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基于负荷预测的集中供热控制策略的研究

刘智超  
【摘要】:集中供热系统数学模型的建立是系统进行运行工况分析和调控的前提,本文基于质量和能量守恒定律及传热学原理,创建间接连接集中供热系统二次热网各个环节的数学模型,并运用MATLAB/Simulink工具箱建立系统相应的仿真模型。本文以沈阳某住宅小区为研究对象,仿真分析该供热系统的温度响应,观察系统的动态特性,验证了供热系统设计工况下数学模型的可行性。分析仿真结果还可以得到,需要提前准确的对热用户的需热量进行预测,并设置一定的控制系统及时改变供热量,来降低供热系统能耗。供热负荷预测是供热系统能够实现按需供热的前提和依据,它从历史热负荷数据出发,寻找供热负荷变化规律,全面分析各种影响因素,预测未来一天内的供热负荷。通过分析负荷预测的分类和方法,本文采用动量BP神经网络的先进算法,以时间、室外温度、太阳辐射强度和前一天同时刻的供水温度为网络输入量,以系统二次热网的供水温度为网络输出量,然后选取沈阳该小区换热站的部分历史数据进行训练,并利用训练好的网络对测试样本进行测试。测试结果表明预测值的相对误差都在3%范围内,满足预测要求,验证了供热系统运用动量BP网络先进算法的可行性。提前对供热系统二次热网的供水温度进行预测,可以较好地弥补供热系统热滞后性所带来的能源浪费,使换热站能够根据用户的需求供给热量。集中供热最终目标是满足热用户室内温度的需求,而自动控制就是实现这一目标的重要手段。本文根据供水温度预测的结果,提出控制器通过控制电动调节阀来控制二次网供水温度的控制策略,以此用来适应管网的动态特性。运用模糊自整定PID控制的先进算法,计算当前系统温度误差和误差变化率,利用模糊推理系统对PID参数进行调整,然后使用MATLAB/Simulink软件包进行仿真分析,可以得到常规PID控制供水温度大约经历830后趋于稳定,且要经过一段时间的振荡,而模糊PID大约需要400s就能趋于稳定,可以实现供热系统二次热网供水温度的精确调节,减弱甚至消除热滞后性对供热管网的影响,降低供热系统的能耗,从而达到按需求供热的目的。


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