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大数据下热计量管理新模式
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文章来源:中国仪表网   添加人:a   添加时间:2020/2/28 16:16:58   浏览次数:79 次

  【仪表网 仪表产业】对于供热行业来说,大数据时代的来临既是机遇也是挑战。它将改变供热企业的管理理念和策略制定方式,没有数据分析支撑的决定将越来越远离智能。热企的决策行为已不再像过去那样凭借经验来做出,而是通过数据分析来得出科学结论。
 
  青岛金泓热电热计量工作近年来在完善各项规章制度、管理机制的基础上,以远程抄表系统为基础,以热计量收费实践工作为检验标准,不断整改、完善、提升现有的热计量管理系统,整合热计量平台,建设智慧供热监控平台,形成 “智慧计量”的新的管理模式。通过深入整合、挖掘热计量大数据,对热网安全运行与节能、精细化调节服务提出新的管理运维理念。
 
  一、“源-网-站-荷”联动前置调节
 
  供热系统涉及热源、一次管网、换热站、二次网、热用户等多个环节,各环节之间的供需关系和分配输送相互影响。因此不能把热计量作为孤立的系统对待,应当从整网的角度思考热计量系统如何更好的运行和管理。
 
  “智慧热计量”是基于物联网架构,以供热系统智能感知与调控设备为基础、以公网数据传输为依托、以大数据挖掘专家系统为核心的供热智能化运行模式。智慧供热的特征包括两个方面:
 
  一是基于历史数据挖掘的优化控制策略。热网范围内的各小区建筑结构、室内采暖方式(地暖、散热器)决定的滞后特性及室温变化规律不同,换热站的调节控制和优化规律不同。通过历史数据分析,专家系统给出控制策略。
 
  二是基于换热站和二次网特性的优化控制策略。目标是在节能调控的情况下,保证全网优化控制策略的安全、热网参数波动控制。就一个换热站盖多个居建楼栋来看,每个楼栋的调控,相互影响。必须针对二网特性和调控要求加以研究。
 
  区别于传统的以热源/热力站调控为主(气候补偿)、热网平衡分配的供热调节模式。“源-网-站-荷”联动前置调节方式,换热站以住户室温的需求反馈调节供水温度和供应热量,热源根据下属换热站所需的温度和热量的总和,进行精准生产供给,并通过一次供热管网合理的输配至各换热站,实现按需供热,既不欠供、也不超供。
 
  供热系统监控控制包括热源、换热站(标准站和混水站)、热用户。热源、换热站和热用户间的闭环控制逻辑思路为,大数据拟合回归分析来指导各个换热站的供热参数,同时用热用户的室温参数来修正换热站供热参数。根据热源的历史数据对热源的供热参数进行预测,同时室温也作为热源供热效果的评判依据。具体的原理见下图所示。
 

图1 闭环控制逻辑思路原理
 
  在实际运行生产过程中,前置调节需要对供热系统的调节参数进行预测,预测包括“热源预测”和“换热站预测”两部分。
 
  热源预测系统
 
  在全网调控过程中,每个换热站的调控,相互影响,进而影响热源。供热系统平台根据热网特性和控制参数变动,基于热网运行参数实时动态采集的大数据进行收敛性分析,给出全热源范围内的优化控制策略。
 
  智慧热网软件平台内置专家系统根据热网特性和控制参数变动,基于热网运行参数实时动态采集的大数据进行收敛性分析,给出全热源范围内的优化控制策略。基于未来24小时内的室外气象参数变化建立时间序列上的气温变化模型,计算得出未来24小时的能耗及未来7天的热负荷预测值。并相应提供更直观的一次网供热温度及流量等预测信息,辅助调度人员对热源拟定生产调度计划。详见下图。
 

