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区域能源系统智能化问题探讨哈尔滨工业大学方修睦2目录1引言2区域能源系统智能化的概念3智能供热/供冷特征4智能决策层功能5区域能源系统智能化的支撑技术6展望31引言随着我国经济的快速发展，城市化进程加快，城市的数量、规模、模式都在不断地变化，近年来城市能源系统以前所未有的速度发展，运用先进的信息化手段优化能源系统运行调节，以便提高能源系统的运行效率．降低能源能耗，减少企业的生产成本，减少环境污染已经成为能源生产、服务企业的主要任务。41引言目前，我国新建的热力站大多装配了现代化的仪表、控制装置，已实现数据远程监测，有些热力站实现了无人值守，个别企业甚至应用了地理信息系统（GIS）。但有些热力站虽然配置了现代化控制装置，但并未真正实现自动控制，造成了设备浪费。因此，海量的信息大多停留在形成数据曲线、数据报表阶段，运行人员仍大多依据传统的人工调控方法，发布调度指令，而没有发挥海量数据在运行调度中的作用，造成信息资源浪费。51引言近年来，随着现代通信技术、控制技术的进步，物联网技术的应用、云计算、大数据技术的发展，国内开始关注城市能源系统的智能化问题，有些企业开始实施智能供热系统的开发和建设。我国在城市智能供热/供冷方面的研究刚刚起步，对智能供热/供冷的内涵和外延还缺乏完整的、正确的认识。62区域能源系统智能化的概念概念•冷热网---物理网，•将由通信网、物联网组成的网路---信息网•由物理网和信息网组成的人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的一个全新的网络，称为智能供热/供冷网。•智能供热/供冷是以由物理热网为基础，以通信信息网为支撑，•进一步拓展对管网全景信息的获取能力，•利用数据挖掘和辨识等技术过滤处理信息，•通过智能决策支持系统，为运行管理人员提供辅助决策支持，•形成在保证室内舒适度的前提下，降低能耗的闭环运行模式。区域能源智能化系统构成系统的基础物理网络层系统信息物连网络层智能决策优化运行调节网络层83智能供热/供冷特征特征•智能供热/供冷以现有的系统为基础，依靠物联网、大数据、云计算、传感测量、信息通讯和控制技术等高科技手段，以充分满足用户对冷热量的需求，确保热力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束、优化资源配置、适应市场化发展等为目的，来实现对用户可靠、经济、清洁、互动的热力供应和增值服务。特征：此处添加文本•系统设计为运行目标下的优化设计，依据对全工况分析，构建物理网和信息网，提出新建系统的智能运行策略。•能源厂、能源网及热用户的主要信息能够顺利获取，能够对管网主要部件的运行状态实时监测；•系统信息资源可共享，数据可统一分析。通过对来自于物理网的海量信息提供计算能力及海量存储资源能力来提高系统资源的利用率。93智能供热/供冷特征特征此处添加文本•设备配置优化。•有完备的智能决策支持系统。可以为决策者提供可选决策方案，并对各种方案进行评价，提出最合理的运行决策方案。•热用户系统可调节，用能可计量；•源、网与用户之间实现双向互动，鼓励用户以多种方式积极参与热网的运行管理，根据室内舒适度需求变化调整系统运行模式。为用户提供更加高效、优质的服务。103智能供热/供冷特征特征此处添加文本•热网的主要设备可控，具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，通过其先进的控制方法监测热网的基本元件，通过对运行数据的定量分析或定性分析，能对可能出现的问题迅速做出预测、监测和响应；•具有自我诊断、故障隔离能力，及时发现、快速诊断和隔离故障隐患，从而快速诊断并准确地提出解决任何运行质量事件的方案；•保证设备安全，避免大规模事故的发生，提高网运行的可靠性；在发生事故时能自动提供基本服务。113智能供热/供冷特征特征（5）透明开放此处添加文本•能以公开、透明的市场规则对用户进行管理，提供高品质服务，满足用户的多元化、差异化需求。