基于遗传算法的热力控制系统的设计与研究
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摘要
随着城市建设的迅速发展，集中供热成为我国北方地区城市现代化建设所必须的步骤之一。供热系统的不断扩大，如何有效地控制和管理整个热力系统，提高热力系统的经济效益和社会效益，成为各供热企业急需解决的重要课题。
本文以石河子热力公司集中供热系统为研究对象，以供热工程基本理论为基础，对热力系统的水力和热力工况进行了分析，研究了热力控制系统目前存在的问题。针对集中供热系统的特点，设计了整个系统的运行控制方案。
1 建立了供热负荷预测模型，采用遗传算法对模型的参数辨识，并以此来计算当天的供热温度，指导锅炉的自动控制。
2 废弃了原来采用的按面积确定换热站一次流量的方法，对换热站的热力特性参数进行辨识，使一次供水流量能够动态的跟随各站供热面积的变化，为将来按热收费打下了基础。
3 运用遗传算法对整个管网的阻力系数进行辨识，根据阻力系数解决了水力失调的问题。在热量不足时，为均匀供热提供了依据。
4 根据阻力系数的辨识结果，在系统故障时，能够判断出故障的地点和类型，防止了故障的扩大，并为检修、恢复供暖提供了保障。
The central heating is become one of necessary steps for city modernization in the north of China.it becomes more and more important how to control and manage the whole heating system in effective and scientific ways, enhance the economic and social benefit with the heating system enlaregs gradually.
This paper takes the central heating system of heating company in ShiHeZi city as its research object,on basis of heating theory,the heating system of waterpower and energetics were analysed.the problem of heating control system was studied.According to the characteristics of heating system.the new control project was designed.
1 The forecast model of the load of the heating system was put forward, parmeter of the model was recognized in Genetic Algorithm.on the basis of the result,the temperature of water supply was calculated and become target aim of burning system.
2 The manner of setting flux of heating power station that according to area of heating was disused. The characteristic parmeter of heating power station was recognized in Genetic Algorithm,it make the flux of heating power station change followed the area of heating change and make preparations for charging according to area of heating.
3 The parmeter of the heating network was recognized in Genetic Algorithm.On basis of it,the problem of waterpower maladjustment was settled.it provide qualification for even heating,when the heat energy is lack.
4 The type and site of failure of the heating system can be concluded eaily according to the recognitive result of the parmeter of the heating network when system failure happen.it can prevent the failure from extending availably.
本文以石河子热力公司集中供热系统为研究对象，以供热工程基本理论为基础，对热力系统的水力和热力工况进行了分析，研究了热力控制系统目前存在的问题。针对集中供热系统的特点，设计了整个系统的运行控制方案。
1 建立了供热负荷预测模型，采用遗传算法对模型的参数辨识，并以此来计算当天的供热温度，指导锅炉的自动控制。
2 废弃了原来采用的按面积确定换热站一次流量的方法，对换热站的热力特性参数进行辨识，使一次供水流量能够动态的跟随各站供热面积的变化，为将来按热收费打下了基础。
3 运用遗传算法对整个管网的阻力系数进行辨识，根据阻力系数解决了水力失调的问题。在热量不足时，为均匀供热提供了依据。
4 根据阻力系数的辨识结果，在系统故障时，能够判断出故障的地点和类型，防止了故障的扩大，并为检修、恢复供暖提供了保障。
The central heating is become one of necessary steps for city modernization in the north of China.it becomes more and more important how to control and manage the whole heating system in effective and scientific ways, enhance the economic and social benefit with the heating system enlaregs gradually.
This paper takes the central heating system of heating company in ShiHeZi city as its research object,on basis of heating theory,the heating system of waterpower and energetics were analysed.the problem of heating control system was studied.According to the characteristics of heating system.the new control project was designed.
1 The forecast model of the load of the heating system was put forward, parmeter of the model was recognized in Genetic Algorithm.on the basis of the result,the temperature of water supply was calculated and become target aim of burning system.
2 The manner of setting flux of heating power station that according to area of heating was disused. The characteristic parmeter of heating power station was recognized in Genetic Algorithm,it make the flux of heating power station change followed the area of heating change and make preparations for charging according to area of heating.
3 The parmeter of the heating network was recognized in Genetic Algorithm.On basis of it,the problem of waterpower maladjustment was settled.it provide qualification for even heating,when the heat energy is lack.
4 The type and site of failure of the heating system can be concluded eaily according to the recognitive result of the parmeter of the heating network when system failure happen.it can prevent the failure from extending availably.
