集中供热管网监控及节能优化控制策略研究

【摘要】：近年来，集中供热发展迅速，供热系统不断扩大，在满足热用户供热需求的同时，如何有效地控制和管理整个供热网络，使资源得到合理利用，成为供热控制系统所必须解决的问题。本文对供热管网监控系统配套的多功能数据采集器进行了设计实现，并针对供热管网的运行特点提出了一种供热管网整体控制的分布式预测控制算法，进行了稳态工况下基于邻域优化的分布式预测控制理论研究，使热网可以在整体上得到控制，合理分配资源，实现全网的平衡供热。 文章主要研究了基于GPRS的通用多功能数据采集模块的设计实现。介绍了课题研究的背景、意义及其发展状况。分别对热网工况数据采集无线传输关键技术及分布式预测控制算法进行了详细的介绍。在分析集中供热热网运行特点的基础上，设计了通用多功能数据采集模块的硬件电路和软件程序，并结合热网运行特点将分布式预测控制算法在供热领域进行了初步研究。 常见的数据采集系统是为特定的功能需求而开发，每一通道上只能针对某一特定信号进行采集，通用性不强。基于这个问题，结合热网参数测量的实际需求，本课题设计了一款适用于热网换热站参数测量的数据采集器，该采集器配备有GPRS无线传输模块，具有12路通用测量量输入和4路继电器输出，在任何一个模拟量输入通道上都可以实现测量电压、电流、电阻、温度、压力等工况参数。采集任务改变时，只需重新设置采集命令。采集结果能够以曲线、表格等形式在上位机上实时显示。该采集器以较低的成本最大程度地满足热网监控中心数据采集需求。实现了对于各类热网参数的采集和设备的远程控制。不但能够满足热网工况参数监控的功能，更能轻松实现与热网监控中心的无线通讯，使热网实现远程监控无人值守。 与此同时，为了实现供热系统的总体控制，在热网系统控制理论中提出了具有全局优化性能的分布式预测控制算法。算法研究中首先把热网系统分解为输入和状态都相互关联的多个子系统，每个子系统采用模型预测控制方法，子系统之间通过邻域优化策略进行协调。该算法在优化过程中能够利用邻域了系统的输出信息、状态信息，并能充分考虑邻域的性能指标，提高了系统的全局性能。以此实现对供热系统中各热力站流量的合理分配，进而实现对热用户的温度控制，达到热用户的供热要求，使热网达到“平衡供热”的效果，提高了系统的资源利用率。 【关键词】：通用多功能 分布式预测控制 均衡供热
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU995
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-12
• §1-1 论文的研究背景及论文的提出9-10
• §1-2 论文研究的意义及方法10-12
• 第二章 数据采集器的整体设计及 GPRS 技术概述12-24
• §2-1 数据采集器的需求和性能指标12-13
• §2-2 数据采集器的设计方案13-14
• §2-3 数据采集器与上位机通讯方式的确定14-20
• 2-3-1 常见的几种远程无线通讯方式的比较14-16
• 2-3-2 通讯方式的确定16
• 2-3-3 GPRS 通信原理16
• 2-3-4 GPRS 系统结构16-17
• 2-3-5 GPRS 的特点17-18
• 2-3-6 GPRS 的技术应用优势18-19
• 2-3-7 GPRS 组网方案19-20
• §2-4 GPRS RTU 模块介绍20-23
• 2-4-1 GPRS DTU 性能特点20
• 2-4-2 GPRS DTU 工作原理20-22
• 2-4-3 DTU 透传工作模式22-23
• §2-5 本章小结23-24
• 第三章 集中供热系统数据采集器硬件设计24-42
• §3-1 通用数据采集模块硬件设计24-33
• 3-1-1 各数据采集器外接传感器介绍24-26
• 3-1-2 数据采集模块选用芯片介绍26-29
• 3-1-3 数据采集模块硬件设计29-32
• 3-1-4 采集通道通用性的实现32-33
• §3-2 数据处理模块硬件设计33-35
• 3-2-1 数据处理模块核心芯片选用33-34
• 3-2-2 89C51RC2 外围电路系统硬件设计34-35
• §3-3 数据传输模块硬件设计35-37
• 3-3-1 通讯方式选择35-37
• 3-3-2 串口通讯模块电路图设计37
• §3-4 电源模块设计37-38
• §3-5 抗干扰设计38-41
• 3-5-1 硬件抗干扰设计39
• 3-5-2 PCB 抗干扰设计39-41
• §3-6 本章小结41-42
• 第四章 集中供热系统数据采集器软件设计42-57
• §4-1 数据采集器软件整体设计42-45
• 4-1-1 数据采集软件开发平台选择42
• 4-1-2 软件整体工作流程设计42-43
• 4-1-3 通讯协议选择43-45
• §4-2 数据采集输入模块软件设计45-48
• 4-2-1 采集信号输入通道选通程序设计46-47
• 4-2-2 A/D 芯片程序设计47-48
• §4-3 数据处理模块软件设计48-51
• 4-3-1 模拟信号检测及处理软件实现48-50
• 4-3-2 软件滤波程序设计50-51
• §4-4 数据传输模块软件设计51-53
• 4-4-1 串口程序设计51-52
• 4-4-2 CRC 校验程序设计52-53
• §4-5 上位机的实现53-56
• 4-5-1 上位机的实现方案53-54
• 4-5-2 监控中心各主要监控界面54-56
• §4-6 本章小结56-57
• 第五章 分布式预测控制算法在供热系统中的研究57-70
• §5-1 供热系统分布式预测控制算法提出57-58
• §5-2 预测控制的基本原理58-59
• §5-3 分布式预测控制算法描述59-61
• §5-4 分布式预测控制算法在供热系统的应用61-69
• 5-4-1 系统结构62
• 5-4-2 热网模型62-64
• 5-4-3 局部控制器的设计64-67
• 5-4-4 控制性能分析67-68
• 5-4-5 数值结果68-69
• §5-5 本章小结69-70
• 第六章 结论70-72
• §6-1 本论文所取得的成果70
• §6-2 本论文改进的建议及展望70-72
• 参考文献72-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果75

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