一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法技术

本发明专利技术公开一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法。采用了无监督聚类的数据挖掘方法。本发明专利技术基于能量守恒定律和集中供热系统热平衡关系，对室外温度、二次供水温度、二次耗热量三个特征逐时数据高斯混合模型聚类，将无监督聚类结果划分供暖时间段，再识别不同供暖时间段内的一次侧策略、二次侧策略以及耗热量、单位温差耗热量。最后通过耗热量、单位温差耗热量对换热站运行调节控制策略做节能潜力评价。本发明专利技术将无监督聚类的数据挖掘方法应用于集中供热系统换热站实际的逐时运行数据，针对不同换热站提出了一种较为通用的运行调节策略识别评价方法，能够为换热站运行优化、节能评估提供可靠的借鉴经验。

A General Recognition and Evaluation Method for Operation Regulation Strategy of Heat Exchange Station

【技术实现步骤摘要】
一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法
本专利技术属于集中供热运行调节控制
，具体涉及一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法。
技术介绍
随着我国经济增长和城市化进程的不断推进，能源需求结构不断转型。集中供热系统节能改造、大量的信息化建设，旨在实现‘智慧’供热。但是集中供热系统运行管理存在诸多问题，用热住户的不断投诉，供热能耗居高不下，系统故障层出不穷。其中换热站运行调节是困扰运行管理实现‘智慧’供热的主要问题。作为换热站二次侧调节的主要参数，供水温度的合理制定是实现供热运行精细化调节的关键。从正向理论分析角度，国内外学者提出并修正供热调节的基本公式。工程应用通常是由容易控制的二次供水温度和循环流量两个参数来制定供热运行调节策略。也有通过分析了循环流量、散热器面积、室内温度等参数的变化对供水温度调节曲线的影响制定调节策略。由于供热系统、供能对象的实际特性千差万别，在整个采暖季制定合理的供水温度运行调节模式依然是一个难点。如今大量的供热信息化建设，提供了丰富的运行数据，这些数据是运行经验很好的载体。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法，通过在供热领域融入高斯混合模型聚类数据挖掘的技术，该方法适用于集中供热系统换热站运行控制
，并为供热系统的优化运行、节能评估提供可靠的参考。能够为换热站运行管理、节能改造、性能评价提供可靠的经验借鉴。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：权利要求确定后此处完善与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1、本专利技术基于能量守恒定律和集中供热系统中的热平衡关系，对室外温度、二次供水温度、二次耗热量三个特征的逐时数据采用高斯混合模型聚类分析，将无监督聚类结果在二次供水温度时间序列上的分布来划分供暖时间段，再识别不同供暖时间段的一次侧策略(一次供水温度、一次循环流量)、二次侧策略(二次供水温度、二次循环流量)以及耗热量、单位温差耗热量；最后实现换热站运行调节策略评价。2、与现有运行调节策略正向理论分析方法相比，本专利技术更具工程应用性，数据性，操作简单，可推广性强。以往正向理论分析方法较难应用于实际个性差异化的供热系统、供能对象，推广开来。本专利技术通过对换热站的历史监测数据分析，提出一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法。能够诊断出换热站低效和高效策略，发现换热站存在的软故障，软故障指换热站的运行策略问题。为换热站运行管理、节能改造、性能评价提供可靠的经验借鉴。3、采用本专利技术的方法可以实现换热站运行优化、节能评价。基于耗热量，基于单位温差耗热量的特征评价二次运行策略，找到低效运行策略；同时基于单位温差耗热量基准值实现对每个运行策略计算节能率，节能量以及偏离指标评价。能够指导换热站低成本的运行策略诊断和节能改造潜力评估。4、本专利技术通用性强，工程应用性广。不仅仅适用于二次供水温度；运行调节控制的不同换热站，对二次回水温度运行调节控制、二次循环流量调节控制等质调节、量调节、质量调节方式调节策略的换热站都适用。同时也适用于区域锅炉房运行调节策略识别评价。此外本专利技术基于工程应用最广的二次供水温度调节控制，二次循环流量分阶段控制模式的换热站具体实施方式作了详细说明。附图说明图1为本专利技术换热站运行策略识别评价思路原理图。图2为二次供水温度运行控制方式理论图。图3为含聚类类别信息的二次供水温度随室外温度变化调节曲线。图4为含聚类类别信息的二次耗热量随室外温度变化调节曲线。