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基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统

阅读:682发布:2020-05-12

专利汇可以提供基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且基于无线互联与 数据挖掘 技术的终端用户负荷预测系统,其构成如下: 数据仓库 (1)、数据同步模 块 (2)、负荷预测及室温控 制模 块(3);后二者分别连接着数据仓库(1);负荷预测及室温 控制模块 (3)连接着数据挖掘单元(1.4);负荷预测及室温控制模块(3)将数据挖掘单元(1.4)生成的负荷预测数据转换成生产调度系统业务模块、管理模块、分析模块及其他能够直接应用的生产管理曲线。本 发明 在实现供热系统保证用户舒适性的前提下最大化节能的目的。,下面是基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统专利的具体信息内容。

1.基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:系统构成如下:数据仓库(1)、数据同步模(2)、负荷预测及室温控制模块(3);其中:数据同步模块(2)、负荷预测及室温控制模块(3)分别连接着数据仓库(1);
数据仓库(1)具体由下述几部分构成:数据转换单元(1.1)、维度建模单元(1.2)、联机分析单元(1.3)、数据挖掘单元(1.4);其中:
数据转换单元(1.1)连接着数据同步模块(2),维度建模单元(1.2)连接着数据转换单元(1.1);联机分析单元(1.3)连接着维度建模单元(1.2)和数据同步模块(2);数据挖掘单元(1.4)连接着维度建模单元(1.2)、联机分析单元(1.3)、数据同步模块(2);
数据转换单元(1.1)将数据同步模块(2)得到的室外日平均温度tw和对应于室外日平均温度的供热量Q分别表示成两个一维数组:
Tw=[tw,1tw,2tw,3……tw,i……tw,N];Q’=[Q1,Q2,……,Qi,……,QN];
维度建模单元(1.2)根据数据转换单元(1.1)生成的两个一维数组生成以(Twi,Q’i)二维坐标序列,即散点分布图,利用最小二乘法,将原始数据点集合供热量Q和室外温度Tw拟合成一次曲线关系:
Q’=kTW+b
联机分析单元(1.3)对维度建模单元(1.2)得到的一次曲线关系:Q’=kTW+b及数据同步模块(2)采集到的室内温度数据进行修正,并得到与针对采样小区房屋维护结构的修正负荷曲线即:
数据挖掘单元(1.4)根据维度建模单元(1.2)和联机分析单元(1.3)得到的负荷预测公式QP=ATW+B,以及数据同步模块(2)抓取的未来24小时气象数据,预测未来24小时热负荷,并制定出相应的室温控制策略供生产与运行管理人员使用;
数据同步模块(2)具体由下述几部分构成:无线室温采集模块(2.1)、气温采集模块(2.2)、采集模块(2.3)、湿度采集模块(2.4)、耗热量数据查询模块(2.5)、辅助单元(2.6);其中:
无线室温采集模块(2.1)通过安装在用户室内及单元的基于无线互联技术的室温采集装置采集典型用户的室内温度,上传至数据库,作为下一个采暖季联机分析单元(1.3)的修正参数和本采暖季实施控制目标值数据进行智能分析;
气温采集模块(2.2)、风力采集模块(2.3)、湿度采集模块(2.4)抓取气象网站未来24小时气象预报数据作为数据挖掘单元(1.4)的状态输入参数,同时作为下一个采暖季维度建模单元(1.2)的输入参数;
耗热量数据查询模块(2.5)通过SQL数据搜索引擎查询数据库中与室外温度及室内温度相对应同步数据,作为维度建模单元(1.2)的输入参数;
负荷预测及室温控制模块(3)连接着数据挖掘单元(1.4);负荷预测及室温控制模块(3)将数据挖掘单元(1.4)生成的负荷预测数据转换成生产调度系统业务模块、管理模块、分析模块及其他能够直接应用的生产管理曲线。
2.按照权利要求1所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:所述数据仓库(1)的组成部分即数据转换单元(1.1)、维度建模单元(1.2)、联机分析单元(1.3)、数据挖掘单元(14)根据数据同步模块(2)中的各个构成部分采集的历史数据及数据仓库(1)特有的数据建模及挖掘技术,生成相对应的同步模块(2)所抓取的未来24小时气象数据的负荷预测与生产指导数据。
3.按照权利要求2所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:所述数据同步模块(2)使用网站数据抓取方法抓取气象网站与室内温度采集时域相匹配的气象数据,并进行后续处理;具体要求是:所述网站数据抓取方法具体是应用EXCEL导入网页数据及VBA编程技术抓取气象网站与室内温度采集时域相匹配的气象数据,并将此数据存入ACCESS数据库,作为室内温度负荷气象模型进行历史数据挖掘的属性参数,在计算控制输出时抓取气象网站未来24小时天气预报数据作为负荷气象模型的状态参数。
4.按照权利要求3所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:所述数据同步模块(2)中的无线室温采集模块(2.1)、气温采集模块(2.2)、风力采集模块(2.3)、湿度采集模块(2.4)、能耗数据查询模块(2.5)其中之一或其组合采用下述的无线数据采集与网络传输技术处理,具体要求是:
将无线传感器直接安装在用户室内,对应采集点附近管道井内安装数据接收器,每单元设置集中器,通过GPRS上传至数据中心平台服务器
无线传感器中包括有无线室温采集模块(2.1),无线室温采集模块(2.1)是网络的基本单元;无线室温采集模块(2.1)由传感器模块(2.1a)、处理器模块(2.1b)、无线通信模块(2.1c)和能量供应模块(2.1d)四部分组成;其中:传感器模块(2.1a)、处理器模块(2.1b)、无线通信模块(2.1c)三者分别连接着能量供应模块(2.1d);传感器模块(2.1b)和无线通信模块(2.1c)分别连接着处理器模块(2.1b);具体的:传感器模块(2.1a)又由相互连接的传感器单元(2.1a1)和AC/DC单元(2.1a2)构成;处理器模块(2.1b)由处理器(2.1b1)和存储器(2.1b2)两部分构成;无线通信模块(2.1c)由网络(2.1c1)、MAC(2.1c2)、收发器(2.1c3)构成;
无线温度传感器的技术参数要求是:测量温度:-40℃到+150℃,传输距离:50m,测量精度:±0.5℃,测温分辨率:0.1℃,频率范围:433MHz,整机睡眠电流<2μA,最大发射功率:
10dbm,工作电压:2.7到3.6V,外形尺寸:40×30×25mm,设计寿命:10年;
传感器模块(2.1a)负责检测区域内信息的采集和数据转换,处理器模块(2.1b)负责控制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据,无线通信模块(2.1c)负责与其它传感器节点进行无线通信,交换控制信息和收发采集数据,能量供应模块为传感器节点提供节点运行所需的能量。
5.按照权利要求3所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:数据挖掘单元(1.4)还满足下述要求:
建筑物固定且室内温度一定的情况下,热负荷的大小只与室外温度有关且为一次线性关系;
其中,Q为建筑物热负荷,W;qv为建筑物体积热指标,W/m3·℃;qF为建筑物体积面积热
2) 3 2
