同方城市集中供热优化控制服务系统.docx

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同方城市集中供热优化控制服务系统

城市集中供热优化控制服务系统-同方股份有限公司

技术产品名称：

城市集中供热优化控制服务系统

 技术产品所属类别：

 控制系统、服务系统

 技术产品应用领域：

 城市集中供热

 技术产品原理：

 自1989年成功实施首个集中供热控制工程以来，清华同方在城市集中供热行业实施的项目覆盖了4000多个热力站，超过了4亿平方米供热面积，数十座热源厂控制工程建设。

经过近21年的工程经验积累，并根据国内城市集中供热系统的特点，总结出了一套适合国内城市集中供热行业的优化控制服务一体化解决方案。

优化控制解决方案涵盖多热源并网运行、网源协调运行、全网优化控制、分布式变频控制、二次网循环变频泵控制等。

服务方面，在提供现场服务的同时，我们还提供远程的专家服务。

在北京，我们建立了城市集中供热信息服务平台，该平台实时从各热网监控中心得到相关数据，并将专家的经验形成专家知识库，信息服务平台通过相关的实时数据和专家知识库为热网及热源提供安全运行、合理运行及经济运行等方面的指导服务。

城市集中供热优化控制服务一体化解决方案的系统网络和软件架构请参见下图。

控制服务系统网络图

控制服务系统软件架构图

技术产品优势：

1、以全网供热效果趋于一致为目标，同时兼顾个别换热站的特殊要求。

2、避免一次网电动调节阀开度或一次网分布式变频泵频率的大幅波动，减少一次管网的运行振荡。

3、缩短一次管网的水力平衡时间，减少劳动强度。

4、提供多种采暖方式的协调供热（工业用户、暖气片采暖用户、地盘管采暖用户等）

5、可以满足间歇采暖用户的需求。

6、满足多热源并网运行的需求，业主可以根据不同热源的特点选择不同的并网运行方式。

7、实现二次网变频循环泵的自动调节，达到节能的目的。

8、提供热网运行的评价指标，运行管理人员可以全面的了解热网的整体运行情况。

9、提供指导热源运行的指标，实现网源的协调运行。

10、           远程提供专家服务。

包括系统运行的安全性、合理性、经济性等方面的指导。

11、           在不影响供热质量的前提下，避免一次网水力和热力失调而造成的热量浪费，从而达到节能的目的，为业主创造经济效益和社会效益。

节能率（区间）：

节能率区间在20%至50%之间。

技术产品资质证明：

技术产品应用案例：

案例一

全网平衡优化控制整体解决案例

——太原市热力公司集中供热系统

太原市热力公司目前已有四个分公司（城南、东山、河西、二电）共计500多个热力站实现了换热站自动控制，总计供热面积为4000多万平方米。

该控制系统分为四个分监控中心，一个总监控中心（该中心正在建设中），全部由同方股份有限公司数字城市工程中心设计、供货、实施，是目前全国最大的集中供热热网（SCADA）监控系统。

