多热源并网供热的水力优化调度研究

多热源并网供热的水力优化调度研究

李璟旭

天津市津能滨海热电有限公司 天津 300000

摘要：随着国内城市规模的不断加大，集中供热系统也随之增大，供热系统多热源联网运行已成为很多大中型城市集中供热的运行模式。多热源联网运行系统与单热源供热系统相比可以提高供热稳定性并通过优化调度热源，按热源效率顺序投入或调解热量输出，大大提高供热的经济性。实际运行中，在随负荷变化调节各热源供热量输出后，如何合理进行热网运行水力工况的优化调度，充分利用管网的输送能力是供热多热源联网稳定合理运行的重要课题。本文论述了水力调度硬件配置方案、热源循环泵及环形网水力优化调度理论。

关键词：多热源联网；水力优化调度；供热运行调节

在城市集中供热领域中,多热源并网供热已经越来越多地被采用,这是因为这种系统具有单热源供热系统所无法比拟的优点,包括提高系统的可靠性以及不同形式热源合理匹配所带来的热源运行的经济性等等。有些工程虽然已经采用了并网运行的方式,但具体到如何充分利用管网的输送能力,随负荷变化灵活匹配各热源的供热量上,还缺乏明确的认识和行之有效的调节手段。为此,笔者结合热网的可及性分析,探讨了多热源并网的优化调度问题,特别是输配系统水力工况的优化调度,本文是这些研究的总结。

一、供热运行调节控制原则

1、热源流量的控制

多热源并网运行的集中供热系统，必然存在水力汇交点。集中供热系统水力工况的频繁变化将导致水力汇交点处供热的不稳定。为防止这种情况的发生，不允许各热源流量短期内的大幅度的、周期性的调整。同时，在多个热源流量相对稳定、集中供热网结构一定的条件下，如何调节热源端变频器，并配合管网上干管、换热站的阀门的调节，使泵耗最小，是一个管网水力优化调度的问题。

热源供水温度和热源供热量的控制

供热系统的热负荷根据前三天的外温、系统供热效果等参数采用时间序列法进行预测。在此基础上根据多个热源的关系以及外网的实际情况进行优化调度，确定各热源应该提供的供热量。在此基础上，根据供热量与热源供回水的温度曲线可以确定热源的供水温度。需要指出的是，由于锅炉、管道、房间都是很大的蓄热体，系统是一个大惯性的系统，不能简单地根据外温的变化同步地调整热源出水温度的设定值。频繁地调整热源出口水温设定值，会给系统带入较大的干扰，也不利于节能降耗。根据时间序列法预测负荷，调整热源供水温度设定值，其调整的幅度和频率要远远小于外温的变化。

二、多热源运行水力优化调度

1、水力优化调度硬件配置

（1）环形网水力优化调度系统

对于环形网输配系统，若运行工况为多工况或变流量，在系统设计时首先要规划好环上阀门的安装位置和相关的传感器安装位置。通过对一些典型工况的优化调度理论分析，确定各环水力汇交点的理想位置漂移范围。对于多环管网，可能部分环路需要通过设置阀门来达到理想的流量分配，一般可将阀门安装在水力汇交点漂移的极限位置附近即可。由于阀门的作用是调整环上流量的分配，因此对一般的对称管网，在同一位置需要同时在供水和回水干管上添加阀门，而不能只加在某一侧。

为配合在线水力优化调度，需要在环上一些干管安装若干流向传感器。流向传感器可安装在不同工况下水力汇交点的理想漂移范围内，每个环上按一定密度安装若干个。

对热源主循环泵的优化调度时，在系统设计时通过对可能出现的工况进行分析，得到干管上水力汇交点可能漂移的范围，从而在适当的位置添加阀门。通常只需在不同工况下水力汇交点的某些极限位置附近添加调节阀即可。另外，由于干管上添加阀门的目的只是为了抵消不同热源之间在压头上的相互影响，因此在管网的某一点只需在供水或回水的某一侧支路上添加阀门即可。对N个源的枝状网，干管上设置的调节阀一般不需超过2N个。