指标,W/m ;V为围护结构的体积,m ;F为围护结构的面积,m ;H为建筑物的高度,m;tn为冬季室内温度,℃;tw为冬季室外温度,℃。
进行数据筛选的步骤为:
步骤1)整理出供热历史运行数据的数据集合;
假设共收集到N个供热工况数据点,将室外日平均温度tw和对应于室外日平均温度的供热量Q分别表示成两个一维数组:
Tw=[tw,1tw,2tw,3……tw,i……tw,N];
Q′=[Q1,Q2,……,Qi,……,QN]
其中,i=1,2,3,……N.i为以时间先后为序的序数,此处为开始供暖天数;
步骤2)用一次曲线拟合供热负荷和室外温度关系;
利用最小二乘法,将原始数据点集合供热量Q和室外温度tw拟合成一次曲线关系:
Q′=ktw+b   (1-3)
其中,Q’为拟合曲线供热负荷,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃,计算量,输入值;k为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;b为拟合得到的曲线的常数项系数,计算量;
利用拟合曲线方程(1-3)和室外温度tw的数据点集合,求出拟合曲线上的供热量大小:
Qi’=ktw,i+b   (1-4)
其中:i=1,2,3……N;这样就得到了和室外日平均温度点相对应的拟合曲线上的供热量数据点集合:Q′=[Q′1,Q′2,…,Q′i’,…,Q′N]
步骤3)计算实际供热负荷与拟合曲线上对应点的偏差,取偏差绝对值;
首先计算实际供热负荷与拟合曲线上负荷之间的偏差,ei=Qi-Q′i
式中:Qi为实测数据测试量MWH或GJ;Q′i为拟合曲线上的供热量计算量MWH或GJ;
得到偏差的集合:
e=e1,e2,…,ei,…eN
其中:i=1,2,3,……N;
步骤4)对所有工况点的偏差绝对值进行排序,按照偏差绝对值从大到小的顺序去掉原数据点个数的10%,得到新的数据点集合;
步骤5)重复两次步骤1)到步骤4)的过程,得到的最终的数据点的个数为原始数据点个数的70%。
6.按照权利要求5所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统中,数据仓库(1)还满足下述要求:
利用经过筛选和数据挖掘的数据点集合,拟合出供热量和室外温度的一次曲线,作为负荷预报曲线;
通过筛选后的数据的到的拟合一次曲线方程为:
QP=Atw+B    (1-5)
其中,Qp为预测负荷值,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃,测试量;A为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;B为拟合得到的曲线的常数项系数,计算量;
经过数据筛选后得到的负荷预报曲线应该比原来直接拟合得到的曲线更加合理;为了让负荷预报曲线能够适应实际供热情况的变化,将该负荷预报曲线做修正:
1)根据供热面积修正负荷预报曲线;
根据实际供热面积进行修正;经过修正的负荷预报曲线见式(1-7)。
其中:Qpmx为进行面积修正后的预测负荷值,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃,测试量;A为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;B为拟合得到的曲线的常数项系数,计算量;F0为上一个供暖季的供热总面积,m2,根据输入量计算值;F1为当前供暖季的供热总面积,m2,根据输入量计算值;
2)根据室温修正负荷预报曲线
实际用户反馈回来的室温与设定室温有较大差别,表明实际供热量偏离应供热量;此时按照式(1-8)修正;
其中,QPtx为进行温度修正后的预测供热量,MWH或GJ,计算值;Qpmx为统计时期内进行面积修正后的供热量值,MWH或GJ,计算值;twp为统计期内冬季室外平均温度,℃,测量值;tns为室内温度设定值,℃,计算值;tnp为统计期内室内平均温度值,℃,测量值;tn,i为第i时刻的室内温度值,℃,测量值; 为前N个时刻室内平均温度,℃,由测量值得
出;
在初始预测供热量时,统计期为已有数据对应的时间段。
7.按照权利要求4所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统中还设置有集中供热智能型远程控温装置;其构成如下:热计量表(11)、智能型远程阀门(12)、采集器(13)、温控面板(14)、计量温控一体化管理平台(15),其中:热计量表(11)、智能型远程阀门(12)、温控面板(14)通过MBUS通讯总线连接着采集器(13),采集器(13)通过有线或者无线连接结构连接着计量温控一体化管理平台(15),智能型远程阀门(12)通过无线通讯连接着温控面板(14);
能型远程阀门(12)中包含有相互连接的下述两部分:电动执行器(12.1)、阀体(12.2);
智能型远程阀门(12)中的电动执行器(12.1)通过无线连接模块连接室温控制器;具体的还满足下述要求:
①智能型远程阀门(12)中的电动执行器(12.1)通过无线通讯连接着温控面板(14);
②智能型远程阀门(12)中的电动执行器(12.1)连接着温控面板(14)和阀体(12.2);以便接收室温信息和设定温度信息,并控制智能型远程阀门(12)的阀体(12.2)的开关
③智能型远程阀门12记录其开关时间,定时与温控面板14进行校时;
④智能型远程阀门12所配电动执行器12.1每隔一定周期与温控面板14通讯一次;调整设定温度后实时通讯,执行温度设定指令;
智能型远程阀门(12)通过远程抄表系统M-Bus与采集器(13)连接;
计量温控一体化管理平台(15)和采集器(13)通过通用分组无线服务系统GPRS连接为一体;
智能型远程阀门(12)的组成如下:电动执行器(12.1)、V型球阀(12.2)、 PT1000温度传感器(12.3)其中:
电动执行器(12.1)分别通过温控面板(14)或采集器(13)连接着控制命令驱动V型球阀(12.2);
PT1000温度传感器(12.3)分别连接着V型球阀(12.2)和电动执行器(12.1);
执行器(12.1)是采用主齿轮加长轴的部件;
V型球阀(12.2)是采用V型阀瓣的结构件。
8.按照权利要求7所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:电动执行器(12.1)和阀体(12.2)共同构成电动阀门,电动阀门的具体结构组成是:
上壳(5.1)、下壳(5.2)、电路板(5.3)、密封圈(5.4)、电池(5.5)、电池盖(5.5a)、电机(5.6)、V型球阀(12.2);其中:上壳(5.1)、下壳(5.2)之间扣合形成的空腔里布置有电路板(5.3)、电池(5.5)、电池盖(5.5a)、电机(5.6);电路板(5.3)通过密封圈(5.4)接触上壳(5.1)或/和下壳(5.2);电池(5.5)固定在电池盖(5.5a)上;
上壳(5.1)、下壳(5.2)之间以及电路板(5.3)、电池盖(5.5a)、电机(5.6)与上壳(5.1)或/和下壳(5.2)之间还通过螺纹连接件(5.8)固定连接;V型球阀(12.2)的局部伸入到上壳(5.1)、下壳(5.2)之间空腔中并连接着电机(5.6);电路板(5.3)分别连接着电池(5.5)和电机(5.6);上壳(5.1)远离V型球阀(12.2)的外侧还布置有面贴(5.7);V型球阀(12.2)与电池(5.5)或/和电池盖(5.5a)之间也设置有对应形状和大小的密封圈(5.4)。