能充分利用供热/供冷资源，向社会提供增值服务，提升企业的核心竞争力，适应技术进步和需求变化。124智能决策层的功能•智能决策支持系统，是决策支持系统与人工智能技术，特别是专家系统的结合，即有决策支持系统中依据数据和模型进行数值分析的优势，又能充分发挥专家系统中知识及知识处理的特长。•智能系统应具有专家水平的专门知识，能进行有效地推理，不但能完成一般的逻辑推理，而且还能利用问题的启发性信息进行启发式搜索，试探性推理以及不精确推理、不完全推理；•应具有自学习知识的能力和与运行管理人员的交互能力，模拟人类进行推理和判断乃至决策，通过提高系统整体运行的效率，实现最佳容量、最佳状态和最佳运行来降低运行的费用。•134智能决策层的功能•数据及诊断：通过先进的测量技术，对物理网的运行数据实时测量及正确上传；在线评估数据质量，在线对仪表的工作状态进行评估，对测量误差进行修正。运行控制运行调度运行评价经济运行服务质量监督服务质量评价服务效果评价优质、高效服务运行监督数据评估仪表运行核查数据及诊断静态分析系统辨识动态分析系统分析事故分析事故报警事故处理系统安全可靠性评估144智能决策层的功能•通过对系统特性分析，制定出优化的运行调度方案，对运行设备进行优化控制，实现能源转换设备的高效运行，能源输送系统输送成本最小；•并通过对运行过程的自学习，不断改进系统运行调度策略，获得更好的运行效果。•运行控制四个方面的内容：（1）为实现调度目标，以提高能源转换效率为目的而对于能源转换设备的优化控制；（2）为实现调度目标，以降低运行能耗为目的的对于动力设备的优化控制；（3）为系统运行调节提供条件，而对管网系统进行的平衡调节；（4）为节约能源，热用户根据自身的需求而进行的室温调节。•154智能决策层的功能运行调节包括四个方面的内容：（1）在一定的供热/供冷范围下，根据实时的室外参数，确定今后一个调度周期内的供热/供冷需求；（2）基于预报的供热/供冷负荷，根据系统的配置状况，确定系统运行调节方案；（3）在保证系统不出现热力失调的情况下，优化系统的热力工况；（4）在给定供热/供冷负荷的情况下，根据系统的实时运行工况，确定今后一个调度周期内的各运行设备的运行状况，使得系统在保证服务质量的前提下，运行费用最低。164智能决策层的功能运行评价是指对供热系统从正式运行到后评价期间，系统运行情况的评价。涉及到设备效率评价和系统运行水平评价。设备效率评价包括下述内容：（1）在评价周期内，源内设备完成了规定供热量/供冷量后的运行效率；（2）水泵在评价周期内，完成规定的输送热量后，所达到的运行效率。（3）系统平衡状态、输送效率及能效指标174智能决策层的功能•系统分析：基于大数据和云计算，对系统水力及热力工况进行静态分析，评估用户的热力工况；对系统水力特性进行辨识，动态分析系统的水力工况及热力工况。运行控制运行调度运行评价经济运行服务质量监督服务质量评价服务效果评价优质、高效服务运行监督数据评估仪表运行核查数据及诊断静态分析系统辨识动态分析系统分析事故分析事故报警事故处理系统安全可靠性评估184智能决策层的功能系统安全：通过其先进的测量技术和控制方法，监测系统的基本元件，通过对事故发生原因分析、事故处理方法的自学习，快速诊断并准确地提出解决任何运行质量事件的方案和维护管理方法，减少事故发生的次数和事故处理时间及影响范围，提高系统安全。运行控制运行调度运行评价经济运行服务质量监督服务质量评价服务效果评价优质、高效服务运行监督数据评估仪表运行核查数据及诊断静态分析系统辨识动态分析系统分析事故分析事故报警事故处理系统安全可靠性评估194智能决策层的功能•优质高效服务：通过供给和需求的互动，可以最有效地管理运行参数，为用户提供更好的服务。将服务评价渗透到基本服务全过程的每一个环节，使得决策、管理、绩效评价和监督问责的科学化、精细化和透明化得以实现，通过对服务的监督、评价，建立起高素质的服务队伍，提供企业的服务水平。•。运行控制运行调度运行评价经济运行服务质量监督服务质量评价服务效果评价优质、高效服务运行监督数据评估仪表运行核查数据及诊断静态分析系统辨识动态分析系统分析事故分析事故报警事故处理系统安全可靠性评估205区域能源系统智能化的支撑技术特征•智能供热/供冷系统由物理网、信息网和决策层组成。