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摘要：結合當前的技術發展和熱電廠運營管理需求，探討構建基于互聯網的熱電廠熱力生產調度與管理系統。該系統具有需求計劃管理、發電與熱力調度、熱用戶參數控制、應急狀態處置、綜合信息管理等多種功能，將有助于提高熱電廠的精細化管理水平，保證熱網運行的經濟性和安全性，推動智能化電廠建設，具有較好的應用前景。

關鍵詞：互聯網；熱電廠；熱力生產；調度管理系統

隨著國家“節能減排”政策和大氣污染防治行動計劃的推進，許多以發電為主的電廠轉變運行方式，開始對外供熱，熱力生產與經營管理成為熱電廠的主營業務之一［1］。同時，我國的集中供熱系統發展迅速，供熱距離不斷增長，供熱范圍不斷擴大。然而，傳統的供熱管理粗放，不能及時掌握用戶需求，供熱系統運行效率低、熱損失大、難以保證熱網的經濟、安全運行。熱電廠熱力生產調度與管理的精細化水平急待提升［2］。互聯網、移動通訊、工業控制、電子商務等技術飛速發展，使設計開發基于互聯網的熱電廠熱力生產與運營管理系統成為可能。通過互聯網可以及時獲得大量分散熱用戶的負荷需求、采集管網實時供汽參數，經管理系統統計、分析、，實現數據共享［3］；熱、電負荷需求通過系統優化計算，形成各臺機組優化調度指令，滿足熱力需求與機組出力相匹配，實現經濟運行［4］；系統同時生成各熱用戶參數調度指令，通過互聯網下傳至各終端控制器，實現精準調節，聯動控制，最終提高管理效率、降低運營成本，實現智能供熱［5］。

1系統架構設計

系統平臺由三層網絡結構組成，上層為集中控制中心，中間層是六個重要功能子系統，下層是就地管網與用戶控制終端，系統網絡拓撲結構如圖1所示。集中控制中心與各功能子系統通過工業控制網絡連接并接入互聯網，各終端通過移動通信網絡和互聯網接入中間層相關子系統，各熱用戶通過互聯網接入相關子系統。熱力生產與運營管理全部業務通過互聯網、移動通訊網、工業控制網絡以及專用網絡進行互聯，完成數據、指令的采集、傳送、處理和共享，實現需求、計劃、調度、控制、計量和結算等各項業務流程的管理要求。

2主要功能設計

2．1主要功能子系統

熱電廠熱力生產調度與管理系統系統設計有六個功能子系統，通過熱電廠熱力生產設備、在線儀表、自控系統之間的信息采集傳輸，并對各子系統的信息數據進行智能處理，實現各個子系統協同操作、聯動控制。

（1）需求計劃管理

需求計劃管理子系統可以很好地解決熱電廠熱力生產供應和用戶需求的匹配問題，包括需求申請模塊，各注冊熱用戶借助互聯網，通過電腦甚至手機來填報次日／月用熱需求計劃，包括溫度、壓力、流量等參數；需求審批模塊，熱電廠生產計劃管理人員根據熱電廠機組狀況和供熱能力，進行短期、中期供熱量預測，形成次日／月向熱用戶供應熱力的計劃，下達給熱用戶，如圖2熱負荷日供應計劃曲線，方便熱電廠和熱用戶根據熱力供需情況合理組織生產；查詢與統計分析模塊，用于向供需雙方提供查詢、統計和分析功能。

（2）發電與熱力調度管理

發電與熱力調度管理子系統將根據熱力負荷需求和電網發電計劃，同時結合熱電廠各臺機組能耗水平和設備狀況，經過優化計算，生成各臺機組供熱負荷指令和熱力參數，提交給發電廠DCS系統，發出發電和供熱負荷調節指令，調節控制相關閥門等執行機構動作，實現熱力和發電負荷優化分配，達到熱電廠發電和供熱綜合能耗最低、能效水平最優。如圖3是針對配有1套背壓式和2套抽凝式機組的燃氣－蒸汽聯合循環熱電廠的負荷優化計算界面，輸入“發電功率”和“供熱蒸汽流量”，輸入“環境溫度”和“天然氣發熱量”，點擊“計算”，即可確定給定環境溫度下，熱電廠的各臺機組最優供熱和發電負荷分配方案。

（3）熱網監控

熱網監控子系統一方面接收遠程測量終端傳送的熱用戶蒸汽測量數據信息，實施對用戶數據的顯示、存儲、分析、處理；另一方面，通過互聯網、工業控制、遠程通信技術，對各支線、各用戶遠程終端閥門進行調節控制，保證滿足用戶的參數需求。

