一种基于多级循环的二次网温度控制方法及系统与流程

本发明涉及暖通空调，特别是一种基于多级循环的二次网温度控制方法及系统。

背景技术：

1、二次网温度控制是集中供热系统中的一个重要环节，其控制效果直接影响到用户的用热体验和能源的利用效率。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，对供热质量的要求也越来越高，因此，二次网温度控制技术的优化和改进成为行业内的研究热点。

2、在现有的技术中，二次网温度控制多采用单一的循环机制，通过调节循环流量或改变传热面积来实现温度控制。然而，这种控制方式存在着一定的局限性。首先，单一的循环机制难以实现对温度的精确控制，特别是在负荷变化剧烈或环境温度波动较大的情况下，系统的稳定性和响应速度都无法满足高精度控制的需求。其次，现有技术中的控制系统缺乏有效的预测功能，无法根据历史数据和外部环境因素预测二次网的温度变化趋势，从而无法实现前瞻性的调控。

3、本发明的技术方案通过引入多级循环机制和预测单元，有效地克服了现有技术的不足。多级循环机制通过设置主循环和多级辅助循环，结合热交换器，实现了更加灵活和精确的温度控制。预测单元的引入，使得系统能够根据历史数据和外部环境因素预测二次网的温度变化，从而提前调整热量传递过程，优化控制效果。此外，本发明还采用了光纤光栅传感器来收集温度数据，结合先进的数据分析算法，确保了温度控制的实时性和准确性。

4、综上所述，本发明在二次网温度控制的方法上进行了创新性的改进，通过多级循环机制、预测单元的引入以及光纤光栅传感器的应用，提高了温度控制的精确度、稳定性和响应速度，实现了供热系统的优化运行，具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。本发明通过在每个循环单元中安装光纤光栅传感器，收集温度数据并生成控制信号，再通过数据分析算法处理数据，确定当前温度与期望温度之间的偏差。然后构建多级循环机制，包括主循环和多级辅助循环，通过热交换器进行热量传递和温度调控。系统会根据数据分析结果自动反馈，如果温度偏离了预设范围，系统将启动补偿调节机制，使系统保持动态稳定。通过这种方式，实现对二次网温度的精确控制和优化，提高能源利用效率，降低运行成本，保证用户端的供热质量。

2、为解决上述技术问题，提出了一种基于多级循环的二次网温度控制方法，包括，

3、在每个循环单元中安装光纤光栅传感器，收集温度数据生成控制信号并通过数据分析算法处理数据，确定当前温度与期望温度之间的偏差；构建多级循环机制包括主循环和多级辅助循环，每次循环布置一个热交换器进行热量传递，进行温度调控和热量交换；根据数据分析结果，系统自动反馈，如果温度偏离了预设范围，系统将启动补偿调节机制，使系统保持动态稳定。

4、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制方法的一种优选方案，其中：所述收集温度数据包括通过光纤光栅传感器收集的当前循环单元的温度数据，周围环境的温度，系统当前的负荷情况，历史时间内的温度变化趋势，用户设定的期望温度，循环系统中的流体流量。

5、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制方法的一种优选方案，其中：所述数据分析算法包括将光纤光栅沿传感器管道布置，实时监测管道内流体的温度，当温度发生变化时，光纤光栅传感器会输出对应的波长信号，通过数据分析算法对信号进行分析和处理，得到实时的温度数据：

6、

7、δt＝|t′-tref|

8、其中，t代表实时的温度数据，λ是光纤光栅输出的波长信号，λ0是参考波长，an是第n个高斯函数的振幅，λn是第n个高斯函数的中心波长，σ是高斯函数的标准差，n是高斯函数的数量，tmin和tmax分别是温度的最小值和最大值，α是光纤光栅的热膨胀系数，t'是当前测量温度，tref是期望温度，c是常数项，用于调整函数的基准，μt是温度分布的均值，σt是温度分布的标准差。

9、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制方法的一种优选方案，其中：所述多级循环机制包括主循环、多级辅助循环和预测单元，所述主循环负责将热量从热源传递到二次网，所述多级次循环包括每个辅助循环负责调控一个特定的温度范围。

