热网SCADA系统控制方案.doc

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第二章热网SCADA系统控制方案

2.1热网控制方案

在集中供热系统中，虽然在工程设计阶段进行了水力平衡的设计，但是，由于供热工程设计阶段的供热面积、热用户的分布、管道的路由走向等等具体的设计情况，与实际运行情况相比往往会有所出入，再加上工程施工质量问题、管道管径的限制问题、管道中循环水的流速限制问题以及水力平衡设计本身的问题，造成了水力失调很难单靠设计来进行解决，所以，需要采用自控系统对其进行调节。

2.1.1现在使用的各种运行调节方式及优缺点

一、质调节：

在整个供热期内，热源和热用户的循环水流量保持不变，根据不同的室外温度只改变供水温度。

适用于一、二级热网，多用于二级网，为目前国内普遍采用的调节方法。

缺点：

在不同的室外温度情况下，只改变供水温度而不改变循环流量，浪费了水泵的电耗，不能节电；热网远、近端用户温度有明显的时间差。

优点：

水力工况稳定。

二、量调节：

在整个供热期内，热源和热用户保持供水温度不变，根据不同的室外温度只改变循环水流量。

实际中只适用于一级热网，且因目前热网平衡控制方面存在很大困难，所以国内应用实例鲜见。

二级热网采用量调节在技术上更难实现，其一是因为二级热网也存在平衡控制方面的困难；其二是随着室外气温升高，如果网路水流量迅速地减少，常常会使室内供暖系统产生严重的垂直热力失调。

量调节的缺点：

水力工况稳定性差，实用性差。

优点：

与质调节方式相比，在供热面积相同的情况下既能节热，又能大量节电。

三、分阶段改变流量的质调节：

就是把整个供热期按室外温度的高低分几个阶段，在热负荷较大时采用设计流量，在热负荷较小时采用较小流量。

大多地区分为三个阶段，而在每一个阶段内采用保持流量不变的质调节。

适用于一、二级热网，应用情况在数量上仅次于质调节。

其优缺点介于质调节和量调节之间。

即在每一个阶段内，水力工况稳定，热网远近端用户温度存在时间差。

在热网平衡控制上较量调节稍易实现，比质调节稍难。

流量变化不连续，只分几段，故节热同时只部分节电。

四、间歇调节：

间歇调节属于一种辅助的运行调节方式，它在供热期内，不改变网络的循环水量和供水温度，而只减少每天的供热时间。

它只作为一种辅助调节措施，在室外气温较高的供暖初期和末期常常与其他几种运行方式配合运行。

常见的方式是：

在初末寒期，单台锅炉采用间断运行、多台锅炉在不同时段采用减少运行台数，而循环水泵连续运行的方式，即所谓的“停炉不停泵”方式。

在严寒期，则采取２４小时连续供暖的方式。

五、质量并调：

在运行调节的过程中，根据室外温度的变化，既改变循环流量又改变供水温度。

这种运行调节叫做质量并调。

众所周知，根据供热系统的特点，在保证供热质量最佳的前提下，对于一个既定的供热系统，在不同的室外温度下情况下，都有一个与其对应的最佳的流量和最佳温度（温差）。

所以，最佳调节的运行工况是质和量的综合调节。

这种质量的并调，一方面达到了最佳的供热效果，另一方面达到了最大限度的降低供热的热耗和电耗。

此种调节方法同量调节一样，也存在热网平衡控制上的困难，所以虽然近几年国内供热行业在一、二级热网实施循环泵变频调速变流量运行，进行质和量并调的工程实践项目也较多，但实际运行效果不理想。

具体表现是：

流量的变化幅度不大，降不下来，运行中的流量多数都是高于设计状态下的计算流量，远远没有达到最佳调节工况的参数状态，循环泵变频调速仅成为解决设备大马拉小车的手段，供热系统节能潜力没有真正挖掘出来。