图5为一、二次供水温度的相关变化散点图。图6为含聚类类别信息的一次供水温度随室外温度变化调节曲线。图7为一次循环流量时序变化散点图。图8为二次循环流量时序变化散点图。图9为含聚类类别信息的二次供水温度时间序列散点图。图10-1至图10-4为供暖初期第2类运行模式系列图。图11-1至图11-4为供暖初期第3类运行模式系列图。图12-1至图12-4为供暖初期第1类运行模式系列图。图13-1至图13-4为供暖中期第1类运行模式系列图。图14-1至图14-4为供暖中期第3类运行模式系列图。图15-1至图15-4为供暖末期第2类运行模式系列图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法，包括下列步骤：步骤(1)：对运行数据高斯混合模型聚类；选择供暖季逐时室外温度、二次供水温度、二次耗热量三种特征的数据，对其散点数据应用多维高斯混合模型聚类；步骤(2)：获取含聚类类别信息的二次供水温度时间序列散点图分布；通过将聚类类别信息附加在色阶条，应用于二次供水温度时间序列散点图；得到供暖季各个时间点对应的二次供水温度运行调节模式，一类即一种模式；步骤(3)：划分供暖时间段；根据二次供水温度时间序列散点图聚类的特点；对换热站供暖季分2～4个供暖时期；步骤(4)：识别每个供暖时期的运行策略和耗热模式；对每个供暖时期运行策略和耗热模式分析，将聚类类别信息附加在每个样本数据上，并应用于室外温度-一次供水温度散点图、室外温度-二次供水温度散点图、室外温度-二次耗热量散点图、室外温度-二次温差耗热量散点图，得到室外温度补偿特征下的换热站运行策略和耗热模式；步骤(5)：二次侧运行调节策略评价；基于室外温度-二次耗热量的线性特征或数据统计特征评价二次侧运行策略，基于室外温度-二次温差耗热量的数据统计特征评价二次侧运行策略，通过设定温差耗热量基准值计算节能率、节能量、偏离指标，评价二次运行策略节能潜力和耗热偏离程度。实施例：一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法，其中识别评价方法原理如图1所示。在基于实际数据的基础上，遵守能量守恒定律和集中供热系统中的热平衡关系。根据原理解读分析，换热站热源侧到二次侧从两个层面进行解读，即调节曲线和控制方式。在调节曲线层面，主要体现在供水温度如何响应外界条件变化，理论上，是从供热量如何响应外界条件变化得出供热量与室外温度的变化关系，一般情况下呈现线性关系。在分阶段改变流量的质量调节模式下，再制定供水温度随室外温度变化的关系。其中常见的气候补偿策略，就是供水温度随室外温度变化而线性变化，是工程上应用最广的，但是实际运行要考虑很多因素，如供暖初期收费、突然降温、早晚特定时间段等特定用热需求。在控制方式层面，主要体现在供水温度变化的实现方式，即二次供水温度随一次侧主动调节参数(一次供水温度、一次循环流量)的变化规律。常规的二次供水温度控制方式如图2所示，一方面，热源侧会随室外温度进行一次质调节来使二次供水温度也随室外温度变化而变化；另一方面，换热站内也可以设置调节装置，根据室外温度或其他因素调节板换一次侧电动阀，改变一次侧流量，进而改变二次供水温度，达到设定的二次供水温度变化曲线。也间接说明了，二次供水温度曲线是在一次温度曲线基础上，变化一次循环流量得到的，通过监测数据分析一次供水温度与二次供水温度关系得到了验证。采用高斯混合模型聚类分析室外温度、二次供水温度、二次耗热量三个特征的逐时数据，将无监督聚类结果在二次供水温度时间序列上的分布来划分供暖时间段，再识别不同供暖时间段的一次侧策略(一次供水温度、一次循环流量)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法，其特征是，包括以下步骤：步骤(1)：对运行数据高斯混合模型聚类；选择供暖季逐时室外温度、二次供水温度、二次耗热量三种特征的数据，对其散点数据应用多维高斯混合模型聚类；步骤(2)：获取含聚类类别信息的二次供水温度时间序列散点图分布；通过将聚类类别信息附加在色阶条，应用于二次供水温度时间序列散点图；得到供暖季各个时间点对应的二次供水温度运行调节模式，一类即一种模式；步骤(3)：划分供暖时间段；根据二次供水温度时间序列散点图聚类的特点；对换热站供暖季分2～4个供暖时期；步骤(4)：识别每个供暖时期的运行策略和耗热模式；对每个供暖时期运行策略和耗热模式分析，将聚类类别信息附加在每个样本数据上，并应用于室外温度‑一次供水温度散点图、室外温度‑二次供水温度散点图、室外温度‑二次耗热量散点图、室外温度‑二次温差耗热量散点图，得到室外温度补偿特征下的换热站运行策略和耗热模式；步骤(5)：二次侧运行调节策略评价；基于室外温度‑二次耗热量的线性特征或数据统计特征评价二次侧运行策略，基于室外温度‑二次温差耗热量的数据统计特征评价二次侧运行策略，通过设定温差耗热量基准值计算节能率、节能量、偏离指标，评价二次运行策略节能潜力和耗热偏离程度。...