9.按照权利要求4或7或8所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:V型球阀(12.2)的构成如下:阀体(12.2a)、阀杆(12.2b)、V型球阀芯(12.2c)、阀帽(12.2d)、密封圈(12.2e)、防腐密封用四氟垫(12.2f);其中:阀体(12.2a)为管状结构件,其上还设置有垂直于主体部分轴线的“T”形管接头;阀杆(12.2b)布置在“T”形管接头的分支管路中;V型球阀芯(12.2c)布置在阀体(12.2a)内腔中,且V型球阀芯(12.2c)与阀体(12.2a)相互嵌合或者固定连接;阀帽(12.2d)固定布置在阀体(12.2a)主体部分的一个管端处;阀杆(12.2b)上还套装有与阀体(12.2a)中的“T”形管接头的分支管路之间相互配合的密封圈(12.2e);V型球阀芯(12.2c)布置在阀体(12.2a)中的主管路前后两侧分别设置有防腐密封用四氟垫(12.2f)。
10.按照权利要求9所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,其特征在于:所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统使用集中供热智能型远程阀门控温装置时应用满足下述要求的调节算法
其一为比例流量调节,具体步骤如下:
调节支线的选择步骤依次是:
1)系统账号所有平衡阀全开,供管道上的所有其他阀门也全打开,使系统在超流量的工况下运行;
2)利用平衡阀计算图表直接查处流量,亦即各支线流量;也可根据平衡阀前后的压差,利用平衡阀计算图表直接查处流量值;
3)计算各支线流量的比值xi,
公式中,i为各支线序号;n为支线数;Gi为测量出的支线实际流量,m3/h;Gi'为支线理想流量,m3/h;
4)选择流量比值最大值xmax对应的支线为调节支线。按照支线流量比值的大小顺序排列即为支线依次调节的先后顺序;
其二为支线的调节,具体步骤如下:
1)计算调节支线隔热用户的流量比值,挑选与流量比值最小值xmin对应的热用户为参考用户;若支线A为调节支线,则xmax=GA/GA';在直线A中,若用户3的流量比值最小,即xmin=GA3/GA3',则用户3为参考用户;
2)从调节支线A的最末端用户1开始调节,利用与平衡阀配套的智能仪表,调节平衡阀F-A1,将用户1的流量比值xA1调节到参考用户3的流量比值的95%左右,即xA1=0.95(GA3/GA3');
3)调节平衡阀F-A2,使用户2的流量比值xA2调节到与用户1的流量比值相等,即xA2=xA1;
4)继续以用户1的流量比值为参考值,依据步骤3)的同样方法,一次调节用户3、4;每调节一个用户,用户1的流量都将略有增加,这是正常的;
5)按照支线流量比值的大小的顺序,采用上述同样的方法,依次调节其他各支线;
其三为支线间的调节,具体步骤如下:
1)测量各支线的流量比值,xA,xB,xC,xD,以其中最小值为参考比值;
2)以最末端支线开始调节,即调节平衡阀F-D,使支线D的流量比值调节为支线参考值的95%,若参考支线为支线C,则应使xD=0.95xC-0.95xmin;
3)以同样方法,依次调节平衡阀F-C、F-B、F-A,使各支线流量比值等于最末端支线D的流量比值;
4)如各支线属于同一供热系统中的不同的区域,则应先调节同一区段中的各支线,在进行各区段间的调节,其调节方法同上。
其四为全网调节,具体步骤如下:
调节供热系统总平衡阀F,其或者安装在供水管道上,或者安装在回水管道上,使最末端支线D的流量比值等于1.0.根据一致等比失调原理;经过上述调节,供热系统各支线、各热用户的流量则一定将运行在理想流量或设计流量的数值上,全网调节结束。

说明书全文

基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统

技术领域:

[0001] 本发明涉及暖通、传感器、无线通讯、自动化、计算机等科学技术,特别提供了一 种基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统。背景技术:
[0002] 现有技术中,室内温度采集技术有很多种,包括电话线测温、DTU/GPRS测温、以 及无线测温技术,但采集的用户室内温度仅限于以报表、棒图、曲线的形式展示,并没 有直接应用于为负荷预测并指导生产。
[0003] 因此,人们期望获得一种基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统。发明内容:
[0004] 本发明的目的是提供一种技术效果优良的基于无线互联与数据挖掘技术的终端用 户负荷预测系统。
[0005] 本发明基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,系统构成如下: 数据仓库1、数据同步模2、负荷预测及室温控制模块3;其中:数据同步模块2、负 荷预测及室温控制模块3分别连接着数据仓库1;
[0006] 数据仓库1具体由下述几部分构成:数据转换单元1.1、维度建模单元1.2、联机分 析单元1.3、数据挖掘单元1.4;其中:
[0007] 数据转换单元1.1连接着数据同步模块2,维度建模单元1.2连接着数据转换单元 1.1;联机分析单元1.3连接着维度建模单元1.2和数据同步模块2;数据挖掘单元1.4 连接着维度建模单元1.2、联机分析单元1.3、数据同步模块2;
[0008] 数据转换单元1.1将数据同步模块2得到的室外日平均温度tw和对应于室外日平均 温度的供热量Q分别表示成两个一维数组:
[0009] Tw=[tw,1tw,2tw,3……tw,i……tw,N];Q’=[Q1,Q2,……,Qi,……,QN];
[0010] 维度建模单元1.2根据数据转换单元1.1生成的两个一维数组生成以(Twi,Q’i)二 维坐标序列,即散点分布图,利用最小二乘法,将原始数据点集合供热量Q和室外温度 Tw拟合成一次曲线关系:
[0011] Q’=kTW+b
[0012] 联机分析单元1.3对维度建模单元1.2得到的一次曲线关系:Q’=kTW+b及数据同步 模块2采集到的室内温度数据进行修正,并得到与针对采样小区房屋维护结构的修正负 荷曲线即:
[0013]
[0014] 数据挖掘单元1.4根据维度建模单元1.2和联机分析单元1.3得到的负荷预测公式 QP=ATW+B,以及数据同步模块2抓取的未来24小时气象数据,预测未来24小时热负 荷,并制定出相应的室温控制策略供生产与运行管理人员使用;
[0015] 数据同步模块2具体由下述几部分构成:无线室温采集模块2.1、气温采集模块2.2、 采集模块2.3、湿度采集模块2.4、耗热量数据查询模块2.5、辅助单元2.6;其中: 无线室温采集模块2.1通过安装在用户室内及单元的基于无线互联技术的室温采集装置 采集典型用户的室内温度,上传至数据库,作为下一个采暖季联机分析单元1.3的修正 参数和本采暖季实施控制目标值数据进行智能分析;
[0016] 气温采集模块2.2、风力采集模块2.3、湿度采集模块2.4抓取气象网站未来24小时 气象预报数据作为数据挖掘单元1.4的状态输入参数,同时作为下一个采暖季维度建模 单元1.2的输入参数;
[0017] 耗热量数据查询模块2.5通过SQL数据搜索引擎查询数据库中与室外温度及室内温 度相对应同步数据,作为维度建模单元1.2的输入参数。
[0018] 负荷预测及室温控制模块3连接着数据挖掘单元1.4;负荷预测及室温控制模块3 将数据挖掘单元1.4生成的负荷预测数据转换成生产调度系统业务模块、管理模块、分 析模块及其他,如锅炉DCS、热网SCADA、工厂MIS能够直接应用的各种生产管理曲 线,如锅炉及各热力站24小时负荷预测曲线、供回温度气候补偿曲线等。
[0019] 所述数据仓库1的组成部分即数据转换单元1.1、维度建模单元1.2、联机分析单元 1.3、数据挖掘单元14根据数据同步模块2中的各个构成部分采集的历史数据(主要是 上一采暖季)及数据仓库1特有的数据建模及挖掘技术,生成相对应的同步模块2所抓 取的未来