引文
[1] 石兆玉，供热系统运行调节与控制，清华大学出版社，1998，11
[2] 徐伟，邹瑜，供暖系统温控与热计量技术，中国计划出版社，2000
[3] 贺平，孙刚，供热工程，中国建筑工业出版社，1996
[4] 刘耀浩，空调与供热的自动化，天津大学出版社，1993
[5] 哈尔滨建工学院等编，供热工程，中国建筑工业出版社
[6] 李先瑞，郎四维，我国建筑供热采暖的现状及问题分析区域供热2001，1
[7] 房永富，大流量、小温差运行方式分析，节能，2000，10
[8] 斯图尔·安德森、冯燕，东欧和前苏联集中供热状况评述，区域供热，2001，2
[9] 狄洪发，杨成汉，供热网水力工况的压力调节法，煤气与热力，1998，1
[10] 段常贵，徐谚峰等，燃气管网的稳定分析，煤气与热力，第20卷第2期
[11] 曾享麟，改善供热系统提高经济效益，区域供热，1999，6
[12] 韩平等，一种解决供热外网水平失调的方法，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[13] 周圣传等，自力式流量控制器在白山市集中供热系统中的应用，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[14] 袁亮，何宏声等，集中供热热网的变流量调节方法的研究，新疆工学院学报，Vol．21．No．4 Dec．2000
[15] 杨作光，李军等，合理地进行集中调节提高供热节能效果，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[16] 徐建军，关于热网运行中大流量运行方式的形成及利弊分析，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[17] 董壮进，廖荣平等，供热管网系统泄漏与堵塞的诊断，煤气与热力，2000，5
[18] 刘靖，张茂勇，供热系统的计算机模拟分析调节法研究，节能2000，2
[19] 章卫国等，先进控制理论与方法导论，西工大出版社，2002，4
[20] 方崇智、萧德文，过程辨识，清华大学出版社，2001，8
[21] 王小平，曹立明，遗传算法-理论、应用与软件实现，西安交通大学出版社，2002，1
[22] 陈国良等编著，遗传算法及其应用，人民邮电出版社，1999，5
[23] 玄光南[日]，程润伟，遗传算法与工程设计，科学出版社，2001，1
[24] 云庆夏，遗传算法和遗传规划，冶金工业出版社，1997
[25] 丁承民，张传生，刘辉，遗传算法纵横谈，信息与控制，Vol．26，No．1，Feb，1997
[26] 王荣和、姚仁忠等，遗传算法在给水管网现状分析中的应用，给水排水，Vol．26 No．9 2000
[27] 田松礼，陈亚民，遗传算法用于电力系统频率特性参数辨识，福州大学学报(自然科学版) Vol．28，No．4，Avg．2000
[28] Kreinovich v, Quintana C Fuente O. Genetie Algorithms-what Fitness Scaling is Optimal. Cybem and Systems, 24(1), 9-26. 1993
[29] Michalewicz. Genetic Algorithms+Data Structures=Evolution Programs Spring-Verlag, Berlin. 1992
[30] M(?)hlenbein H, Schomisch M, Bom J. The Parallel Algorithm as Function Optimizer. Parallel Compating, 17, 619-632, 1991
[31] M(?)hlenbein H and Schlierkamp--Vose D. Predictive Models For the Breeder Genetic Algorithm. Evolutionary Computation, 1 (1), 25-49, 1993
[32] 朱守真等，负荷建模和参数辨识的遗传进化算法，清华大学学报(自然科学版) 1999，Vol．39，No．3
[33] 张景国等，遗传算法用于排水管道系统优化设计，中国给水排水，1997，Vol．13，No．3
[34] 杨璐等，遗传算法工程应用进展，沈阳工业大学学报，Vol．24，No．3，Jun．2002
[35] 张莉，赵德平，遗传算法在一类非线性规划问题中的应用，沈阳建筑工程学院学报 Vol．13，No．2，Apr．1987
[36] 秦绪忠、江亿，区域热网管网阻力系数的在线辨识与故障诊断，清华大学学报(自然科学版 2000，Vol．40，No．2
[37] 边立秀、周俊霞、赵劲松等，热工控制系统，中国电力出版社，2002，1
[38] 郑文波，控制网络技术，清华大学出版社，2001，8
[39] 谢希仁，计算机网络，电子工业出版社，1999，4
[40] 周德译、袁南儿等，计算机智能监测控制系统的设计及应用，清华大学出版社，2001，1
[41] 王锦标、方崇智，过程计算机控制，清华大学出版社，2000，7
[42] 刘浩，王孝红等，多级热网分布式微机监控系统通讯网络基础自动化，1997第一期
[43] 廖健，李忠红，李大为，分布式热网参数计量采集系统，佳木斯大学学报(自然科学版)，Vol．17 No．2，June 1999
[44] 江亿，集中供热网控制调节策略的探讨，区域供热，1997．2
[45] 葛淑杰，盛世民，热网监测系统的数据处理，黑龙江矿业学院学报，Vol．9，No．2，June 1999
[46] 黄朝，热网监控系统控制模式分析，内蒙古电力技术，2002年第20卷增刊
[47] 赵贤兵等，集中供热微机监控系统研究，湘潭矿业学院学报，Vol．14，No．1，Mar 1999
