基于人工智能技术的区域供热智慧运维平台的构建

基于人工智能技术的区域供热智慧运维平台的构建

李险峰

青岛东亿热电有限公司 山东省 266000

摘要：集中供热是保障我国人民生产生活的重要基础能源设施。传统集中供暖方式存在供热不均、无法按照需求或环境因素调节供热量、缺少人机互动功能等问题。提高供暖系统的智能化程度、实现供热计量是节能减排的有效措施。多数发达国家采用变流量动态控制系统，一次热网所提供的蒸汽在换热站通过热交换变成民用生活热水和二次采暖热水，二次供水系统中带有变频调速电机水泵、电动调节阀、压差控制器等多种仪器设备，结合成熟的供暖系统运行模式。

关键词：人工智能技术；区域供热；智慧运维平台

引言

国家致力于持续推动全社会节约能源,保护和改善环境。针对供热行业的供热计量,自2003年7月建设部等八部委印发《关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见》,国家在政策层面持续推进供热计量改革,积极推行按用热量分户计量收费办法,鼓励用户节能行为,推进供热事业的健康发展。

1区域供热智慧运维平台的功能

智慧运维系统包括统一登陆模块，知识库模块，工作流库模块，主动检测模块等功能模块。统一登陆模块提供统一登陆登录的前端页面，配置用户信息、角色、权限、菜单等，方便用户一站式操作知识库模块、工作流模块和业务检测模块。将专家运维经验分类进行整理后，放到知识库当中去，形成知识图谱。通过判断故障的表现形式、形成原因及处理方式来预防故障的发生和进行故障发生后的处理。

2基于人工智能技术的区域供热智慧运维控制策略

2.1基于神经网络解耦的换热站IGPC控制策略

换热站是热网的重要构成部分，是供热系统的主要控制场所。换热站系统是一个非线性、大滞后、强耦合的被控对象。输入响应过程和控制过程通常延迟较长。其滞后特性很容易引起各类参数的波动。另外，换热站系统的控制对象较多，且相互之间关联耦合严重，调整一个输入量会影响其他被控对象，增加了控制难度。IGPC解耦控制一般由预测模型、滚动优化、模型解耦和反馈校正环节组成。递归神经网络的拓扑结构，能很好地解决控制系统中存在的非线性和强耦合问题。热力站供热系统具有延迟性，时间点k和之前的输入值的状态都会对当前时间点k的输出值产生影响，考虑上述影响，故将当前时刻的输入和前k时刻的输出值组合为时滞递归神经网络的输入，这样便可以把过去的输出加入考虑中，以此来实现热力站供热系统的动态特性。引入IGPC控制将质调节温差控制的滞后时变动态特性，融入到有限时域频段的滚动优化目标中，并利用反馈校正环节对偏差加以修正，解决了换热站温度控制的时滞、时变问题，同时避免了复杂的矩阵运算，简化了计算量，提升系统响应速度。

2.2城市集中供热系统的二级网水力平衡调节

针对二级网水力平衡调节来讲，其最终目标是将用户层面的室温调节到比较相近的数值，而直接将室温当做调节目标则不确定性比较显著，因此需要寻找其他目标对室温进行代替。调节的目标通常涵盖单位面积流量、回水温度以及单位面积供热量等等。运用流量系数法开展相应的调节工作。各个支路需要按照供热末端类型、建筑形式等相关的因素使目标单位面积流量得以进一步明确，并且按照供热面积，计算出具体的目标流量。借助于过渡系数针对计算目标流量予以实际修正，接着再依据修正目标流量和实测流量二者之间的偏差大小顺序完成有关的调试，最终令流量能够接近或者达到相应的目标流量值。

2.3基于5G通信技术的供暖系统智能化控制

2.3.1建立计算机运行管理中心

首先，建立数字化的供暖系统计算机运行管理中心，从技术手段上改变传统的热网管理方式，在各建筑物阀门井安装电动控制阀、压力表、温度表、在线监测设备及监控软件平台，实现对各建筑物的分时、分温控制，同时通过软件实现对供暖设备故障诊断和大数据监测，从而保证在供暖品质提高的前提下达到节能减排的目标。