（4）應急處置

供熱系統熱源不可避免地會發生故障，當發生故障時，面對成百上千個熱用戶如何科學決策，應急處置子系統可以提供很好的技術支撐。根據管網阻力特性和熱力學特性，預先制定故障情況下分級管理策略。當熱電廠側出現故障不能保證滿負荷供熱時，通過計算得出當前供熱能力下最佳熱力供應方案，向遠程終端發送調節控制指令，來科學合理地中斷、減少或轉移部分熱用戶的熱力供應，既保證重點熱用戶的供熱，避免造成重大財產損失，又能最大限度地保證熱網應急狀態運行的經濟性，同時有利于推動熱電廠供熱生產和管理的智能化發展。輸入熱電廠在故障狀態能提供的供熱流量、故障發生的時間，同時選擇“按阻力損失最小”還是“按熱量損失最小”計算方式，點擊“優化計算”按鈕，就可以給出故障狀態下的合理供熱方案，明確關停的熱用戶，給供熱管理提供了方便。

（5）綜合信息查詢

通過無線通訊和互聯網，遠程實時采集各用戶供熱流量、壓力、溫度等熱力參數，進行統計、存儲，形成結算數據和賬單，并在互聯網上，方便用戶隨時進行查詢。

（6）線上結算與支付

系統通過無線通訊網絡，對分布在數公里范圍內不同地點各個熱用戶的用汽情況進行遠程計量及監控，為雙方的貿易結算提供準確、可靠的數據；根據用戶使用蒸汽情況，系統自動生成結算單，并定期發送賬單，提醒熱用戶及時繳費。熱用戶可以隨時隨地登錄互聯網，查詢自己的實際用量和統計數據，增加結算數據的透明性和及時性。同時，將傳統人工收費模式改為當前普遍的電商模式，開展線上支付與結算功能，既提升管理又減少成本。

2．2熱力管網與用戶控制終端

用戶控制終端是實現熱力輸送精確控制的關鍵，由高速無線通訊模塊、數字量與模擬量轉換模塊、集成智能儀表、小型PLC控制器、電源模塊等部分構成，封裝在戶外型高防護等級終端箱內。就地用戶控制終端可以實時采集就地熱力管道蒸汽的溫度、壓力、流量等傳感器測量參數和管道電動調節閥門的數據，實現就地顯示、結算的同時，通過移動通訊網絡GRPS（也可以選用4G網絡）再經互聯網與熱網監控子系統服務器連接，實現數據上傳。就地用戶控制終端同時負責接收上一級系統發來的控制指令，調節或快開／關管道閥門，實現對用戶熱力供應的精準調節。

3系統特點

基于互聯網的熱電廠熱力生產調度與管理系統將龐大、分散、復雜的熱電廠熱力生產和經營管理全部業務過程整合到一個管理平臺系統上，通過互聯網、工業網、移動通訊網等將熱電廠、控制對象、熱用戶緊密聯系在一起，打破傳統業務功能子系統獨立建設、獨立運行的格局，實現多個異構系統的無縫融合。系統的設計功能具有以下特點：1）實現熱電廠和熱用戶之間的供求平衡預測和計劃管理，減少供熱的盲目性；2）根據總能量平衡原則，以總能耗最少為目標，采用最優化方法，將發電和熱力負荷在各臺機組之間的動態分配，實現熱電廠熱力與發電生產優化調度和經濟運行；3）增加熱用戶分級管理和供熱中斷應急管理，當發生故障時，采用切斷次要用戶供熱，確保重點用戶的處置方案，將損失降到最小，提高熱網供熱的安全性和經濟性；4）實現了各用戶供熱參數的遠程智能采集、統計和存儲，以及遠程精準調節、控制，提高了熱網系統運行的經濟性；5）提供多種互聯網數據服務，支持包括移動終端以及微信平臺等更加便捷的查詢方式，熱用戶可以隨時查詢了解從需求審批、生產計劃、實際供應、參數偏差、周期累計、欠費催繳、支付結算等信息；6）改變傳統收費與結算模式，形式多樣與安全可靠的互聯網支付與結算，保證熱用戶支付更方便、更快捷。

4結束語

將互聯網、工業控制、遠程通信技術思想應用到熱電廠熱力生產和運營管理上，不僅是技術管理水平的創新，而且是熱力市場管理模式的創新，將有利于推動熱電廠熱力生產和運營管理向標準化、網絡化、數字化、平臺化、直至智能化方向發展。熱電廠熱力生產調度與管理系統將改變以往供熱粗放管理方式，適應供熱生產和經營管理精細化的趨勢和要求，進一步豐富了管理技術手段，提升了管理水平，增加了社會服務的透明度，將有助于熱電廠取得較好的經濟效益和社會效益，具有較好的實用推廣價值和應用前景。

參考文獻

［1］宋云鵬．“智慧供熱”在集中供熱中的研究與發展方向探討［J］．供熱制冷，2017（11）：36

［2］米莎．城市集中供熱優化運行及節能措施研究［D］．北京：華北電力大學，2017

［3］袁冰．榮成市熱電廠熱力數據采集管理系統設計與實現［D］．濟南：山東大學，2016

［4］湯文．蒸汽熱力管網系統的優化與節能［J］．河南科技，2013（15）：52

［5］張仲生．供熱熱網監控系統解析［J］．山西建筑，2015，41（35）：148

作者:錢星翔 祖航 王秋穎 顧宇峰 單位:東南大學 南瑞泰事達電氣有限公司