（2）水力优化调度的运行方案

输配系统的在线水力调度是基于前述的水力优化调度理论进行的，然而在线水力调度又不同于上述的理论优化调度分析，也就是说不能将理论优化调度方法直接应用于实际系统的实时调度，原因是：第一，输配系统的运行一般不是单工况，其水力工况是不断变化的，因而在线水力调度也必须基于这一变化的过程；第二，在线调度时干管上的阀门不是基于每个工况随意按优化调度理论配置的，而是按一定的设计原则预先规划好的，因而在线调度时必须基于现有的阀门进行调节，使得水力调度在已有的条件下尽量接近对应时间段中水力工况的理论最优解；第三，在线调度建立在现场的监测控制条件下，根据系统已有的测量参数进行分析和调整，而实际系统中的在线测量参数一般是有限的，这也限制了在线水力调度的实施程度和具体方法。

当然，在线水力调度与通常意义上的运行调节不是一个概念，水力调度有一个调度周期的问题，只有用户要求的工况变化达到一定程度时才需进行新的水力调度，而运行调节则需要随时满足用户的要求。因此，也可以说在线水力调度是“粗调节”，调节的目的是在保证系统的输配能力的基础上尽量降低系统的动力消耗。

2、热源主循环泵的水力优化调度

多热源枝状网的在线水力调度主要包括干管上阀门的调度和各循环泵的调度。其中主热源循环泵可根据管网某一点的压差进行调节，而各辅助热源的循环泵则根据各自的流量进行调节。下面给出干管上阀门水力调度的基本步骤：

（1）实时测量各站点的流量和热源的流量，计算整个网络的实时流量分布，确定水力汇交点的位置；

（2）若各站点的总体流量分布变化达到一设定量或水力汇交点位置发生较大偏移，开始启动干管阀门优化调度过程；

（3）根据实测的各末端供回水压力确定各热源所供范围的最小剩余压头，若存在差值，关小最小剩余压头小的一侧离汇交点最近的阀门，使之消耗掉二者的差值；

（4）在这一过程中相应地降低另一侧热源循环水泵的转速；

（5）重复（3）（4）步骤直到两侧用户的最小剩余压头接近相等。

在上述调度过程中，时间步长可取得大一些，而且只有当工况变化到一定程度时才会启动水力调度过程，因此这一过程一般不会破坏各末端流量调节的稳定性。

3、环形网的水力优化调度

对采用分布式集中控制的环形网，可对环形网上的阀门进行调节，以达到最优工况，节省水泵输送电耗。

采用优化调度理论计算方法得到优化后的水力汇交点位置和具体的流量分布，据此得到环上一些关键流向传感器所在位置的流向，并根据环方程确定应该调整汇交点哪一侧的阀门；

调整环上汇交点相应侧距离最近的阀门，使得环上流向传感器达到设定的流向。

结语：

对于多热源环形网而言,有时在干管上设置并调小或关闭调节阀,不仅不会降低管网的输送能力,反而可以提高输送能力,改善系统的水力工况。对于多热源供热网,干管上设置并调节阀门的目的在于减少各热源循环泵之间不利的相互制约作用;对于环形网,环上设置阀门的目的则在于通过调节环上的阀门使得环上干管的流量分布趋于合理,各用户的剩余压头趋于均匀。

多热源或环形网水力工况的调节,关键是干管上阀门的合理设置和调节以及主循环泵的调节,这种调节必须在优化调度分析的基础上进行。否则,不仅有可能大幅度增加循环水泵的电耗,甚至难以达到某些工况。

并不是所有的多热源或环形供热网都需要在干管上设置调节阀调节,是否需要以及安装位置如何有赖于对具体工程的优化调度分析。

参考文献

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[2]方筝,张晓松,李繁蕾,等.多热源联网运行集中热网水力工况分析案例[J].区域供热,2016(2)

[3]多热源环状供热管网水力特性仿真及实验研究[D].山东建筑大学,2016.