24小时气象数据的负荷预测与生产指导数据。
[0020] 所述数据同步模块2使用网站数据抓取方法抓取气象网站与室内温度采集时域相匹 配的气象数据,并进行后续处理;具体要求是:
[0021] 所述网站数据抓取方法具体是应用EXCEL导入网页数据及VBA编程技术抓取气象网 站与室内温度采集时域相匹配的气象数据,并将此数据存入ACCESS数据库,作为室内 温度负荷气象模型进行历史数据挖掘的属性参数,在计算控制输出时抓取气象网站未来 24小时天气预报数据作为负荷气象模型的状态参数(参见图2)。
[0022] 所述数据同步模块2中的无线室温采集模块2.1、气温采集模块2.2、风力采集模块 2.3、湿度采集模块2.4、能耗数据查询模块2.5其中之一或其组合采用下述的无线数据 采集与网络传输技术处理,具体要求是:
[0023] 在工程实践中,按某栋楼5%的用户数选取室内温度采集点,采集点覆盖冷山、顶层、 中间层等各典型用户;将无线传感器直接安装在用户室内,对应采集点附近管道井内安 装数据接收器,每单元设置集中器,通过GPRS上传至数据中心平台服务器
[0024] 无线传感器中包括有无线室温采集模块2.1,无线室温采集模块2.1是网络的基本单 元,其稳定运行是整个网络可靠性的基本保证;无线室温采集模块2.1由传感器模块 2.1a、处理器模块2.1b、无线通信模块2.1c和能量供应模块2.1d四部分组成;如图3 所示,其中:传感器模块2.1a、处理器模块2.1b、无线通信模块2.1c三者分别连接着 能量供应模块2.1d;传感器模块2.1b和无线通信模块2.1c分别连接着处理器模块2.1b; 具体的:传感器模块2.1a又由相互连接的传感器单元2.1a1和AC/DC单元2.1a2构成; 处理器模块2.1b由处理器2.1b1和存储器2.1b2两部分构成;无线通信模块2.1c由网 络2.1c1、MAC2.1c2、收发器2.1c3构成;
[0025] 无线温度传感器的技术参数要求是:测量温度:-40℃到+150℃,传输距离(绕墙): 50m,测量精度:±0.5℃,测温分辨率:0.1℃,频率范围:433MHz(免申请),整机 睡眠电流
2μA,最大发射功率:10dbm,工作电压:2.7到3.6V,外形尺寸:40×30 ×25mm,设计寿命:10年;
[0026] 传感器模块2.1a负责检测区域内信息的采集和数据转换,处理器模块2.1b负责控 制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据,无线 通信模块2.1c负责与其它传感器节点进行无线通信,交换控制信息和收发采集数据, 能量供应模块为传感器节点提供节点运行所需的能量。
[0027] 数据挖掘单元1.4还满足下述要求:图4为某热力公司上采暖季室外平均温度与热 负荷分布图,从图4中可以看出,数据点的分布范围很大且很分散,说明这些数据点中 包含不合理供热即超量供热和供热不足的数据点,因此要对这些数据进行筛选;根据供 在建筑物固定且室内温度一定的情况下,热负荷的大小只与室外温度有关且为一次线性 关系;
[0028]
[0029] 其中,Q为建筑物热负荷,W;qv为建筑物体积热指标,W/m3·℃;qF为建筑物体 积面积热指标,W/m2);V为围护结构的体积,m3;F为围护结构的面积,m2;H为建 筑物的高度,m;tn为冬季室内温度,℃;tw为冬季室外温度,℃。
[0030] 进行数据筛选的步骤为:
[0031] 步骤1)整理出供热历史运行数据的数据集合;
[0032] 假设共收集到N个供热工况数据点,将室外日平均温度tw和对应于室外日平均温 度的供热量Q分别表示成两个一维数组:
[0033] Tw=[tw,1tw,2tw,3……tw,i……tw,N];
[0034] Q′=[Q1,Q2,……,Qi,……,QN]
[0035] 其中,i=1,2,3,……N.i为以时间先后为序的序数,此处为开始供暖天数;
[0036] 步骤2)用一次曲线拟合供热负荷和室外温度关系;
[0037] 利用最小二乘法,将原始数据点集合供热量Q和室外温度tw拟合成一次曲线关系:
[0038] Q'=ktw+b  (1-3)
[0039] 其中,Q’为拟合曲线供热负荷,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃, 计算量,输入值;k为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;b为拟合得到的曲线的 常数项系数,计算量;
[0040] 拟合得到的曲线和原始数据之间的关系见图5;
[0041] 利用拟合曲线方程(1-3)和室外温度tw的数据点集合,可以求出拟合曲线上的供 热量大小:
[0042] Qi’=ktw,i+b  (1-4)
[0043] 其中:i=1,2,3……N;这样就得到了和室外日平均温度点相对应的拟合曲线上的 供热量数据点集合:Q′=[Q′1,Q′2,…,Q′i,…,Q′N]
[0044] 步骤3)计算实际供热负荷与拟合曲线上对应点的偏差,并取偏差的绝对值;
[0045] 首先计算实际供热负荷与拟合曲线上负荷之间的偏差,ei=Qi-Q′i
[0046] 式中:Qi为实测数据测试量MWH或GJ;Q′i为拟合曲线上的供热量计算量 MWH或GJ;
[0047] 得到偏差的集合:
[0048] e=e1,e2,…,ei,…,eN
[0049] 其中:i=1,2,3,……N,偏差的实际值和绝对值的情况见图6、图7;
[0050] 步骤4)对所有工况点的偏差绝对值进行排序,按照偏差绝对值从大到小的顺序去 掉原数据点个数的10%,得到新的数据点集合,见图8;
[0051] 步骤5)重复两次步骤1)到步骤4)的过程,得到的最终的数据点的个数为原始 数据点个数的70%。
[0052] 所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统中,数据仓库1还满足 下述要求:利用经过筛选和数据挖掘的数据点集合,拟合出供热量和室外温度的一次曲 线,作为负荷预报曲线;参见图13;
[0053] 通过筛选后的数据的到的拟合一次曲线方程为:
[0054] QP=Atw+B  (1-5)
[0055] 其中,Qp为预测负荷值,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃,测 试量;A为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;B为拟合得到的曲线的常数项系数, 计算量。
[0056] 经过数据筛选后得到的负荷预报曲线应该比原来直接拟合得到的曲线更加合理;为 了让负荷预报曲线能够适应实际供热情况的变化,将该负荷预报曲线做修正:
[0057] 根据供热面积修正负荷预报曲线:现在我国每年都有大量的新建建筑投入使用,因 此热力公司每年的实际供热面积是不断变化的。用上一年挖掘出来的负荷预报曲线直接 来指导今年供热运行是不合理的,要根据实际供热面积进行修正;经过修正的负荷预报 曲线见式(1-7)。
[0058]
[0059] 其中,Qpmx为进行面积修正后的预测负荷值,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平 均温度,℃,测试量;A为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;B为拟合得到的曲 线的常数项系数,计算量;F0为上一个供暖季的供热总面积,m2,根据输入量计算值; F1为当前供暖季的供热总面积,m2,根据输入量计算值;