最根本的原因是因为缺乏简便、有效的调节热网平衡手段，导致热网循环泵变频调速变流量运行的节能潜力没有充分挖掘出来，阻碍了质量并调运行方法的推广应用。

2.1.2各种主要控制方式的分析比较

一、控制热力站二次网供水温度的控制方式

各热力站根据室外温度情况，调整一次网侧的电动阀门，以改变流过水－水热交换器的一次侧水量，从而使得二次侧热交换器出口的水温达到设定值。

从原理上，只要给出合理的室外温度与二次网供水温度之间的关系式，仔细设计电动阀门的调节算法，能够使用户侧采暖达到要求。

然而实际上却存在以下问题：

当外温降低时，各热力站按照预定的调节规律将纷纷开大一次侧阀门，加大一次网流量，以使二次网供水温度升高至与降低了的室外温度相适应。

此时，热源可能进行的相应调节有两种：

（a）增加蒸汽量以提高总的供水温度使其与降低了的外温相适应；（b）提高供回水干管的压差以增大流量，同时增加蒸汽量以维持供水温度不变。

当热源采用前一种调节方式时，由于从热源至热力站有相当距离，热源处的温度变化要经过一段时间才能反映到各热力站，因此各热力站都首先有一个开大阀门希望增加流量的过程。

由于总流量不可能增加太多，于是近端热力站通过开大阀门后，达到要求的流量与二次网出口温度，而远程的热力站则流量变小，进一步开阀门也无济于事，直至阀门开到最大，二次网出口温度仍达不到要求。

以后，热源的升温效果开始反映在近端热力站，近端热力站开始关小阀门，以维持二次网供水温度，这使远程各热力站流量逐渐加大，此后温度升高的一次网热水开始流至远程站，使远程站二次网供水温度升高，将导致远程站也开始调小供水阀门以维持二次网供水温度。

这些调节作用导致一次网流量开始减少，从而热源出口温度进一步升高。

为维持热源出口温度，热源要适当关小蒸汽流量，这最后又会逐渐导致各热力站陆续开大阀门。

热源至热力站之间的延时一般在几十分钟至一、二个小时之间，这种振荡现象有时会持续很长时间，直至系统不能正常工作。

若热源采用后一种方式同时提高供回水压差，使循环流量增加，并且适当增加蒸汽流量，使供水温度不变，情况会略好一些，但由于热源的调节与各热力站的调节很难同步进行，这二者间的时间差将同样导致上面的振荡现象。

当各热力站的动作早于热源时，各热力站有一个竞先开大阀门而后又逐个关小的过程。

此过程由于各热力站间的调节不同步进行而导致若干次振荡。

当热源早于热力站时，情况要有所好转，但也会出现一系列的阀门动作。

由于各热力站所处的外温应该相同，总的热源温度升高使各热力站二次网供水温度均升高。

总的供回水压差加大，也可使各热力站流量按比例加大，使各自的二次网供水温度升高，因此最终的调节结果应该是各热力站的阀门又都回到最初的位置。

无谓的使各热力站的阀门进行这样一个调节过程甚至于振荡一个周期，总不是好事，如果热源也采用自动调节，调节再不完善，极有可能与各热力站一起振荡，长时间不能稳定。

此外，由于建筑热惯性的作用，外温瞬间的升高或降低，不会立即造成室温的相应变化。

室温及建筑要求的供热负荷与外温之间存在一个衰减和延迟的过程。

如果各热力站内的控制不考虑这一衰减和延迟的作用，对外温进行滑动平均处理，而是根据瞬间外温的变化进行调节，将会加剧这种振荡，各个热力站间外温测量由于误差造成的不一致，也会导致同样的不良影响。

二、控制管网最不利压差的控制方式

这是目前国内普遍采用的控制方式，循环泵采用变频器控制，根据最末端测出的供回水压差控制泵的转速，使该压差能维持于要求的数值即二次侧供回水压差。

各热用户则可根据要求，自动调节流量，满足各自的用热要求。

采用这种方式，同时维持二次水的出口温度为定值。

这种方法在使用时要分清是哪种收费方式，对于按照热量收费的系统，各热用户具备室内温度调节设备和手段，以及经济上的制约关系，会主动的调节流量来满足自己的要求。

所以是适合的。

如果是按照面积收费时，则不能应用管网最不利压差的控制方式。

关于二次网的变频调节在下一节将单独介绍。

三、控制热力站流量的控制方式

既然以供热面积为标准收费，干脆根据各热力站面积计算各个热力站的设计流量，在各热力站安装流量计，调节供水阀，使一次网侧进入热力站的流量在任何时候均为设计流量。

根据外温变化，集中对热源的出口温度进行调节，这是一种根据我国热网管理模式提出的控制模式，不存在前面的振荡和部分热力站供热量偏多的问题。

然而仔细分析此法仍有不足：

由于各热力站实际供热面积很难与标称面积或收费面积一致，即使统计出的面积准确，由于建筑类型朝向、保温等情况不同，单位面积的热负荷也不可能相同。

按照面积确定流量，就会使保温好的建筑室温偏高，保温差的建筑室温偏低，或者是统计出的供热面积偏小的热力站所供的建筑物室温普遍偏低。

热力公司向最终用户的承诺并不是每平方米多少循环流量，而是室温不低于现定的下限（16℃），如果室温普遍偏高，热力公司并不能收到更多的热费，只相当于白白多供了热量，如果某个热力站室温偏低，则会收到用户投诉。

