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摘要：结合当前的技术发展和热电厂运营管理需求，探讨构建基于互联网的热电厂热力生产调度与管理系统。该系统具有需求计划管理、发电与热力调度、热用户参数控制、应急状态处置、综合信息管理等多种功能，将有助于提高热电厂的精细化管理水平，保证热网运行的经济性和安全性，推动智能化电厂建设，具有较好的应用前景。
关键词：互联网；热电厂；热力生产；调度管理系统
随着国家“节能减排”政策和大气污染防治行动计划的推进，许多以发电为主的电厂转变运行方式，开始对外供热，热力生产与经营管理成为热电厂的主营业务之一［1］。同时，我国的集中供热系统发展迅速，供热距离不断增长，供热范围不断扩大。然而，传统的供热管理粗放，不能及时掌握用户需求，供热系统运行效率低、热损失大、难以保证热网的经济、安全运行。热电厂热力生产调度与管理的精细化水平急待提升［2］。互联网、移动通讯、工业控制、电子商务等技术飞速发展，使设计开发基于互联网的热电厂热力生产与运营管理系统成为可能。通过互联网可以及时获得大量分散热用户的负荷需求、采集管网实时供汽参数，经管理系统统计、分析、，实现数据共享［3］；热、电负荷需求通过系统优化计算，形成各台机组优化调度指令，满足热力需求与机组出力相匹配，实现经济运行［4］；系统同时生成各热用户参数调度指令，通过互联网下传至各终端控制器，实现精准调节，联动控制，最终提高管理效率、降低运营成本，实现智能供热［5］。
1系统架构设计
系统平台由三层网络结构组成，上层为集中控制中心，中间层是六个重要功能子系统，下层是就地管网与用户控制终端，系统网络拓扑结构如图1所示。集中控制中心与各功能子系统通过工业控制网络连接并接入互联网，各终端通过移动通信网络和互联网接入中间层相关子系统，各热用户通过互联网接入相关子系统。热力生产与运营管理全部业务通过互联网、移动通讯网、工业控制网络以及专用网络进行互联，完成数据、指令的采集、传送、处理和共享，实现需求、计划、调度、控制、计量和结算等各项业务流程的管理要求。
2主要功能设计
2．1主要功能子系统
热电厂热力生产调度与管理系统系统设计有六个功能子系统，通过热电厂热力生产设备、在线仪表、自控系统之间的信息采集传输，并对各子系统的信息数据进行智能处理，实现各个子系统协同操作、联动控制。
（1）需求计划管理
需求计划管理子系统可以很好地解决热电厂热力生产供应和用户需求的匹配问题，包括需求申请模块，各注册热用户借助互联网，通过电脑甚至手机来填报次日／月用热需求计划，包括温度、压力、流量等参数；需求审批模块，热电厂生产计划管理人员根据热电厂机组状况和供热能力，进行短期、中期供热量预测，形成次日／月向热用户供应热力的计划，下达给热用户，如图2热负荷日供应计划曲线，方便热电厂和热用户根据热力供需情况合理组织生产；查询与统计分析模块，用于向供需双方提供查询、统计和分析功能。
（2）发电与热力调度管理
发电与热力调度管理子系统将根据热力负荷需求和电网发电计划，同时结合热电厂各台机组能耗水平和设备状况，经过优化计算，生成各台机组供热负荷指令和热力参数，提交给发电厂DCS系统，发出发电和供热负荷调节指令，调节控制相关阀门等执行机构动作，实现热力和发电负荷优化分配，达到热电厂发电和供热综合能耗最低、能效水平最优。如图3是针对配有1套背压式和2套抽凝式机组的燃气－蒸汽联合循环热电厂的负荷优化计算界面，输入“发电功率”和“供热蒸汽流量”，输入“环境温度”和“天然气发热量”，点击“计算”，即可确定给定环境温度下，热电厂的各台机组最优供热和发电负荷分配方案。
（3）热网监控
热网监控子系统一方面接收远程测量终端传送的热用户蒸汽测量数据信息，实施对用户数据的显示、存储、分析、处理；另一方面，通过互联网、工业控制、远程通信技术，对各支线、各用户远程终端阀门进行调节控制，保证满足用户的参数需求。
（4）应急处置