图2 热源控制策略预测功能示意图
 
  换热站预测系统
 
  选取智慧热网改造范围内的各小区热用户,由于小区建筑结构、室内采暖方式(地暖、散热器)决定的滞后特性及室温变化规律不同,换热站的调节控制和优化规律不同。在综合考虑室外基准综合温度换算、昼夜人体热舒适度感受需求、室内温度控制目标要求(恒温、阶段性温度变化)等因素下,利用回归计算等数学方法,形成系统的闭环控制流程。得出以满足预定室内采暖温度为总体目标、以室内采暖热舒适度的建筑热耗为控制计算目标、分时段供水温度等为控制参数的换热站优化控制策略。详见下图。
 

图3 换热站控制策略预测功能示意图
 
  即满足:在热源供热能力充足的条件下,依据用户室温和室外温度等气象参数情况预测各热力站需求耗热量(热力站总负荷)以及热源合理的输出热量,根据预测管网中该热源区域内热力站总负荷,调度热源生产(热源输出热量),确定调整各热力站控制参数和控制策略,自动进行全网平衡调节,将热源生产热量按用户需求分配到各热力站。实现“均衡输送、按需供热”。且在热源不足或热源事故工况下,能将有限的热量平衡地分配到各热力站。
 
  二、“生产、客服、收费”三位一体
 
  随着供热技术不断发展和居民供热质量要求的不断提高,未来热力应建立覆盖全网数据的智慧供热平台、形成统一的数据传输系统,可以更好地进行供热运行管理、统一技术规范、统一指挥调度。形成企业统一的生产管理运行体系,促进供热可靠性、安全性,保障供热需求,节省人力成本,提高劳动效率,实现节能减排。最终,集成所有生产数据,经营数据,服务数据,形成专家系统,优化系统运行;对接各子系统,使数据互联互通。
 

图4 生产、客服、收费信息交互关系图
 
  生产、客服、收费信息互通共享
 
  所有的生产数据、客服服务系统数据、收费管理系统数据通过各自的网络传输至智慧供热服务器组,形成历史数据库,根据各住户的建筑类型的实际耗热量、供热效果以及室内温度及室外气象温度形成供热专家系统。
 
  智慧供热监控平台为供热运行、服务、收费管理提供全局化视图与智能化工具,并搭建信息沟通的桥梁。有效地提升供热系统之间的优化运行和保障能力,推进热网主动服务、运行安全和能源的合理应用,实现节能降耗的目标。
 
  各个系统模块间的相互数据共享关系为:客服系统中住户的接单维修记录,实时同步到生产系统中,在GIS地图模块,运行分析模块进行显示和统计分析;收费系统中住户的收费实时数据同步更新到生产系统的GIS地图模块,运行分析模块和运行监控模块中,方便热力公司人员了解住户、小区、热力站实时的缴费情况,及实现根据缴欠费状态远程控制通断阀;此数据还同步更新到客服系统中,让客服人员第一时间了解住户的缴欠费状态,进而确定是否派单。同时生产系统的智能分析中设备故障分析结果,及住户疑似窃热实时的分析结果推送到客服系统客服中心模块和收费系统稽查模块,使得热力公司对管网的控制更有主动性。
 

图5 智慧热网收费、客服系统建设规划框架
 
  与客服系统对接:实现热用户投诉、用热咨询等问题远程处理。客服人员在接到用户投诉或咨询电话的同时,可以实时查看住户的室内温度、供回水温度、阀门状态、缴费状态、否有过维修记录等等信息,帮助客服人员解决住户的问题,同时有助于准确的判断出问题的原因,协助维修人员快速解决住户采暖问题。数据、重点用户及缴费数据,实现远程稽查和远程管控对接。
 
  与收费系统对接:收费系统中住户的收费实时数据同步更新到生产系统的GIS地图模块,运行分析模块和运行监控模块中,方便热力公司人员了解住户、小区、换热站实时的缴费情况;根据缴/欠费状态数据交互,实现远程稽查管理功能;此数据还同步更新到客服系统中,客服系统对接住户的缴欠费状态,进而实现主动化催缴费业务。
 