2.3.2设计节能监管服务平台

1)气候补偿技术是根据室外温度的变化及用户设定的不同时间及室内温度的要求，按照设定曲线求出恰当的供水温度并进行自动控制，实现供热系统在不同时间根据不同的室外温度获取不同二次供水温度的自动气候技术，是避免因室温过高或过低造成能源浪费的一种节能措施。换热站将采用气候补偿技术，实现对一、二次侧温度、压力进行实时监控，根据二次侧需要的出水温度和供回水温差，以及一次侧蒸汽的温度，决定一次侧蒸汽的供给量，并根据需要控制蒸汽的进入量，在实现按需供暖的同时达到节能运行的目的。换热站还实现无人值守，对各电气设备运行数据进行自动监测、关联设备连锁控制，对各种异常情况进行报警，提升现有供暖管理的水平，达到分布调控、集中管理、实时监测，让整个供暖管理过程透明化、高效化。此外，也可以将本供暖系统接入其他信息管理系统，实现更高层次的智能管理。2)利用分时、分温技术对连续供热用户与分时分温用户按供热时间进行独立的管理与调节，对办公楼实现上班时间供热、下班时间防冻，自动定时切换控制，以达到按时按需供暖的目的。本系统采用了回水温度控制和室内温度控制两种方式保证各办公楼宇的供暖品质。这两种控制方式又分为上班时段供暖和非上班时段供暖。保障上班时段的室内温度不低于20℃，非上班时段设置为低温运行，温度不高于15℃，基本按照“按需供暖”策略进行调控，实现节能减排。3)供暖管网水平衡的监控和调节。针对管网上各楼宇在不同时段有着不同供暖温度的差异化需求，整个供暖系统需要调整不同时段的热水流量和供水压力。4)在建设供暖节能监控系统的同时，为龙首矿节能监管服务平台提供数据接口。在各供暖节能监控点，利用供暖监控设备为建筑节能监管平台提供水、电计量所需要的数据采集通信接口。

2.4热计量智慧运营

2.4.1硬件设备

针对现场整体设备情况及原有设备存在的相关问题,基于设备全生命周期管理的理念,对现场安装的所有热计量相关设备进行一次性的完整巡检、故障清排、硬件产品定制化匹配、长效运维,保障热计量设备稳定、可靠运行。

2.4.2系统平台

面向热计量监测、热计量运维、智能异常告警、计量数据多维度交互、数据深度分析、辅助供热管理等功能需求进行软件平台的定制化开发并对现有其他平台的数据进行有针对性的对接工作,搭建供热计量智慧运营管理平台。在热计量监测统计层面,系统平台完成对现场计量数据的通信、解析、存储、展示及分析。在热计量运维及异常告警层面,系统平台匹配有智能异常用热识别及预警功能,并且支持人为修正,不断提升预警精度。在供热数据交互层面,完成热源、热网、热站、末端计量设备及数据的完整接入,实现从热源至末端全面数据的整合应用。在数据深度分析层面,匹配相应的能耗监测功能,实现了各个层级数据的层级比对、能耗监测。在辅助供热管理层面,基于用户信息的管理匹配用户基本信息管理功能,完成了用户基础信息对接,实现了用户用热状况的可视化。

结语

本文基于人工智能技术和工业互联网技术，构建了城市（区域）供热智慧运维平台，该平台已经实现上网运行。系统通过数据实时监测，及时发现设备故障信息，采取相关措施，保证设备安全稳定长周期运行，提升了面向民生供热服务的满意度，实现了供热保障以及提高了应急处置等管理水平，最终使供热治理保障水平显著提升。

参考文献

[1]闫伟.面向移动应用的电力工程监理管理系统设计与研发[D].北京:华北电力大学（北京），2017.

[2]左宇.谈城市建设工程管理信息系统的建立[J].湘潭工学院学报（社会科学版），2003，5(3)：19-21.