节指令下发至通信子站C。同时，智慧供热系统实时监控数据计算得到特异性指标，用于系统的健康诊断与故障预警，同时反馈数据的清洗和设备的维修更换，数据传递至上一级控制单元4，对多个不同热力站单元1进行横向对比，制定考核指标，并发出总目标指标，汇总到控制单元4发出调节指令，调节监控设备设施。

所述的通信子站C之间的调节顺序为，判断最不利用户U，最不利用户的楼宇调节阀F开度全开，每个用户U以楼宇调节阀F开度最大的楼宇为下游，从下游至上游依次调节，形成一致调节。

所述的特异性指标包括所有监控数据及其间接计算值，即换热器5出入口的温度、压力，换热温度端差、压力或压差超标设定值为特异性指标；循环水泵6出入口的温度、压力、流量和电量，功率和效率超标设定值为特异性指标；热力站单元1、分支管网L和楼宇入口管网处的调节阀F出入口温度、压力、开度和流量，热力站单元1与楼宇入口管网处的温差、压降超标设定值为特异性指标；以及用户单元3处的室内监控点T的室内温度Tn和室内调节阀Fn，热力站单元1处的室外气象监测站Tw的室外温度、湿度、风速和太阳辐射量；超出特异性指标范围之外数值在校核之后才参与计算和控制。

实施例5

除以下内容外，其余内容均与实施例3相同。

所述的通信子站C1实现就地监控用户U1时，利用用户的室内调节阀Fn进行调节，分支管网L1处的分支调节阀F1保持全开状态，楼宇入口管网L11，L12，L13对应的楼宇调节阀F11，F12，F13按照室外气象监测站Tw的负荷预测设定衡流量运行，各支路回水温度不一致；所述的通信子站C2实现就地监控用户U2时，调节分支管网L2处的分支调节阀F2保持全开状态，根据室外气象监测站Tw的负荷预测设定楼宇入口管网L21，L22，L23对应的楼宇调节阀F21，F22，F23的初值，以满足用户的室内温度Tn最低值的供热质量为目标，调节楼宇调节阀F21，F22，F23，各支路回水温度不一致；所述的通信子站C3实现就地监控用户U3时，调节分支管网L3处的分支调节阀F3保持全开状态，根据室外气象监测站Tw的负荷预测设定楼宇入口管网L31，L32，L33对应的楼宇调节阀F31，F32，F33的初值，以满足楼宇入口管网L31，L32，L33对应的支路回水温度一致为目标，调节楼宇调节阀F21，F22，F23；在近端用户的楼宇调节阀F开度过小而导致调节性能差时，开始调节分支调节阀F。

集中供热系统主要有热源、一次管网、热力站、二次管网和热用户组成。多个热源厂通过一次管网及循环水泵将高温热水输配至各个热力站，在各热力站板式换热器换热后，通过用户小区的二次管网及循环水泵输配至各个楼宇用户处。供热系统的信息化主要监测各处的温度、压力、流量和热量等信息，基本上设置在热源厂和热力站处，但相关供热设备设施普遍缺乏预警监控，热用户也普遍缺乏信息化监测。

在示例性实施例中，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所述基于深度神经网络的信道估计方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，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。

综上所述，本发明提出热力站处作为控制单元信息汇集点，收集热力站所管辖的各类型用户监控通信子站的信息，并在设备设施和用户设置监测点位，同时提出三种类型用户水力平衡和热力平衡调节方法，采用无线和有线通信结合，通过通信子站之间数据分析，完善供热系统监控运行方法。

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。