  三、“人工智能分析”代替经验
 
  智能分析系统是基于数据挖掘技术对供热系统各环节的设备故障诊断、能耗诊断、优化控制进行全方位的分析,主要包括一次网换热站和二次网居建热计量两大部分。
 
  换热站智能分析
 
  此模块热力工作人员只要在监控中心点击一个按键,就将整个热网各站设备故障情况、能耗情况,以及运行情况清晰的了解;故障分析是对热力站内各种设备进行故障诊断,并给出导致此运行异常及故障的原因及解决办法;能耗诊断是对热力站耗热量、耗水量和耗电量进行分析,不单单是给出能耗高低的结果,同时给出导致结果的原因,以及下一步节能的方法;优化控制是对所有机组分析离线机组、就地控制机组、超标机组和未达标机组,可以及时了解管网目前状态进行针对性的解决。
 

图6 热站智能分析功能界面图(一)
 

图7 热站智能分析功能界面图(二)
 
  热计量智能分析
 
  热计量智能分析实现对居建采集器、楼栋热量表、户用热量表、通断阀、温控器、楼栋耗热、楼栋水力平衡、住户水力平衡、住户窃热、机组热损等自动分析。界面如下图。
 

图8 热计量智能分析功能界面图(一)
 

图9 热计量智能分析功能界面图(二)
 
  智能分析项应包括以下内容:
 
  采集器在线率。自动排查各小区下属由于网络等问题导致无法上线的采集器。供热力公司了解各小区采集器离线情况,包括数量和总览,按小区分组方便现场排查。
 
  住户热量表在线率分析。排查每日热表采集时间不更新的热表,即当日热表数据无法正常上传的热表。分析结果以小区为单位,并通过柱状图、折线图方式将各小区此类热表总量、及采集率展示。
 
  热表故障分析。根据热表采集的温度、流量、热量等数据,判断出数据异常的热表,异常热量表排查结果通过柱形图、饼状图和表格展示。
 
  窃热住户分析。通过未缴费住户热表的瞬时热量或累计热量变化,判断未缴费住户是否存在窃热情况。
 
  水力平衡(楼栋)。通过各楼栋热力入口热量表的流量和回水温度,综合判断各楼栋是否存在水力失调,及水力平衡度。
 
  热损计算。用同时刻机组下属虚拟楼栋表瞬时热量之和与机组PVSS对接瞬时热量进行对比;或使用当日机组下属虚拟楼栋表耗热量与当日机组PVSS对接总耗热量进行对比,计算得到小区或机组的热损率。
 
  四、总结
 
  随着云计算、互联网+、大数据应用等高科技的成熟,智能供热正在逐渐起步发展。未来的计量,必然是以节能为先导的系统工作,热企不管使用何种计量器具、何种计量方案,最终的目标是降低成本提高效益,同时提升服务水平和居民满意度。在数据准确和完整的前提条件下,充分利用新时代的新科学、新技术、新理念,通过研究基于大数据、智能化的数据管理系统,让计量所得数据不再沉睡,通过清晰洞察数据背后的用热趋势、规律和需求变动,为供热企业转变生产方式、经营管理方式,实现更好的热平衡、更节约的能源管理提供帮助。
 
  作者:张康松,现任职于青岛金泓热电有限公司计量专工。2017年5月被共青团能源热电委员会评为“优秀团员”;2018年4月被能源热电评为“暖到家杯计量自控岗优秀标兵”。
 
  青岛金泓热电有限公司成立于2005年,隶属青岛能源热电有限公司,主要担负着黑龙江路以东、滨海大道以西、卧狼山以南、枣山路青山路以北区域等企、事业单位和居民供热任务。
 
  目前,公司资产总额达到11.08亿元,年销售收入1.57亿元,总装机容量348MW。现已建成一次高温水主管网181.84余公里,二次管网515余公里,换热站117座,换热机组221套,拥有单位用户50家,居民用户9.92万户,供热面积1000多万余平方米(含工业用户)。


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