热计量模式下热电联产集中供热系统动态特性研究

计量供热改革后，用户对用热量的自由调节造成供热系统由定流量运行变为变流量运行方式，引发集中供热系统动态特性（水力特性、热特性、调节控制特性）的变化，实际运行中需要根据系统的动态特性提出合理的变流量技术和运行调节策略，因此需要对热计量模式下集中供热系统动态特性变化机理及其动态控制理论进行深入研究。考虑到热电联产集中供热系统是目前应用最广，效率最高同时覆盖一般集中供热系统各个环节，本项目以此为研究对象，采用分层研究的方法建立反映各个环节属性的理论模型，采用概率统计学的方法定量分析出热计量后用户端整体的用热习惯特征后，利用计算机模拟技术对热计量模式下热电联产集中供热系统各特性进行变工况模拟，同时结合实际系统的实时监控测试技术分析在不同运行模式下的系统动态特性,建立热计量模式下热电联产集中供热系统的调节理论和控制策略，促进供热改革进行，降低我国采暖能耗。

计量供热改革后，用户对用热量的自由调节造成供热系统由定流量运行变为变流量运行方式，引发集中供热系统动态特性的变化，实际运行中需要根据系统的动态特性提出合理的变流量技术和运行调节策略。本项目采用分层研究的方法，依据各部件之间的物理过程，建立了计算步长为1分钟的热计量模式下的集中供热系统模拟模型，包括：基于热平衡的热源集总模型，基于谐波反应分析法的供热管网和换热器模型，基于状态空间法的房间室温模型，基于热平衡的散热器集总模型，基于流动过程不同的两段式平均水温模型和基于模糊控制的通断控制模型，并进行了理论和实验验证，结果表明模型可靠。在此基础上，通过大量的工况模拟，并结合有关水力、热力特性实验，集中研究了热计量模式下供热系统动态特性。获得如下成果：1）提出一种通断调节热计量模式下水力均匀性方法，可使得楼栋总流量变化控制在3%以内，解决了通断调节热计量模式下水力工况不稳定的问题；2）提出智能通断调节热计量模式下集中供热系统的水力耦合性较小，建筑热力入口没有必要安装压差阀；3）提出按照目前供热状况，水力平衡调节平均所能取得的最大节能潜力在6%~8%，不能寄希望于水力平衡调节替代热计量模式下的末端用户调节，通断调节是实现集中供热系统节能的根本方式；4）提出一种“基于数据挖掘和系统辨识的热负荷预测方法”：该方法将供热负荷分为系统性供热负荷和随机性供热负荷，并通过辨识系统特征参数KF对系统性供热负荷进行预测，通过假定用户的行为惯性相同对随机性供热负荷进行预测；5）在准确负荷预测的基础上，提出了一种热计量模式下热电联产集中供热系统的运行调节策略：基于预测的负荷特性，电厂采用“总效率最大化的电力调度策略”；热力站采用“分阶段恒供水温度调节方式”；热力站主循环泵采用“基于比直径变化的台数调节”和“基于流量需求不同的压差变频调节”的控制方式；用户末端采用智能通断调节的方式；6）根据建立的集中供热各环节的动态特性理论，结合运行调节方案实施的实际效果和仿真效果，给出了热电联产集中供热节能效果的评价指标和方法；7）提出了热电联产的基本体系结构和理想体系结构，基本体系结构为：“电厂承担基本负荷，小型燃气锅炉进行分布式调峰”；理想体系结构为尽可能挖掘现在被排放的和没有被充分利用的低品位热能，并通过已建成的城市集中供热网连接这类低品位热源和城市建筑，从而形成一个大型的多热源环网。