该系统采用了同方股份有限公司开发的优化控制软件，并已投入运行，运行稳定，节能效果良好。

总体实施方案介绍如下：

1监控系统总体框架

集中供热计算机监控管理系统原则上可按六层形成递阶层次结构，通过城域网连接到中央监控中心。

各层内容包括：

1）     机电设施层：

热源厂（热电厂、供热锅炉等）、换热首站、隔压站、换热站、加压泵站、热入口计量站等；

2）     就地仪表层：

就地仪表、各类传感器、执行机构、变频调速装置、调节阀门等；

3）     现场控制层：

现场控制系统现场控制器。

DDC、DCU、RTU及控制总线网络；

4）     通信网络层：

这里主要指通信距离覆盖整个集中供热区域的虚拟局域网（VPN）的通信网络；

5）     中央监控层：

集中供热系统监控系统的核心。

通过中央监控层对全网的运行实施统一的监控。

接收各站点的故障报警，达到安全、节能、环保型供热的要求，并保证供热质量；

6）     信息管理层：

通过信息管理层，完成全网调度指挥、事故处理，信息管理，实现科学管理，提高企业效益。

2控制策略—均匀性调节控制策略（全网平衡）

集中供热系统具有大惯性、长时滞、非线性的特点，而且是一种存在耦合的多输入－多输出系统。

太原市集中供热系统是一种间接换热型式的热网，在按照供热面积收费的体制下，太原市热力公司控制方案中采用了均匀性控制策略的方案。

均匀性控制策略采用以下措施来解决热网大惯性、长时滞、稳定性差和水力耦合性强的问题：

1）       统一设定，单独调整：

均匀性调节的最终目标是用户的室温达到一致，然而一是无法对用户室温进行直接测量；另一方面，用户室温也是一个惯性很大的环节。

根据理论分析和实践证明，二次网的供回水平均温度是判定用户室温一致性的参数，因此我们将其作为控制目标。

为消除系统的水平热力失调，应根据各热力站二次侧供、回水平均温度与全网平均值的偏差来统一设定各热力站的被调量，各热力站再以此为设定值进行单独调节。

2）       限制幅度，逐渐调匀：

由于系统的大惯性及传输延迟，因此不能按照上述方法连续调节，否则将引起系统振荡。

两次调节的时间间隔不能太短，而应采取“等一等、看一看”的策略，待温度基本达到稳定后再进行下次调整。

整个调节不是一两次完成，而是使各热力站二次侧供回水平均温度逐渐趋于一致的动态过程，因此，每次阀门调节的幅度不能太大，以确保系统的稳定。

3）       水力耦合的解除：

供热系统的水力稳定性普遍较差，当调节某一支路的阀门时，不仅本支路的流量随之变化，相邻支路的流量也同样发生变化。

对于一些稳定性较差的支路，如果简单地采用单回路闭环控制而不考虑这种稳定性的状况，就容易引发振荡。

因此，必需在对各用户水力稳定性综合评判的基础上，确定具体的调节策略。

该项目采用了同方股份有限公司开发的优化控制软件，除均匀性调节控制外，全网优化控制软件还具有的主要功能包括：

权限的管理功能、控制效果的评价功能、负荷预测功能、二次网变频循环泵的控制功能、阀位自动跟踪功能、效果排行功能、控制方式选择功能等。

3通讯方式—VPN虚拟专网

整个控制系统采用开放式网络通讯方式，即：

热网控制系统的各个控制站采用ADSL接入Internet公共网、并通过企业级路由器构造VPN虚拟专网的方式。

各个控制站的通讯系统采用ADSL接入的VPN虚拟专网方式，将经济性与实时性的要求很好结合起来。

ADSL是一种成熟的Internet接入方式，同时它也是可靠的通讯方式。

以往的一点对多点的轮循通讯方式无法满足热网全面平衡调节对通讯系统实时性的要求，因此该项目采用ADSL接入的VPN虚拟专网的通讯方式既可以达到实时性的设计要求，也保证了系统的安全性。

使用VPN通讯方式的优点：

²    传输速度快、传输数据量大、中心控制室采用光缆接入带宽可达10Mbps，热力站采用ADSL接入上行带宽可达1Mbps，这样的网络可使系统的实时更高；

²    ADSL掉线后调制解调器可迅速自动重拨上网；

²    通讯质量比X.25、GPRS稳定；

²    对于无人值守站特别适用。

可以支持远程对控制器进行操作。

4总监控服务中心实施方案

4.1网络架构

根据项目的特点，本项目采用的单网网络架构如下：

4.2软件架构

软件架构如下：

同方股份有限公司与太原市热力公司自2000年开始合作，至今已十年有余，该项目已建设成国内最大的热网自控系统，多年来该项目监控系统运行稳定，节能效果良好，对于同类热网建设实施具有非常重要的参考意义。