[0060] 2)根据室温修正负荷预报曲线:实际用户反馈回来的室温与设定室温有较大差别, 表明实际供热量偏离应供热量;此时按照式(1-8)修正;
[0061]
[0062] 其中,QPtx为进行温度修正后的预测供热量,MWH或GJ,计算值;Qpmx为统计时 期内进行面积修正后的供热量值,MWH或GJ,计算值;twp为统计期内冬季室外平均 温度,℃,测量值;tns为室内温度设定值,℃,计算值;tnp为统计期内室内平均温度值,℃, 测量值;tn,i为第i时刻的室内温度值,℃,测量值; 为前N个时刻室 内平均温度,℃,由测量值得出;
[0063] 在初始预测供热量时,统计期为已有数据对应的时间段,一般为上一年度的数据。
[0064] 所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统中还设置有集中供热 智能型远程控温装置;其构成如下:热计量表11、智能型远程阀门12、采集器13、 温控面板14、计量温控一体化管理平台15,其中:热计量表11、智能型远程阀门12、 温控面板14通过MBUS通讯总线连接着采集器13,采集器13通过有线或者无线连接结 构连接着计量温控一体化管理平台15,智能型远程阀门12通过无线通讯连接着温控面 板14;
[0065] 能型远程阀门12中包含有相互连接的下述两部分:电动执行器12.1、阀体12.2; 智能型远程阀门12中的电动执行器12.1通过无线连接模块连接室温控制器;具体的还 满足下述要求:
[0066] ①智能型远程阀门12中的电动执行器12.1通过无线通讯连接着温控面板14;
[0067] ②智能型远程阀门12中的电动执行器12.1连接着温控面板14和阀体12.2;以便 接收室温信息和设定温度信息,并控制智能型远程阀门12的阀体12.2的开关
[0068] ③智能型远程阀门12记录其开关时间,定时与温控面板14进行校时;
[0069] ④智能型远程阀门12所配电动执行器12.1每隔一定周期与温控面板14通讯一次; 调整设定温度后实时通讯,执行温度设定指令;
[0070] 智能型远程阀门12通过远程抄表系统M-Bus与采集器13连接;
[0071] 计量温控一体化管理平台15和采集器13通过通用分组无线服务系统GPRS连接为 一体;智能型远程阀门12的组成如下:电动执行器12.1、V型球阀12.2、PT1000温度 传感器12.3其中:电动执行器12.1分别通过温控面板14或采集器13连接着控制命令 驱动V型球阀
12.2;PT1000温度传感器12.3分别连接着V型球阀12.2和电动执行器 12.1;执行器12.1是采用主齿轮加长轴的部件;V型球阀12.2是采用V型阀瓣的结构 件。
[0072] 电动执行器12.1和阀体12.2共同构成电动阀门,电动阀门的具体结构组成是:上 壳5.1、下壳5.2、电路板5.3、密封圈5.4、电池5.5、电池盖5.5a、电机5.6、V型球阀 12.2;其中:上壳5.1、下壳5.2之间扣合形成的空腔里布置有电路板5.3、电池5.5、电 池盖5.5a、电机5.6;电路板5.3通过密封圈5.4接触上壳5.1或/和下壳5.2;电池5.5 固定在电池盖5.5a上;
[0073] 上壳5.1、下壳5.2之间以及电路板5.3、电池盖5.5a、电机5.6与上壳5.1或/和下 壳5.2之间还通过螺纹连接件5.8固定连接;V型球阀12.2的局部伸入到上壳5.1、下壳 5.2之间空腔中并连接着电机5.6;电路板5.3分别连接着电池5.5和电机5.6;上壳5.1 远离V型球阀12.2的外侧还布置有面贴5.7;V型球阀12.2与电池5.5或/和电池盖5.5a 之间也设置有对应形状和大小的密封圈5.4。
[0074] V型球阀12.2的构成如下:阀体12.2a、阀杆12.2b、V型球阀芯12.2c、阀帽12.2d、 密封圈12.2e、防腐密封用四氟垫12.2f;其中:阀体12.2a为管状结构件,其上还设置 有垂直于主体部分轴线的“T”形管接头;阀杆12.2b布置在“T”形管接头的分支管路 中;V型球阀芯12.2c布置在阀体12.2a内腔中,且V型球阀芯12.2c与阀体12.2a相互 嵌合或者固定连接;阀帽12.2d固定布置在阀体12.2a主体部分的一个管端处;阀杆12.2b 上还套装有与阀体12.2a中的“T”形管接头的分支管路之间相互配合的密封圈12.2e; V型球阀芯12.2c布置在阀体12.2a中的主管路前后两侧分别设置有防腐密封用四氟垫 12.2f。
[0075] 基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统使用集中供热智能型远程 阀门控温装置时应用满足下述要求的调节算法(参见图16):
[0076] 其一为比例流量调节,具体步骤如下:
[0077] 调节支线的选择步骤依次是:
[0078] 1)系统账号所有平衡阀全开,供水管道上的所有其他阀门也全打开,使系统在超 流量的工况下运行;
[0079] 2)利用平衡阀计算图表直接查处流量,亦即各支线流量;也可根据平衡阀前后的 压差,利用平衡阀计算图表直接查处流量值;
[0080] 3)计算各支线流量的比值xi,
[0081]
[0082] 公式中,i为各支线序号;n为支线数;Gi为测量出的支线实际流量,m3/h;Gi'为 支线理想流量,m3/h;
[0083] 4)选择流量比值最大值xmax对应的支线为调节支线。按照支线流量比值的大小顺 序排列即为支线依次调节的先后顺序;在一般情况下,热源近端支线流量比值偏大,因 此往往先从近段支线开始调节。
[0084] 其二为支线的调节,具体步骤如下:
[0085] 1)计算调节支线隔热用户的流量比值,挑选与流量比值最小值xmin对应的热用户为 参考用户;若支线A为调节支线,则xmax=GA/GA';在直线A中,若用户3的流量比 值最小,即xmin=GA3/GA3',则用户3为参考用户;
[0086] 2)从调节支线A的最末端用户1开始调节,利用与平衡阀配套的智能仪表,调节 平衡阀F-A1,将用户1的流量比值xA1调节到参考用户3的流量比值的95%左右,即 xA1=0.95(GA3/GA3′);
[0087] 3)调节平衡阀F-A2,使用户2的流量比值xA2调节到与用户1的流量比值相等, 即xA2=xA1;应该注意,由于用户2的调节,用户1的原有流量比值将会略有增加;
[0088] 4)继续以用户1的流量比值为参考值,依据步骤3)的同样方法,一次调节用户3、 4;每调节一个用户,用户1的流量都将略有增加,这是正常的;
[0089] 5)按照支线流量比值的大小的顺序,采用上述同样的方法,依次调节其他各支线; 其参考流量比值为各支线内的最小值;
[0090] 其三为支线间的调节,具体步骤如下:
[0091] 1)测量各支线的流量比值,xA,xB,xC,xD,以其中最小值为参考比值;
[0092] 2)以最末端支线开始调节,即调节平衡阀F-D,使支线D的流量比值调节为支线 参考值的95%,若参考支线为支线C,则应使xD=0.95xC-0.95xmin;
[0093] 3)以同样方法,依次调节平衡阀F-C、F-B、F-A,使各支线流量比值等于最末端 支线D的流量比值;在调节过程中,末端支线D的流量比值也将略有增加;
[0094] 4)如各支线属于同一供热系统中的不同的区域,则应先调节同一区段中的各支线, 在进行各区段间的调节,其调节方法同上。
[0095] 其四为全网调节,具体步骤如下:
[0096] 调节供热系统总平衡阀F,其或者安装在供水管道上,或者安装在回水管道上,使 最末端支线D的流量比值等于1.0.根据一致等比失调原理;经过上述调节,供热系统各 支线、各热用户的流量则一定将运行在理想流量或设计流量的数值上,全网调节结束。