因此，更好的方式是否应为设法使各热力站间的供热效果均匀，而不是仅使流量与标称供热面积相匹配？

如果无自动控制系统，完全依靠手动调节，这样做可能是可以做到的最好结果，但是如果安装了自控设施，各个热力站的进口阀门可以自动调节时，能够使各热力站之间的供热效果更加接近，从而使总的供热量有可能进一步降低使热力公司在不降低供暖质量的前提下，获得更多的经济效益。

四、均匀性调节的控制方式

热网的均匀性调节是指对各个热力站供水阀门的调节应该以各个热力站彼此之间供热效果相同为目标。

如果各供暖房间的房间温度可以测量，那么使各热力站的供热建筑的房间温度彼此相同应作为调节目标，由于不可能大范围测量房间温度，因此只能寻找反映房间温度的测量参数作为控制目标。

由稳态下的热平衡方程可以得到，散热器向房间传热应与房间向室外的传热量相同

在稳定工况下，室温为供回水平均温度和外温的函数，如果将各个热力站的二次侧供回水平均温度调为一致，则可以近似认为采暖房间的室温是彼此均匀的。

以各热力站二次网供回水平均温度彼此一致为热网的调节目标，对各热力站供水阀进行调节，可以保证各热力站间的均匀供热，避免由于冷热不均，为了保证偏冷用户达到要求而造成过热用户的浪费。

因此是保证供热要求条件下的最省能的调节方式，也是可以使管理热网的热力公司获得最大经济效益的调节方式。

由于各热力站所带的供热面积不会经常改变，并且各建筑物的负荷主要由外温所决定，因此随外温变化各热力站的热负荷同步升高或降低，各热力站间热负荷之比基本不变。

因此，在热源优先调节的情况下，系统一旦调节均匀，就基本能够保持，不需要随温度变化进行调节，因此阀门调节的频繁程度较前述方式都要小的多，这样，系统可以长期稳定运行。

随着外温的变化，为保证供热效果，热源需统一进行调节，这时可以随外温降低而升高供水温度，也可提高总的循环流量。

无论采用哪种方式，都是全面地升高或降低各热力站的采暖效果，不会改变其均匀性。

只有当个别热力站二次管网发生变化，新增添或关闭一些用户，庭院管网做某种调节和转换等，才需要对相应热力站及相邻几个热力站的供水阀进行调节。

均匀性调节可将热网的调节与热源的调节分为两个独立环节分别单独进行，相互之间基本互不干扰。

2.1.3不同采暖收费体制下的控制策略

伴随着供热收费体制的改革，城市集中供热系统也必然会由现在的按面积收费逐渐过渡到分户计量按热量收费的体制。

我们认为，这一过程是相当漫长的，这期间必然存在按面积收费和按热量收费的用户在一个系统内同时并存的局面。

因此，下面按上述三种情况分别对热网的基本控制方案进行介绍。

一、 整个系统按面积收费

在按照热量收费还没有实行的今天，我国绝大部分的城市仍然采取的是按照采暖“面积”来收费。

在这种收费体制下，热用户要求的是保证室温18℃±2℃，低于最低要求的16℃，用户将对热力公司投诉。

而室温超高时，用户则不会去调节采暖系统（例如关小阀门，一般情况下也没有调节手段），而是采取开窗降温的方法。

热力公司则应在保证热用户室温不低于16℃的前提下，通过调节供热热媒的参数（流量和温度）来调节供热量，以适应室外温度的变化，控制室温的责任完全由热力公司来承担。

因为收费是一定的，多供了热也不能多收费。

供热策略则应是：

“按需供热、限量供给”，此处的需，是建筑物客观上的需，无论是谁，室温的标准是一样的，亦即在保证热用户室温不低于16℃的前提下，尽量少供热，尽量不要出现室温过热的情况。

而节能降耗的目标则为：

除了需要降低单位热量的成