浙江城建煤气热电设计院有限公司
摘要：随着社会经济的迅猛发展，城市开始面临来自各方面的挑战，人口过度扩张、交通拥挤、环境污染严重、资源消耗大等问题。严重制约了现代社会和城市建设的快速、稳定、健康发展；在此情况下，智慧能源互联的综合管网监控系统尤为重要。
关键词：智慧能源 互联 综合管网 监控 系统
基于互联网思维的“智慧能源互联网”是特高压电网、泛在智能电网和清洁能源的融合。是电网、物联网、互联网相融合形成的社会公共服务平台。智慧能源互联网作为一种新型能源管理理念而引起各界的关注，能源互联网是从能源的生产、输送、配给、转化和消耗等方面构建一套完整的未来能源体系。
在各个行业发展中实现对新一代信息技术的应用，通过将感应器植入和装备在全球的各个角落，以实现社会发展中诸如电网、铁路、隧道等物体的连接，形成地球“物联网”。再经过物联网和互联网的整合发展，让人们更好地对生活和生产进行动态化、精细化的管理，即智慧管理状态。
智慧能源互联是一项系统性的工程，涉及基础设施智能化、能源利用高效化、管理科学化、精益化等多个方面。这些功能的简单叠加并是通过系统性的融合与创新，利用新一代信息网络技术，将信息、物理、能源等基础紧密连接起来，并涵盖安全可靠、绿色环保、经济高效、友好协作、可持续发展等等内涵。
一、立项背景
“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业,随着移动互联、大数据、云计算、虚拟现实、人工智能等新一代信息技术的快速发展,将以新型传感、物联网、人工智能、虚拟现实、边缘计算为技术支撑，以创新的管理理念、专业化的管控体系、人性化的管理思想、一体化的管理平台为重点，具有数字化、信息化、可视化、智能化等特点，将最大限度地实现电厂的安全、经济、高效运行。
现供热生产管理的技术水平还较为落后，仅有蒸汽流量计量、预付费系统，计费采用了信息系统进行管理，生产过程中主要依靠人工经验判断完成生产运行调度、检修维护和故障，以往热网运行调度主要凭借人工经验的方法，不仅拖后了供热系统调度控制的响应时间，且存在人为误判造成事故的风险，难以满足供热生产要求。存在处理问题的方式效率不高、科学性不足、且存在安全隐患。通过智慧供热生产管理与运行调度平台提高供热企业在远程数据采集、热计量抄表、热力系统生产调度、安全生产运营、设备管理、事故安全预警及分析处理、供热设施规划、在线能耗监测等方面的管理水平。智慧供热系统的是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合供热企业运行核心系统的各项关键信息，实现全面感知、智慧融合，动态调配能源生产、传输和消费过程，大幅降低供热生产管理成本，提升运营管理效率，实现绿色智慧供热。
本公司下达了“基于智慧能源互联的综合管网监控系统”项目任务书，并予以立项研发。
二、研究内容
本项目研发工作的核心技术内容是对供热系统实现实时信息监视；结合大数据分析，建立生产和运行优化系统；利用建模仿真分析系统，实现设备可视化诊断分析和动态寿命管理；通过智能感知技术，实现智慧能源互联+的安全管理系统；结合离在线多维度诊断技术，实现设备精密点检系统，开展可预知状态检修；通过在线指标统计和分析，为管理者提供辅助决策。通过智慧化建设，实现对供热管网的故障诊断和寿命管理、系统的优化控制，达到信息采集数字化、信息传输网络化、数据分析软件化、决策系统科学化、运行控制最优化。提高供热系统运行调度的科学性和智慧水平，实现供热系统运行的安全性和可靠性、节能减排。
1.大规模、多热源、多用户供热系统运行调度的定量分析和科学决策问题。