[0097] 比例调节法原理简明,效果良好。但调节方法还是比较繁琐,首先是必须使用两套 智能仪表,配备两组测试人员,通过电话或者报话机进行信息联系;其次是平衡阀重复 测量次数过多,调节过程费时费力。但是总体而言,由于有了平衡阀、智能仪表做依托, 这种方法使得初调节在实际工程中的应用有了可能。
[0098] 相对于现有技术而言,本发明基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户供热温度控 制系统通过采集用户室内温度及与之相关的气象数据,利用大数据平台和数据挖掘与负 荷预测技术,建立用户端整个采暖季的数学模型,为热源、热网及热用户的负荷分配提 供科学的依据,进而在供热系统保证用户舒适性的前提下实现了最大化节能的技术目 的。附图说明:
[0099] 图1为基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统的构成原理示意简图;
[0100] 图2为气象网站数据抓取技术示意简图;
[0101] 图3为无线温度传感器构成原理示意简图;
[0102] 图4为某热力公司上采暖季室外平均温度与热负荷分布图;
[0103] 图5为原始数据和拟合曲线图;
[0104] 图6为偏差分布图;
[0105] 图7为偏差的绝对值分布图;
[0106] 图8为经过排序后的偏差绝对值示意图;
[0107] 图9为经过逐步筛选的供热数据点(原始数据);
[0108] 图10为经过逐步筛选的供热数据点(第一次筛选结果);
[0109] 图11为经过逐步筛选的供热数据点(第二次筛选结果);
[0110] 图12为经过逐步筛选的供热数据点(第三次筛选结果);
[0111] 图13筛选后数据点和拟合得到的负荷预报曲线图。
[0112] 图14为电动执行器12.1和阀体12.2共同构成的电动阀门的爆炸图;
[0113] 图15为V型球阀的装配原理结构简图;
[0114] 图16是比例调节法系统原理示意图;
[0115] 图17为集中供热智能型远程阀门控温装置系统构成原理示意简图;
[0116] 图18为V型温控阀装置与普通球阀流通特性曲线对比图;
[0117] 图19为V型温控阀装置与普通开关阀控制特性曲线对比图之一;
[0118] 图20为V型温控阀装置与普通开关阀控制特性曲线对比图之二。具体实施方式:
[0119] 实施例1
[0120] 基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统,系统构成如下:数据仓 库1、数据同步模块2、负荷预测及室温控制模块3;其中:数据同步模块2、负荷预测 及室温控制模块3分别连接着数据仓库1;
[0121] 数据仓库1具体由下述几部分构成:数据转换单元1.1、维度建模单元1.2、联机分 析单元1.3、数据挖掘单元1.4;其中:
[0122] 数据转换单元1.1连接着数据同步模块2,维度建模单元1.2连接着数据转换单元 1.1;联机分析单元1.3连接着维度建模单元1.2和数据同步模块2;数据挖掘单元1.4 连接着维度建模单元1.2、联机分析单元1.3、数据同步模块2;
[0123] 数据转换单元1.1将数据同步模块2得到的室外日平均温度tw和对应于室外日平均 温度的供热量Q分别表示成两个一维数组:
[0124] Tw=[tw,1tw,2tw,3……tw,i……tw,N];Q’=[Q1,Q2,……,Qi,……,QN];
[0125] 维度建模单元1.2根据数据转换单元1.1生成的两个一维数组生成以(Twi,Q’i)二 维坐标序列,即散点分布图,利用最小二乘法,将原始数据点集合供热量Q和室外温度 Tw拟合成一次曲线关系:
[0126] Q’=kTW+b
[0127] 联机分析单元1.3对维度建模单元1.2得到的一次曲线关系:Q’=kTW+b及数据同步 模块2采集到的室内温度数据进行修正,并得到与针对采样小区房屋维护结构的修正负 荷曲线即:
[0128]
[0129] 数据挖掘单元1.4根据维度建模单元1.2和联机分析单元1.3得到的负荷预测公式 QP=ATW+B,以及数据同步模块2抓取的未来24小时气象数据,预测未来24小时热负 荷,并制定出相应的室温控制策略供生产与运行管理人员使用;
[0130] 数据同步模块2具体由下述几部分构成:无线室温采集模块2.1、气温采集模块2.2、 风力采集模块2.3、湿度采集模块2.4、耗热量数据查询模块2.5、辅助单元2.6;其中: 无线室温采集模块2.1通过安装在用户室内及单元的基于无线互联技术的室温采集装置 采集典型用户的室内温度,上传至数据库,作为下一个采暖季联机分析单元1.3的修正 参数和本采暖季实施控制目标值数据进行智能分析;
[0131] 气温采集模块2.2、风力采集模块2.3、湿度采集模块2.4抓取气象网站未来24小时 气象预报数据作为数据挖掘单元1.4的状态输入参数,同时作为下一个采暖季维度建模 单元1.2的输入参数;
[0132] 耗热量数据查询模块2.5通过SQL数据搜索引擎查询数据库中与室外温度及室内温 度相对应同步数据,作为维度建模单元1.2的输入参数。
[0133] 负荷预测及室温控制模块3连接着数据挖掘单元1.4;负荷预测及室温控制模块3 将数据挖掘单元1.4生成的负荷预测数据转换成生产调度系统业务模块、管理模块、分 析模块及其他,如锅炉DCS、热网SCADA、工厂MIS能够直接应用的各种生产管理曲 线,如锅炉及各热力站24小时负荷预测曲线、供回水温度气候补偿曲线等。
[0134] 所述数据仓库1的组成部分即数据转换单元1.1、维度建模单元1.2、联机分析单元 1.3、数据挖掘单元14根据数据同步模块2中的各个构成部分采集的历史数据(主要是 上一采暖季)及数据仓库1特有的数据建模及挖掘技术,生成相对应的同步模块2所抓 取的未来
24小时气象数据的负荷预测与生产指导数据。
[0135] 所述数据同步模块2使用网站数据抓取方法抓取气象网站与室内温度采集时域相匹 配的气象数据,并进行后续处理;具体要求是:
[0136] 所述网站数据抓取方法具体是应用EXCEL导入网页数据及VBA编程技术抓取气 象网站与室内温度采集时域相匹配的气象数据,并将此数据存入ACCESS数据库,作为 室内温度负荷气象模型进行历史数据挖掘的属性参数,在计算控制输出时抓取气象网站 未来24小时天气预报数据作为负荷气象模型的状态参数(参见图2),参考代码如下:
[0137]
[0138] 所述数据同步模块2中的无线室温采集模块2.1、气温采集模块2.2、风力采集模块 2.3、湿度采集模块2.4、能耗数据查询模块2.5其中之一或其组合采用下述的无线数据 采集与网络传输技术处理,具体要求是:
[0139] 在工程实践中,按某栋楼5%的用户数选取室内温度采集点,采集点覆盖冷山、顶层、 中间层等各典型用户;将无线传感器直接安装在用户室内,对应采集点附近管道井内安 装数据接收器,每单元设置集中器,通过GPRS上传至数据中心或云平台服务器;
[0140] 无线传感器中包括有无线室温采集模块2.1,无线室温采集模块2.1是网络的基本单 元,其稳定运行是整个网络可靠性的基本保证;无线室温采集模块2.1由传感器模块 2.1a、处理器模块2.1b、无线通信模块2.1c和能量供应模块2.1d四部分组成;如图3 所示,其中:传感器模块2.1a、处理器模块2.1b、无线通信模块2.1c三者分别连接着 能量供应模块2.1d;传感器模块2.1b和无线通信模块2.1c分别连接着处理器模块2.1b; 具体的:传感器模块2.1a又由相互连接的传感器单元2.1a1和AC/DC单元2.1a2构成; 处理器模块2.1b由处理器2.1b1和存储器2.1b2两部分构成;无线通信模块2.1c由网 络2.1c1、MAC2.1c2、收发器2.1c3构成;