案例二

大连大发电供热有限公司

热网优化控制系统整体解决方案

工程概况

大连大发电供热有限公司热网监控（SCADA）系统，自2006年开始实施至今，同方股份有限公司已经先后为其完成60余座换热站，供热面积已达800多万平方米的联网监控系统工程，预计未来几年将达到80多个换热站，供热面积达到1500多万平米，自控系统已充分考虑未来的发展规模，为其预留了扩展空间。

大连大发电供热有限公司热网自动监控系统工程包括中央控制中心（含服务器、操作员、工程师站、通讯设备等），热力站监控系统（含PLC控制器、一体化温度变送器、压力变送器、电动调节阀、变频器等）60套，网通ADSL_VPN网络系统，形成了整个热网的监控系统，在大连大发集中供热覆盖区域的经济建设、市民生活、改善大气环境和节能等方面发挥了重要作用。

系统功能

1．监控中心功能

²        数据采集功能：

中央监控系统采用通讯设备，通过路由器和交换机，采集各个热力站中供热系统的一次网供回水参数、二次网供回水参数、变频器参数、电动调节阀门参数、补水参数、室外温度、水泵状态、热量表参数等信号；

²        全网平衡控制功能：

中央控制计算机能够通过局域网络接受各个服务器采集到的热力站中各个换热系统的过程数据及热源数据，根据各个换热系统设计参数的不同、供热面积不同等，经过加权处理、后台优化调度后，调节各个换热系统的一次网的供水流量，平均分配总共热量到各个热力站的换热系统，实现整个热网的均匀调节和平衡控制；

²        远程手动控制功能：

在实际供热生产过程中，操作员能够根据需要，通过操作员站远程调节各个换热系统中的电动调节阀门，达到快速升温或快速降温的目的；

²        历史记录功能：

监控系统能够通过同方明视自带历史数据库、数据库等多种方式记录整个热网的过程数据，充分保证了历史数据存储的安全性、可靠性和查询检索的灵活性；

²        趋势分析功能：

监控系统提供了全部过程参数的记录曲线，能够根据需要进行查询比较、故障分析等；

²        报表功能：

监控系统具有了报表功能，能够按照需要打印、查询各个换热站换热系统的每天的运行参数，为科学管理提供基础数据；

²        报警功能：

监控系统具有报警功能，当热力站运行参数出现异常，如温度过高、压力过低等，系统生成报警提示，提示操作员及时处理，保证供热生产安全高效运行；

²        WEB发布功能：

热网监控系统提供了5用户的WEB发布功能，授权用户可以根据级别口令用IE浏览器查看热网数据，为管理层提供实时方便的查询手段，提高了管理效率；

²        操作记录功能：

监控系统能够记录操作人员的登陆时间和操作。

2．热力站监控站功能

²        数据采集功能：

PLC现场控制站通过现场传感器，采集温度、压力、补水、阀门反馈、变频器状态、热量表数据等信号，并将这些信号处理后通过ADSL上传至中央控制中心；

²        本地控制功能：

根据采集的热力站数据和室外温度，在本地控制模式下自控控制换热站的电动调节阀门开度，在保证正常供热的情况下最大限度地节能；循环泵变频器压差控制功能；补水泵自动补水控制功能等。

²        中央控制功能：

在中央控制模式下，根据中央控制中心下达的电动调节阀门指令，现场控制站控制阀门开度，实现中央控制。

3．通讯方式

通讯方式采用VPN方式，中控室端的接入方式为光缆，VPN网络的中心端公网固定IP地址或域名，各个热力站端采用ADSL接入。

如下图所示，中控室端VPN网关后的局域网与热力站端VPN网关后的局域网已构成可相互访问的私有网络，Internet成为连接两个网段的中间环节。

网关后的各个网络设备具有各自的固定私网IP地址，同时ADSL的带宽较高，网络延时较小，所有热网的自控设备均可运行在该网络上。