首先，热网运行调节存在耦合性、滞后性强的特点，容易造成运行网损大，供热品质部分不达标的情况；其次，不同热源间的能源价格不同，设备性能及环保指标也不同，需要统筹分配负荷；再者，不同区域内的热负荷增长不均衡，以及不同类型热负荷的季节性波动因素，造成了区域间的供需不平衡，需要动态调整热网运行方式或解列方案。因此，以往热网运行调度主要凭借人工经验的方法，不仅拖后了供热系统调度控制的响应时间，且存在人为误判造成事故的风险，难以满足供热生产要求。
2.蒸汽供热管网运行中“冷凝水击”等给生产带来的安全隐患问题。
大型供热管网中蒸汽的流动状态直接关系到工业热网的安全运行，一旦工业热网内蒸汽长时间处于滞留状态，将可能导致水击等严重的安全事故。目前对疏水设备的管理仍依靠人工巡检的方式，无法及时获取疏水设备的状态，需要对蒸汽停滞、疏水排放异常做出及时诊断。
3.蒸汽供热管网运行中质量损失的精细化管理问题
蒸汽热网中的质量损失直接意味着经济损失。蒸汽在管网内输送过程中与外界环境的散热会产生疏水，管道保温能力下降或疏水器的故障都会造成不必要的质量损失，目前只能统计全网的总疏水量，而对管网疏水的构成和规律缺乏清晰掌握。
4.热网联网运行后，对各种复杂运行工况下产生的海量运行数据的科学、高效统计分析问题。
仅依靠传统的人工梳理、分析，效率低下，不仅容易延误异常情况的最佳处置时机，甚至影响决策合理性，存在一定的运行安全隐患。
5.热网管道中部关键位置处缺乏热工参数测量数据的问题
现有测量和计量装置主要都设置在用户计量处，通过在管道中部补充测点并结合仿真分析将能够对保温层健康状态进行动态评估。
6.管线安全运营管理存在缺陷
目前大部分管网的基本没有在线连续监测手段，仅有部分系统使用管线巡检系统，无法对管网的安全性进行在线监测、安全预警。
7.加强需求侧管理
针对数量众多的热用户，需要采用大数据方法分析和预测用户的负荷需求特性，对供汽品质的关联性因素进行分析，支撑供热系统负荷调度及运行方式优化。
8．系统无管线负荷离线预测机制
目前供热系统无法离线预估供热负荷能力，只能等用户接入后才发现管线供热能力不足，从而造成大量资源浪费及不必要的纠纷。
三、项目关键技术
本项目涉及的关键技术如下：
1.基于NB-LOT的区域性智慧供热物联网
针对当前无线传输系统的发展状况和工业供热的实际需求，架设基于NB-LOT（基于蜂窝网的窄带物联技术）的无线物联网络，通过该网络，可有效的将供热流量计量数据、管道运行安全监测数据、管网巡检系统等相关数据进行采集传输。其具备覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低等显著优势，为后续系统功能扩展的网络需求提供保证。
2.管网安全在线监测系统
（1）管线保温层温度在线监测
通过对主干管网保温层埋设温度传感器，即可通过无线通讯网络在线监测主干管网保温层各截面的温度，从而监测分析主干管网温降及保温效率；同时通过间隔敷设实时监测，可有效监测供热管线是否存在泄漏。
（2）管道位移在线检测系统
对重要节点和位置的管墩支撑安装位移和振动在线监测传感器，可有效监测管网安全监测，对位移超限或振幅超限工况进行预警提示，杜绝安全隐患。
3.热网运营管理系统
结合管道设计参数以及热网计量在线监测数据，将各支管、各热用户的用热数。据建模分析，实现对支线管道管损的实时监测分析以及各热用户管损影响的动态预警，进而发掘系统运营中的缺陷，并可实时动态诊断用户侧设备是否存在异常。通过智能管损分析模块可有效降低系统运营管损。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.离线建模仿真分析系统
（1）热网GIS模型建立