[0141] 无线温度传感器的技术参数要求是:测量温度:-40℃到+150℃,传输距离(绕墙): 50m,测量精度:±0.5℃,测温分辨率:0.1℃,频率范围:433MHz(免申请),整机 睡眠电流<
2μA,最大发射功率:10dbm,工作电压:2.7到3.6V,外形尺寸:40×30 ×25mm,设计寿命:10年;无线温度传感器的技术参数要求如表1所示;
[0142] 表1无线温度传感器的技术参数
[0143]型号 SJ100
测量温度 -40℃~+150℃
传输距离(绕墙) 50m
测量精度 ±0.5℃
测温分辨率 0.1℃
频率范围 433MHz(免申请)
整机睡眠电流 <2μA
最大发射功率 10dbm
工作电压 2.7~3.6V
外形尺寸 40x30x25mm
设计寿命 10年
[0144] 传感器模块2.1a负责检测区域内信息的采集和数据转换,处理器模块2.1b负责控 制整个传感器节点的操作,存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据,无线 通信模块2.1c负责与其它传感器节点进行无线通信,交换控制信息和收发采集数据, 能量供应模块为传感器节点提供节点运行所需的能量。
[0145] 数据挖掘单元1.4还满足下述要求:图4为某热力公司上采暖季室外平均温度与热 负荷分布图,从图4中可以看出,数据点的分布范围很大且很分散,说明这些数据点中 包含不合理供热即超量供热和供热不足的数据点,因此要对这些数据进行筛选;在建筑 物固定且室内温度一定的情况下,热负荷的大小只与室外温度有关且为一次线性关系;
[0146]
[0147] 其中,Q为建筑物热负荷,W;qv为建筑物体积热指标,W/m3·℃;qF为建筑物体 积面积热指标,W/m2);V为围护结构的体积,m3;F为围护结构的面积,m2;H为建 筑物的高度,m;tn为冬季室内温度,℃;tw为冬季室外温度,℃。
[0148] 进行数据筛选的步骤为:
[0149] 步骤1)整理出供热历史运行数据的数据集合;
[0150] 假设共收集到N个供热工况数据点,将室外日平均温度tw和对应于室外日平均温 度的供热量Q分别表示成两个一维数组:
[0151] Tw=[tw,1tw,2tw,3……tw,i……tw,N];
[0152] Q′=[Q1,Q2,……,Qi,……,QN]
[0153] 其中,i=1,2,3,……N.i为以时间先后为序的序数,此处为开始供暖天数;
[0154] 步骤2)用一次曲线拟合供热负荷和室外温度关系;
[0155] 利用最小二乘法,将原始数据点集合供热量Q和室外温度tw拟合成一次曲线关系:
[0156] Q'=ktw+b  (1-3)
[0157] 其中,Q’为拟合曲线供热负荷,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃, 计算量,输入值;k为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;b为拟合得到的曲线的 常数项系数,计算量;
[0158] 拟合得到的曲线和原始数据之间的关系见图5;
[0159] 利用拟合曲线方程(1-3)和室外温度tw的数据点集合,可以求出拟合曲线上的供 热量大小:
[0160] Qi’=ktw,i+b  (1-4)
[0161] 其中:i=1,2,3……N;这样就得到了和室外日平均温度点相对应的拟合曲线上的 供热量数据点集合:Q′=[Q′1,Q′2,…,Q′i,…,Q′N]
[0162] 步骤3)计算实际供热负荷与拟合曲线上对应点的偏差,并取偏差的绝对值;
[0163] 首先计算实际供热负荷与拟合曲线上负荷之间的偏差,ei=Qi-Q′i
[0164] 式中:Qi为实测数据测试量MWH或GJ;Q′i为拟合曲线上的供热量计算量 MWH或GJ;
[0165] 得到偏差的集合:
[0166] e=e1,e2,…,ei,…eN
[0167] 其中:i=1,2,3,……N,偏差的实际值和绝对值的情况见图6、图7;
[0168] 步骤4)对所有工况点的偏差绝对值进行排序,按照偏差绝对值从大到小的顺序去 掉原数据点个数的10%,得到新的数据点集合,见图8;
[0169] 步骤5)重复两次步骤1)到步骤4)的过程,得到的最终的数据点的个数为原始 数据点个数的70%。
[0170] 所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统中,数据仓库1还满足 下述要求:利用经过筛选和数据挖掘的数据点集合,拟合出供热量和室外温度的一次曲 线,作为负荷预报曲线;参见图13;
[0171] 通过筛选后的数据的到的拟合一次曲线方程为:
[0172] QP=Atw+B  (1-5)
[0173] 其中,Qp为预测负荷值,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平均温度,℃,测 试量;A为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;B为拟合得到的曲线的常数项系数, 计算量。
[0174] 经过数据筛选后得到的负荷预报曲线应该比原来直接拟合得到的曲线更加合理;为 了让负荷预报曲线能够适应实际供热情况的变化,将该负荷预报曲线做修正:
[0175] 根据供热面积修正负荷预报曲线:现在我国每年都有大量的新建建筑投入使用,因 此热力公司每年的实际供热面积是不断变化的。用上一年挖掘出来的负荷预报曲线直接 来指导今年供热运行是不合理的,要根据实际供热面积进行修正;经过修正的负荷预报 曲线见式(1-7)。
[0176]
[0177] 其中,Qpmx为进行面积修正后的预测负荷值,MWH或GJ,计算量;tw为冬季室外日平 均温度,℃,测试量;A为拟合得到的曲线的一次项系数,计算量;B为拟合得到的曲 线的常数项系数,计算量;F0为上一个供暖季的供热总面积,m2,根据输入量计算值; F1为当前供暖季的供热总面积,m2,根据输入量计算值;
[0178] 2)根据室温修正负荷预报曲线:实际用户反馈回来的室温与设定室温有较大差别, 表明实际供热量偏离应供热量;此时按照式(1-8)修正;
[0179]
[0180] 其中,QPtx为进行温度修正后的预测供热量,MWH或GJ,计算值;Qpmx为统计时 期内进行面积修正后的供热量值,MWH或GJ,计算值;twp为统计期内冬季室外平均 温度,℃,测量值;tns为室内温度设定值,℃,计算值;tnp为统计期内室内平均温度值,℃, 测量值;tn,i为第i时刻的室内温度值,℃,测量值; 为前N个时刻室 内平均温度,℃,由测量值得出;
[0181] 在初始预测供热量时,统计期为已有数据对应的时间段,一般为上一年度的数据。
[0182] 所述基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统中还设置有集中供热 智能型远程阀门控温装置;其构成如下:热计量表11、智能型远程阀门12、采集器13、 温控面板14、计量温控一体化管理平台15,其中:热计量表11、智能型远程阀门12、 温控面板14通过MBUS通讯总线连接着采集器13,采集器13通过有线或者无线连接结 构连接着计量温控一体化管理平台15,智能型远程阀门12通过无线通讯连接着温控面 板14;
[0183] 能型远程阀门12中包含有相互连接的下述两部分:电动执行器12.1、阀体12.2; 智能型远程阀门12中的电动执行器12.1通过无线连接模块连接室温控制器;具体的还 满足下述要求:
[0184] ①智能型远程阀门12中的电动执行器12.1通过无线通讯连接着温控面板14;
[0185] ②智能型远程阀门12中的电动执行器12.1连接着温控面板14和阀体12.2;以便 接收室温信息和设定温度信息,并控制智能型远程阀门12的阀体12.2的开关;