【技术特征摘要】
1.一种换热站通用的运行调节策略识别评价方法，其特征是，包括以下步骤：步骤(1)：对运行数据高斯混合模型聚类；选择供暖季逐时室外温度、二次供水温度、二次耗热量三种特征的数据，对其散点数据应用多维高斯混合模型聚类；步骤(2)：获取含聚类类别信息的二次供水温度时间序列散点图分布；通过将聚类类别信息附加在色阶条，应用于二次供水温度时间序列散点图；得到供暖季各个时间点对应的二次供水温度运行调节模式，一类即一种模式；步骤(3)：划分供暖时间段；根据二次供水温度时间序列散点图聚类的特点；对换热站供暖季分2～4个供暖时期；步骤(4)：识别每个供暖时期的运行策略和耗热模式；对每个供暖时期运行策略和耗热模式分析，将聚类类别信息附加在每个样本数据上，并应用于室外温度-一次供水温度散点图、室外温度-二次供水温度散点图、室外温度-二次耗热量散点图、室外温度-二次温差耗热量散点图，得到室外温度补偿特征下的换热站运行策略和耗热模式；步骤(5)：二次侧运行调节策略评价；基于室外温度-二次耗热量的线性特征或数据统计特征评价二次侧运行策略，基于室外温度-二次温差耗热量的数据统计特征评价二次侧运行策略，通过设定温差耗热量基准值计算节能率、节能量、偏离指标，评价二次运行策略节能潜力和耗热偏离程度。2.根据权利要求1所述的识别评价方法，其特征是：步骤(1)中对运行数据高斯混合模型聚类，具体说明如下：1)高斯混合模式(GMM)聚类的数学算法概述如下，数据矩阵定义为X＝[X1，X2，...，Xd]T，计算联合概率分布：其中：X＝[X1，X2，...，Xd]T，其中d表示数组维数，K为混合高斯模型的个数，αk为高斯成分的权重系数，0＜αk＜1，φk(xi|μk，∑k)为第k个高斯模型，μk和∑k分别为高斯模型的均值和方差，p(X|θ)为数组X在混合高斯模型下的似然概率；γjk根据{αk，μk，∑k}确定一组{αk，μk，∑k}高斯模型参数值计算的后验概率，L(θ|X)为最大似然概率值；高斯混合模型的训练过程即为求解参数集{αk，μk，∑k}；采用的优化求解方法为ExpectationMaximization(EM)算法，分为两步：E步：通过给定的一组{αk，μk，∑k}值，计算后验概率γjk；M步：通过E步计算得到后验概率γjk，计算一组新{αk，μk，∑k}值；反复迭代E步和M步，直到得到最大似然值L(θ|X)，终止得到最终结果，2)选取换热站运行数据中的室外温度、二次供水温度、二次耗热量三个特征的逐时样本数...

【专利技术属性】
技术研发人员：田喆，戴吉平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12