10、所述主循环包括通过光纤光栅收集热源和二次网的实时温度数据，根据温度差，控制系统调节热源向二次网传递热量的速率，持续监测二次网的温度变化，并根据辅助循环的结果调整热量传递速率：

11、

12、保持温度在预定范围内，将实际温度数据反馈至控制系统，用于下一次循环的决策。

13、所述多级辅助循环包括初级循环以及末级循环，控制系统实时监测末级循环的实际温度，并与设置的目标温度ts进行比较，如果实际温度低于ts，控制系统会增加初级循环的热量供应，减少末级循环中冷水的混合比例，如果实际温度高于ts，控制系统会减少初级循环的热量供应，增加次级循环中冷水的混合比例。

14、所述初级循环是接近热源的循环温度高，通过调节热源的供热量来控制，所述末级循环是接近用户的循环，温度是用户所需的供水温度，通过精细调节混合阀控制温水与冷水混合比例混合：

15、

16、其中，f是控制系统调节热量的速率函数，t是二次网的实时温度，ts是设置的目标温度，k是温度调节系数，是温度变化率，是指数函数，描述温度差对热量传递速率的影响，pi是第i个辅助循环的热量供应，ti是第i个辅助循环的温度差，a是辅助循环的数量，g是控制系统调节热量供应和冷水混合比例的函数，tp是初级循环的实时温度，tset为控制参数的目标温度，tm是末级循环的实时温度，sinh用于描述温度差对热量供应和冷水混合比例的影响，qj是第j个辅助循环的热量供应，hj是第j个辅助循环的冷水混合比例。

17、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制方法的一种优选方案，其中：所述预测单元包括预测二次网的温度变化趋势，并根据预测结果调整主循环和辅助循环的热量传递过程。

18、收集二次网的初始温度t0、时间常数τ1、调整系数c1和c2、外部因素影响量qb、外部因素发生的时间点tb以及方差2σ2，对收集到的数据进行预处理，包括去除异常值、填补缺失值，通过最小化预测误差来优化c1、c2、τ1和σ2参数，使用机器学习算法来学习历史数据中的模式训练模型，进行温度预测：

19、

20、其中，t(t)表示在时间t时的二次网温度预测值，t0是初始时间点，c1和c2调整系数，用于调整主循环和辅助循环的热量传递过程，τ1是时间常数，用于描述热量传递过程的衰减，b是影响二次网温度变化的外部因素的个数，qb是第b个外部因素对二次网温度变化的影响量，tb是第b个外部因素发生的时间点，σ2是方差，t0是初始温度。

21、根据预测的t(t)值，调整主循环和辅助循环的热量传递过程，当t(t)高于55摄氏度，减少热量传递，当t(t)低于45摄氏度时，增加热量传递，当t(t在45至55摄氏度之间时，保持当前热量传递，根据实际温度与预测温度之间的差异，调整公式中的参数：将收集实际温度数据作为基准，计算每个时间点的预测温度和实际温度之间的差异，当减少热量传递时，减少c1和c1，当增加热量传递时，增加c1和c1，如果预测的温度变化速度与实际不符，减小τ1将使温度响应更快，增加τ1将使温度响应更慢。

22、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制方法的一种优选方案，其中：所述补偿调节机制包括根据光纤光栅传感器处理后的温度数据生成控制信号，调节各级循环的热量分配比例，热量分配比例调节方式包括调整各次循环的流量分配、改变各次循环的传热面积：

23、

24、k＝1表示热量分配比例越达到理想状态，温度在目标范围内，k＝0表示热量分配比例不理想，k∈(0,1)时，调整增益系数、温度响应系数和指数衰减系数。

25、其中，k为总的热量分配比例，ω为循环系统的总传热面积，l为循环的级数，fl(tl)为第l级循环的温度数据处理函数，tl为第l级循环的实际温度，γ为归一化系数，t为当前温度，ts为目标温度，tmin,l和tmax,l分别是第l级循环允许的最小和最大温度，tset,l是第l级循环的目标温度，gl是第l级循环的增益系数，用于调整函数的幅值，θl是第l级循环的温度响应系数，用于调整温度变化的敏感性，是第l级循环的指数衰减系数，用于控制温度接近目标温度时的响应强度。