要求：1•系统先进、配置合理2•安全•可调•要求系统合理分级实现分级调节•设置自动调节设备和手动调节设备•初调节•平衡调节设备•一级网平衡调节•二级网平衡调节•热用户调节•运行调节•热量自动调节设备•变流量调节215区域能源系统智能化的支撑技术•数据传输稳定、可靠，数据准确数据通讯数据诊断数据采集现代测量技术高速、双向、实时、集成的通讯技术先进的数据评估方法，高效的在线核查技术225区域能源系统智能化的支撑技术（1）现代测量技术•参数量测技术是支撑智能供热基本条件，•包括现代测量方法及测量设备，通过虚拟测量技术、数据处理技术和温度传感器、热量表、流量表、压力传感器等获得供热系统各部分的运行数据，•并将其转换成数据信息，在热量的生产、调度、输送、计量、调节等环节，实现数据的全面采集、完整传输和高效处理。235区域能源系统智能化的支撑技术•源的生产、冷热量输送、调节、服务以及热用户的采暖设备和其他用能设施，通过数字化信息网络系统连接在一起，通信系统和热网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络—物理热网与信息网，通过智能化控制使整个城市能源系统得以优化。245区域能源系统智能化的支撑技术•系统中设置无数传感器，传感器的完好状态，影响数据的质量。•海量数据质量，影响着决策的正确。•需要有先进的数据评估方法，保障数据质量。•一旦数据出现异常，需要在线评定仪表的工作状态。255区域能源系统智能化的支撑技术•是智能供热/供冷系统核心•要求：知识库完整、推理合理、工作稳定、决策效益明显智能决策支持技术智能决策系统云计算技术智能决策支持技术先进控制技术265区域能源系统智能化的支撑技术•云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的融合与发展，其基本原理时将计算分布在大量的分布式计算机上，而不是本地计算机或远程服务器中。•用户不再单独购买物理设施，而只需按需购买包括存储能力、计算能力、软件功能、网络资源、硬件资源在内的各种服务，支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务，如同本地操作一样，只需一台笔记本或者一个手机，在互联网的帮助下获得所需，完成包括超级计算在内的任务。275区域能源系统智能化的支撑技术•用户不必再担心硬件、操作系统和各类软件的安装、备份与升级，也不必再担心数据安全问题，可以无限制按需动态扩展计算能力、存储容量等。•智能热网的数据来源有两类，一类来自于物理网，一类来自于感知层。•数据源分布范围广，数据结构复杂，信息量大。•因此需要借助于云计算来对海量的来自于传感器的信息进行存储、聚合、计算和管理，并对各种业务进行支撑。285区域能源系统智能化的支撑技术供热系统要求供热系统运行管理人员做出两种决策：一种是系统在正常情况下，做出实现经济运行的决策；一种是在事故工况下，能在极短的时间内做出安全运行的决策。因此智能供热需要一个实时的应用系统和工具，以使热网运行人员和管理者能够快速的做出决策经济合理安全的决策。295区域能源系统智能化的支撑技术•智能决策支持技术常用的方法为数据挖掘技术和在线辨识技术，数据仓库技术、分布并行处理技术、人工智能技术（如专家系统、神经网络、遗传算法、机器学习、自然语言理解等）。•决策支持技术可以为现有的、正在发展的以及预测的问题，提供决策支持的分析，并展示供热系统运行人员需要的各种情况、多种的选择以及每一种选择成功和失败的可能性，提高运行人员决策的科学性。305区域能源系统智能化的支撑技术•先进的控制技术是实现智能供热关键。•先进的控制技术是指依靠参数量测技术、集成通信技术、先进设备技术、先进决策技术，分析和诊断功能、预设的专家系统等来分析、诊断和预测供热系统的状态，并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供热中断和对提高供热质量扰动，提供对热源、热网及用户侧的控制方法。•从而实现按需供能，提高热源及系统的能源利用率和热量供应安全，