智慧供热生产管理与运行调度平台将采用基于GIS地理信息系统的建模方式。系统通过GIS平台，将供热区域地图与热源、管网及其设备、热用户结合起来；对计量计费系统，疏水监测，光纤测温系统，热网母管热参数传感器，DCS系统的数据进行采集和运行状态监测分析，实现对光纤测温系统，计量计费系统，疏水监测系统，热力母管运行状态，进行全网蒸汽流动状态、用户蒸汽参数的实时显示，实现系统运行状态的软测量、运行能耗及供热质量分析。
（2）热网结构机理建模
针对当前供热管网的具体地形，管网走向、系统热源、热用户、管道、阀门、疏水器、补偿器等管网信息，系统可建立相应的热网结构机理模型。通过搭建整个供热系统虚拟模型，映射管网整体结构，可以实现仿真模拟。
（3）热网离线仿真
基于供热系统的结构机理模型，当需要对供热系统的运行进行调节时，可以以系统的当前运行状态为基础，设定虚拟的运行调节方案，预先通过仿真模型的离线计算判断调度操作对管网运行状态的影响，避免人为误判造成不良后果。
（4）热网改扩建分析决策
当需要对供热系统进行新建、扩建、改建、新增用户、更新设备时，可以通过离线仿真支持规划设计及设备维护决策。
5.建立仿真模型
建立仿真模型的方法主要分为机理建模和辨识建模两种。本项目针对供热管网的建模主要采用机理建模方法，这种结构机理模型需要细化到管径、管材、管长、弯头、保温层厚度、阀门特性等。基于测量数据辨识建模方法对机理模型进行自适应的修正，提高仿真的精度。
（1）热网中部关键位置热工参数测量
在热源侧DCS系统对源侧参数测量，以及现有供热计量计费系统对各热用户处的温度、压力、流量计量的基础上，在热网中部的关键位置处敷设必要的温度、压力、湿度等状态的无线感知终端，通过移动通讯网络远传至监控中心，以便于在线仿真系统实时模拟全网运行，帮助调度运行人员全面掌握热网运行状态，分段评估保温层性能，并能够支持仿真模型的辨识修正，显著提高仿真计算的准确度。
（2）关键位置疏水监测
在蒸汽管网运行过程中，运行人员对于易于发生水击处等关键位置的疏水器状态会尤其关注，在这些位置安装疏水器在线监测设备，并实时展示监测信号，便于运行热源掌握疏水器工作状态。同时，监测信号还可用于疏水器故障诊断及疏水量分析评估等。
（3）热力管网光纤测温泄漏报警系统
GIS光纤测温防泄漏报警系统：分布式光纤传感技术，将温度传感光缆沿热力管道直线敷设，实时监测传感光缆中光纤的温度分布情况，当热力管道局部出现温度异常时，分布式光纤传感监测系统能及时捕获这些异常，并定位出异常点的位置信息，同时联动地理信息系统，准确地找到管线异常位置对应的实际地理位置，便于管道维护人员及时检修与处理，避免重大事故发生。
（4）数据预处理
针对因异常通讯、热网波动、工况突变造成的重要数据缺失、数据不正确或存在噪声以及数据不一致等问题，对各类参数数据进行预处理，得到反映供热系统真实运行状况的数据。经过数据预处理后，原始数据中存在的粗大误差数据被修正，数据质量较原始数据明显提高。
（5）在线模型辨识修正
结合预处理后的运行数据对机理仿真模型进行辨识修正，通过对管道阻力系数、传热系数等参数的反向辨识，自适应学习修整仿真模型中的相关参数，促进仿真模拟结果与物理管网测量数据的一致性。
（6）在线仿真
是对物理测量的补充，通过将感知测量层获得的系统运行状态数据实时接入仿真模型，系统可以结合拓扑结构图或GIS地图展示全网压力分布图、温度分布图、流速分布图等，使运行人员实时掌握管网中流体流动方向、流速、冷凝水起始点位置及压力平衡点位置等信息。
（7）供热负荷分析
基于供热系统的历史运行数据，依据热用户自身用汽性质分析负荷影响因素，结合季节性、节假日、日夜峰谷、天气等因素，采用大数据分析方法建立热用户的负荷预测模型，实现系统的供需动态平衡匹配。
（8）供热网损分析