[0186] ③智能型远程阀门12记录其开关时间,定时与温控面板14进行校时;
[0187] ④智能型远程阀门12所配电动执行器12.1每隔一定周期与温控面板14通讯一次; 调整设定温度后实时通讯,执行温度设定指令;
[0188] 智能型远程阀门12通过远程抄表系统M-Bus与采集器13连接;
[0189] 计量温控一体化管理平台15和采集器13通过通用分组无线服务系统GPRS连接为 一体;智能型远程阀门12的组成如下:电动执行器12.1、V型球阀12.2、PT1000温度 传感器12.3其中:电动执行器12.1分别通过温控面板14或采集器13连接着控制命令 驱动V型球阀
12.2;PT1000温度传感器12.3分别连接着V型球阀12.2和电动执行器 12.1;执行器12.1是采用主齿轮加长轴的部件;V型球阀12.2是采用V型阀瓣的结构 件。
[0190] 电动执行器12.1和阀体12.2共同构成电动阀门,电动阀门的具体结构组成是:上 壳5.1、下壳5.2、电路板5.3、密封圈5.4、电池5.5、电池盖5.5a、电机5.6、V型球阀 12.2;其中:上壳5.1、下壳5.2之间扣合形成的空腔里布置有电路板5.3、电池5.5、电 池盖5.5a、电机5.6;电路板5.3通过密封圈5.4接触上壳5.1或/和下壳5.2;电池5.5 固定在电池盖5.5a上;
[0191] 上壳5.1、下壳5.2之间以及电路板5.3、电池盖5.5a、电机5.6与上壳5.1或/和下 壳5.2之间还通过螺纹连接件5.8固定连接;V型球阀12.2的局部伸入到上壳5.1、下壳 5.2之间空腔中并连接着电机5.6;电路板5.3分别连接着电池5.5和电机5.6;上壳5.1 远离V型球阀12.2的外侧还布置有面贴5.7;V型球阀12.2与电池5.5或/和电池盖5.5a 之间也设置有对应形状和大小的密封圈5.4。
[0192] V型球阀12.2的构成如下:阀体12.2a、阀杆12.2b、V型球阀芯12.2c、阀帽12.2d、 密封圈12.2e、防腐密封用四氟垫12.2f;其中:阀体12.2a为管状结构件,其上还设置 有垂直于主体部分轴线的“T”形管接头;阀杆12.2b布置在“T”形管接头的分支管路 中;V型球阀芯12.2c布置在阀体12.2a内腔中,且V型球阀芯12.2c与阀体12.2a相互 嵌合或者固定连接;阀帽12.2d固定布置在阀体12.2a主体部分的一个管端处;阀杆12.2b 上还套装有与阀体12.2a中的“T”形管接头的分支管路之间相互配合的密封圈12.2e; V型球阀芯12.2c布置在阀体12.2a中的主管路前后两侧分别设置有防腐密封用四氟垫 12.2f。
[0193] 基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户负荷预测系统使用集中供热智能型远程 阀门控温装置时应用满足下述要求的调节算法(参见图16):
[0194] 其一为比例流量调节,具体步骤如下:
[0195] 调节支线的选择步骤依次是:
[0196] 1)系统账号所有平衡阀全开,供水管道上的所有其他阀门也全打开,使系统在超 流量的工况下运行;
[0197] 2)利用平衡阀计算图表直接查处流量,亦即各支线流量;也可根据平衡阀前后的 压差,利用平衡阀计算图表直接查处流量值;
[0198] 3)计算各支线流量的比值xi,
[0199]
[0200] 公式中,i为各支线序号;n为支线数;Gi为测量出的支线实际流量,m3/h;Gi'为 支线理想流量,m3/h;
[0201] 4)选择流量比值最大值xmax对应的支线为调节支线。按照支线流量比值的大小顺 序排列即为支线依次调节的先后顺序;在一般情况下,热源近端支线流量比值偏大,因 此往往先从近段支线开始调节。
[0202] 其二为支线的调节,具体步骤如下:
[0203] 1)计算调节支线隔热用户的流量比值,挑选与流量比值最小值xmin对应的热用户为 参考用户;若支线A为调节支线,则xmax=GA/GA';在直线A中,若用户3的流量比 值最小,即xmin=GA3/GA3',则用户3为参考用户;
[0204] 2)从调节支线A的最末端用户1开始调节,利用与平衡阀配套的智能仪表,调节 平衡阀F-A1,将用户1的流量比值xA1调节到参考用户3的流量比值的95%左右,即 xA1=0.95(GA3/GA3′);
[0205] 3)调节平衡阀F-A2,使用户2的流量比值xA2调节到与用户1的流量比值相等, 即xA2=xA1;应该注意,由于用户2的调节,用户1的原有流量比值将会略有增加;
[0206] 4)继续以用户1的流量比值为参考值,依据步骤3)的同样方法,一次调节用户3、 4;每调节一个用户,用户1的流量都将略有增加,这是正常的;
[0207] 5)按照支线流量比值的大小的顺序,采用上述同样的方法,依次调节其他各支线; 其参考流量比值为各支线内的最小值;
[0208] 其三为支线间的调节,具体步骤如下:
[0209] 1)测量各支线的流量比值,xA,xB,xC,xD,以其中最小值为参考比值;
[0210] 2)以最末端支线开始调节,即调节平衡阀F-D,使支线D的流量比值调节为支线 参考值的95%,若参考支线为支线C,则应使xD=0.95xC-0.95xmin;
[0211] 3)以同样方法,依次调节平衡阀F-C、F-B、F-A,使各支线流量比值等于最末端 支线D的流量比值;在调节过程中,末端支线D的流量比值也将略有增加;
[0212] 4)如各支线属于同一供热系统中的不同的区域,则应先调节同一区段中的各支线, 在进行各区段间的调节,其调节方法同上。
[0213] 其四为全网调节,具体步骤如下:
[0214] 调节供热系统总平衡阀F,其或者安装在供水管道上,或者安装在回水管道上,使 最末端支线D的流量比值等于1.0.根据一致等比失调原理;经过上述调节,供热系统各 支线、各热用户的流量则一定将运行在理想流量或设计流量的数值上,全网调节结束。
[0215] 比例调节法原理简明,效果良好。但调节方法还是比较繁琐,首先是必须使用两套 智能仪表,配备两组测试人员,通过电话或者报话机进行信息联系;其次是平衡阀重复 测量次数过多,调节过程费时费力。但是总体而言,由于有了平衡阀、智能仪表做依托, 这种方法使得初调节在实际工程中的应用有了可能。
[0216] 相对于现有技术而言,本实施例基于无线互联与数据挖掘技术的终端用户供热温度 控制系统通过采集用户室内温度及与之相关的气象数据,利用大数据平台和数据挖掘与 负荷预测技术,建立用户端整个采暖季的数学模型,为热源、热网及热用户的负荷分配 提供科学的依据,进而在供热系统保证用户舒适性的前提下实现了最大化节能的技术目 的。
[0217] 实施例2
[0218] 本实施例与实施例1内容基本相同,其不同之处在于:
[0219] 采用基于综合温度的负荷预报,目前在进行建筑物的能耗计算中,不考虑太阳的得 热量,将其作为安全值考虑。这在选择供暖设备时是可以的,但是在进行运行调度时, 不考虑太阳的影响,将使供热量偏高。如果将太阳辐射的影响,折算在室外温度中,定 义该温度为室外综合温度,室外综合温度平均值应按式(1-11)计算:
[0220]
[0221] 式中:twzyp为室外综合温度平均值(℃);(计算值)
[0222] twyp为预报的室外空气温度平均值(℃);(根据测试数据或气象台数据预报值)[0223] Δt—-室外温度增加值(℃),根据城市查表选取;(查表)
[0224] 为水平或垂直面上的太阳辐射照度平均值(W/m2),;
[0225] ρ为太阳辐射吸收系数可查表取用;
[0226] αe为外表面换热系数,取19.0W/m2·K。
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