26、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制方法的一种优选方案，其中：所述调整增益系数、温度响应系数和指数衰减系数包括初始调整时，采取小幅度逐步增加或减少系数。

27、如果热量分配比例低，表明控制信号的幅值不能够引起足够的热量分配变化，此时增加增益系数，如果温度接近目标温度时，热量分配比例仍然不理想，则调整指数衰减系数，当衰减系数过小时增加指数衰减系数使温度接近目标温度时，控制信号的衰减加快，减少不必要的调节，当衰减系数过大时减少指数衰减系数使系统在接近目标温度时更加细腻地调节热量分配，如果热量分配比例过高，导致系统过度反应，此时应减少增益系数。

28、每次调整后，密切监测系统的响应和热量分配比例的变化，评估调整效果，根据监测结果，逐步优化系数，直到热量分配比例达到理想状态：

29、

30、当e∈(0.5,1)时，表示调整效果好，当e∈(0,0.5)时，表示调整效果不好，重新进行参数调整，直至评估效果达到满意。

31、其中，e是评估调整效果的性能指标，t0和tf分别是调整过程的起始和结束时间，l是循环的级数，kl是第l级循环的热量分配比例，kset,l是第l级循环的目标热量分配比例，kmax,l是第l级循环的最大可能热量分配比例，wl是第l级循环的权重系数，δ是时间衰减系数，用于降低旧数据对当前评估的影响。

32、本发明的另外一个目的是提供了一种基于多级循环的二次网温度控制系统，本发明通过精确测量和智能控制，实现二次网温度的优化控制，提高能源利用效率，降低运行成本，保证用户端的供热质量。系统采用光纤光栅传感器收集温度数据，并通过数据分析算法处理数据，确定当前温度与期望温度之间的偏差。然后构建多级循环机制，包括主循环和多级辅助循环，通过热交换器进行热量传递和温度调控。系统会根据数据分析结果自动反馈，如果温度偏离了预设范围，系统将启动补偿调节机制，使系统保持动态稳定。此外，预测单元模块能够预测二次网的温度变化趋势，并根据预测结果调整主循环和辅助循环的热量传递过程，进一步优化温度控制效果。通过这种方式，整个系统能够实现二次网温度的精确控制和优化，提高能源利用效率，降低运行成本，保证用户端的供热质量。

33、作为本发明所述的一种基于多级循环的二次网温度控制系统的一种优选方案，其特征在于，包括光纤光栅传感器模块、数据分析算法模块、多级循环模块以及补偿调节模块。

34、所述光纤光栅传感器模块，用于收集当前循环单元的温度数据，周围环境的温度，系统当前的负荷情况，历史时间内的温度变化趋势，用户设定的期望温度，循环系统中的流体流量信息。

35、所述数据分析算法模块，用于处理光纤光栅传感器收集的温度数据，通过算法分析得到实时的温度数据，确定当前温度与期望温度之间的偏差。

36、所述多级循环模块，包括主循环、多级辅助循环和预测单元，通过热交换器进行热量传递和温度调控，根据数据分析结果自动反馈，启动补偿调节机制，保持系统动态稳定，所述预测单元，用于预测二次网的温度变化趋势，并根据预测结果调整主循环和辅助循环的热量传递过程，优化温度控制效果。

37、所述补偿调节模块，根据光纤光栅传感器处理后的温度数据生成控制信号，调节各级循环的热量分配比例，实现温度控制系统的精确调节和优化。

38、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于多级循环的二次网温度控制所述的方法的步骤。

39、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种基于多级循环的二次网温度控制所述的方法的步骤。

40、本发明的有益效果：本发明通过在每个循环单元中安装光纤光栅传感器，收集温度数据生成控制信号并通过数据分析算法处理数据，实现对当前温度与期望温度之间偏差的实时监测和分析。通过构建多级循环机制，包括主循环和多级辅助循环，以及预测单元的使用，实现了对温度的多层次控制、预测和优化。通过补偿调节机制根据光纤光栅传感器处理后的温度数据生成控制信号，调节各级循环的热量分配比例，实现了温度控制系统的精确调节和优化。这种方法可以提高温度控制的稳定性和可靠性，减少温度波动，提高温度控制的准确性和响应速度，从而提高系统的能源利用效率和运行效果。