系统可以结合管网运行状态和疏水监测数据进行供热网损分析。对于正常动作的疏水器，可根据疏水信号，结合管网散热模型计算，对疏水器的实际疏水量进行估算，获得全网理论疏水量，并与实测疏水量进行对比，分析全网网损状况。
（9）供热大数据分析
基于供热系统DCS、计量收费系统获得的状态监测数据，以及在线仿真系统获得的全网状态的实时虚拟测量数据，可以采用大数据方法对用户参数不达标；热网损失过大；热源的供汽量、网损、网总负荷曲线运行问题进行分析和评价，发现管网运行状况异常的相关因素或具体原因。
（10）供热安全性分析
通过在线实时仿真，系统可实现复杂热网系统运行安全的实时分析，基于仿真计算结果对包括管网中的水击危险点进行预警，提醒监控人员防范注意，并以结构图及报表形式展示热网是否存在滞流水击危险，以及滞留水击的具体位置。
6.智慧供热管理系统
（1）巡检管理
配合管线在线监测系统，建设智能巡检APP。巡线人员可定期对管线进行巡检，对在巡线过程中发现的问题及故障隐患，可通过APP进行故障隐患定位、问题描述、及拍照上传，并可通过预设工作流进行维修维护工单派发，实现系统巡检和维护检修工作的无纸化流转。
（2）工单管理
工单管理作为智慧供热运营系统的子系统，可代替传统的人工开票管理模式。系统与GIS实时监控系统、智能巡检APP系统、短信息管理系统相结合，实现问题预警、故障定位及录入、工单自动生成、短信息推送、在线消票结单等功能，进而实现系统的缺陷处理的自动流转。
（3）预测性检修维护
系统可通过分析仿真数据与运行数据之间的偏差、以及管网系统运行的历史大数据对热网运行中面临的风险因素进行识别和评价，基于关联性分析、趋势性分析等方法构建供热系统设备健康状态综合评价模型，达到持续改进、减少和预防管道事故发生、保证管道安全运行的目的。
7.智慧供热系统运行调度
使用移动办公平台，企业管理人员可以接收投诉信息和监督处理维修业务并可实时查询相关数据，主管部门领导也可以通过手机查询、审核相关信息。主要功能包括：供热法规信息发布、客户投诉、缺陷数据查看、供热数据查询、热网缴费信息查询、热费统计查询等。本项功能也可以纳入政府已有的政府公用APP。
能源互联网实现了多种能源资源的优化配置，具备坚强可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放、健康可持续等性能；能源互联网是在智能电网基础上对各种电源和负荷转化设备的纳入，它具有集中式和分布式相结合、系统化和局部化相结合的网络结构特征。通过对网络和智能电源的互动，来促进对多种形式能源的利用，最大限度促进清洁能源的发展。能源互联网实现了互联网和其他信息通信技术的结合，并通过相关功能平台的建设，有效地提升了系统智能化的水平，为社会的发展创造了新的价值，能源互联网能够在互联网的思维理念下形成一种新的能源系统，通过双向互动和资源优化配置，满足能源使用者的需求，并促进能源新商业模式的发展。
参考文献：
1.周海明，刘广一，刘超群．能源互联网技术框架研究[J]．中国电力，2014，47(11)：140—144．
2.刘振亚．全球能源互联网[M]．北京：中国电力出版社，2015．
作者简介：钱丽亚、1984.02出生、女、籍贯（浙江金华）、现任浙江城建煤气热电设计院有限公司副主任工程师职务、工程师职称、大连理工大学/电气工程及其自动化本科毕业、研究方向（智慧能源互联的综合管网监控系统）
论文作者:钱丽亚
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
标签：系统论文; 管网论文; 在线论文; 疏水论文; 能源论文; 数据论文; 互联网论文; 《防护工程》2019年9期论文;