[48] 张涛，徐向东等，综合智能系统在热力系统中的应用研究，清华大学学报(自然科学版)1999，Vol．39，No．3
[49] 刁树杰等，供暖热网中的远程监测与自动控制，沈阳工业大学学报 Vol．24，No．2，Apr．2002
[50] 余宝法等，供热系统的自动控制策略，西南交通大学学报 Vol．36，No．4，Aug．2001
[51] 寇群，刘北川，供热系统自动控制中热源的控制策略区域供热，2001，3
[52] 李志，关于建立城镇热网计算机监控系统的实践和体会
[53] 倪维斗等，热力系统的计算机集成设计系统，清华大学学报(自然科学版)1997，Vol．37，No．2
[54] 深圳达实自动化工程有限公司，石河子热力公司计算机监控系统简介
[55] 杨成汉，江亿，计算机控制系统在热网节能中的应用，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[56] 张聿忠，微机自控系统在供热节能方面的应用，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[57] Francisco Lacaz-Vieira Adhemar Pettri Filho: An automatic temperature-control system for solutions in free flow, Pflugers Arch-Eur J Physiol 437, 285-288, 1999
[58] 董志国，供热系统中最有效的节能措施—供热网\站的监控系统，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[59] 田一梅，赵元，赵新华，城市煤气负荷的预测，煤气与热力，1998，7
[60] 郑莉、董渊、傅仕星，CC++语言程序设计，清华大学出版社，1999，12
[61] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1991，7
[2] 徐伟，邹瑜，供暖系统温控与热计量技术，中国计划出版社，2000
[3] 贺平，孙刚，供热工程，中国建筑工业出版社，1996
[4] 刘耀浩，空调与供热的自动化，天津大学出版社，1993
[5] 哈尔滨建工学院等编，供热工程，中国建筑工业出版社
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[14] 袁亮，何宏声等，集中供热热网的变流量调节方法的研究，新疆工学院学报，Vol．21．No．4 Dec．2000
[15] 杨作光，李军等，合理地进行集中调节提高供热节能效果，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[16] 徐建军，关于热网运行中大流量运行方式的形成及利弊分析，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
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[26] 王荣和、姚仁忠等，遗传算法在给水管网现状分析中的应用，给水排水，Vol．26 No．9 2000
[27] 田松礼，陈亚民，遗传算法用于电力系统频率特性参数辨识，福州大学学报(自然科学版) Vol．28，No．4，Avg．2000
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[44] 江亿，集中供热网控制调节策略的探讨，区域供热，1997．2
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[46] 黄朝，热网监控系统控制模式分析，内蒙古电力技术，2002年第20卷增刊
[47] 赵贤兵等，集中供热微机监控系统研究，湘潭矿业学院学报，Vol．14，No．1，Mar 1999
[48] 张涛，徐向东等，综合智能系统在热力系统中的应用研究，清华大学学报(自然科学版)1999，Vol．39，No．3
[49] 刁树杰等，供暖热网中的远程监测与自动控制，沈阳工业大学学报 Vol．24，No．2，Apr．2002
[50] 余宝法等，供热系统的自动控制策略，西南交通大学学报 Vol．36，No．4，Aug．2001
[51] 寇群，刘北川，供热系统自动控制中热源的控制策略区域供热，2001，3
[52] 李志，关于建立城镇热网计算机监控系统的实践和体会
[53] 倪维斗等，热力系统的计算机集成设计系统，清华大学学报(自然科学版)1997，Vol．37，No．2
[54] 深圳达实自动化工程有限公司，石河子热力公司计算机监控系统简介
[55] 杨成汉，江亿，计算机控制系统在热网节能中的应用，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[56] 张聿忠，微机自控系统在供热节能方面的应用，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[57] Francisco Lacaz-Vieira Adhemar Pettri Filho: An automatic temperature-control system for solutions in free flow, Pflugers Arch-Eur J Physiol 437, 285-288, 1999
[58] 董志国，供热系统中最有效的节能措施—供热网\站的监控系统，97年全国供热系统节能技术研讨会论文集
[59] 田一梅，赵元，赵新华，城市煤气负荷的预测，煤气与热力，1998，7
[60] 郑莉、董渊、傅仕星，CC++语言程序设计，清华大学出版社，1999，12
[61] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1991，7