供热系统热源不可避免地会发生故障，当发生故障时，面对成百上千个热用户如何科学决策，应急处置子系统可以提供很好的技术支撑。根据管网阻力特性和热力学特性，预先制定故障情况下分级管理策略。当热电厂侧出现故障不能保证满负荷供热时，通过计算得出当前供热能力下最佳热力供应方案，向远程终端发送调节控制指令，来科学合理地中断、减少或转移部分热用户的热力供应，既保证重点热用户的供热，避免造成重大财产损失，又能最大限度地保证热网应急状态运行的经济性，同时有利于推动热电厂供热生产和管理的智能化发展。输入热电厂在故障状态能提供的供热流量、故障发生的时间，同时选择“按阻力损失最小”还是“按热量损失最小”计算方式，点击“优化计算”按钮，就可以给出故障状态下的合理供热方案，明确关停的热用户，给供热管理提供了方便。
（5）综合信息查询
通过无线通讯和互联网，远程实时采集各用户供热流量、压力、温度等热力参数，进行统计、存储，形成结算数据和账单，并在互联网上，方便用户随时进行查询。
（6）线上结算与支付
系统通过无线通讯网络，对分布在数公里范围内不同地点各个热用户的用汽情况进行远程计量及监控，为双方的贸易结算提供准确、可靠的数据；根据用户使用蒸汽情况，系统自动生成结算单，并定期发送账单，提醒热用户及时缴费。热用户可以随时随地登录互联网，查询自己的实际用量和统计数据，增加结算数据的透明性和及时性。同时，将传统人工收费模式改为当前普遍的电商模式，开展线上支付与结算功能，既提升管理又减少成本。
2．2热力管网与用户控制终端
用户控制终端是实现热力输送精确控制的关键，由高速无线通讯模块、数字量与模拟量转换模块、集成智能仪表、小型PLC控制器、电源模块等部分构成，封装在户外型高防护等级终端箱内。就地用户控制终端可以实时采集就地热力管道蒸汽的温度、压力、流量等传感器测量参数和管道电动调节阀门的数据，实现就地显示、结算的同时，通过移动通讯网络GRPS（也可以选用4G网络）再经互联网与热网监控子系统服务器连接，实现数据上传。就地用户控制终端同时负责接收上一级系统发来的控制指令，调节或快开／关管道阀门，实现对用户热力供应的精准调节。
3系统特点
基于互联网的热电厂热力生产调度与管理系统将庞大、分散、复杂的热电厂热力生产和经营管理全部业务过程整合到一个管理平台系统上，通过互联网、工业网、移动通讯网等将热电厂、控制对象、热用户紧密联系在一起，打破传统业务功能子系统独立建设、独立运行的格局，实现多个异构系统的无缝融合。系统的设计功能具有以下特点：1）实现热电厂和热用户之间的供求平衡预测和计划管理，减少供热的盲目性；2）根据总能量平衡原则，以总能耗最少为目标，采用最优化方法，将发电和热力负荷在各台机组之间的动态分配，实现热电厂热力与发电生产优化调度和经济运行；3）增加热用户分级管理和供热中断应急管理，当发生故障时，采用切断次要用户供热，确保重点用户的处置方案，将损失降到最小，提高热网供热的安全性和经济性；4）实现了各用户供热参数的远程智能采集、统计和存储，以及远程精准调节、控制，提高了热网系统运行的经济性；5）提供多种互联网数据服务，支持包括移动终端以及微信平台等更加便捷的查询方式，热用户可以随时查询了解从需求审批、生产计划、实际供应、参数偏差、周期累计、欠费催缴、支付结算等信息；6）改变传统收费与结算模式，形式多样与安全可靠的互联网支付与结算，保证热用户支付更方便、更快捷。
4结束语
将互联网、工业控制、远程通信技术思想应用到热电厂热力生产和运营管理上，不仅是技术管理水平的创新，而且是热力市场管理模式的创新，将有利于推动热电厂热力生产和运营管理向标准化、网络化、数字化、平台化、直至智能化方向发展。热电厂热力生产调度与管理系统将改变以往供热粗放管理方式，适应供热生产和经营管理精细化的趋势和要求，进一步丰富了管理技术手段，提升了管理水平，增加了社会服务的透明度，将有助于热电厂取得较好的经济效益和社会效益，具有较好的实用推广价值和应用前景。
参考文献
［1］宋云鹏．“智慧供热”在集中供热中的研究与发展方向探讨［J］．供热制冷，2017（11）：36
［2］米莎．城市集中供热优化运行及节能措施研究［D］．北京：华北电力大学，2017
［3］袁冰．荣成市热电厂热力数据采集管理系统设计与实现［D］．济南：山东大学，2016
［4］汤文．蒸汽热力管网系统的优化与节能［J］．河南科技，2013（15）：52
［5］张仲生．供热热网监控系统解析［J］．山西建筑，2015，41（35）：148
作者:钱星翔 祖航 王秋颖 顾宇峰 单位:东南大学 南瑞泰事达电气有限公司