本發(fā)明屬于供暖，尤其是涉及一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖系統(tǒng)及方法，具體為在供暖場景下進行現(xiàn)場工況模擬仿真及對整體供熱管網(wǎng)的平衡調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、地熱能作為一種可再生的低碳能源，可有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源。地熱資源按照埋深可分為淺層地熱、中深層地熱和干熱巖三種類型，其中中深層地熱利用以水熱型資源為主，而利用方式包括發(fā)電與供熱兩種，其中尤以建筑采暖利用居多。隨著城市化進程推進，我國建筑供暖能耗急劇增加，因此將地熱資源應用于建筑供暖對建筑節(jié)能減排具有重要意義。

2、供熱系統(tǒng)是由“地熱井-一次供暖網(wǎng)-換熱站-二次網(wǎng)-戶”組成的，原有的一些成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，如“熱源節(jié)能運行監(jiān)控”、“多熱源聯(lián)動調(diào)控”、“一次網(wǎng)平衡調(diào)控”、“換熱站無人值守”、“全熱網(wǎng)仿真技術(shù)”等，均為滿足整體上的供熱需求，而從換熱站開始至用戶室內(nèi)部分，即二次網(wǎng)部分，缺少相應的調(diào)控、監(jiān)控手段來處理水利平衡問題；從熱源角度來看，雖然滿足了整體上的用戶的供熱需求，但因二次網(wǎng)的水利平衡問題，造成一些用戶室內(nèi)溫度過高，分配了過多的熱量；一部分用戶熱量不足，溫度不達標，致使不達標的用戶進行投訴。

3、智慧供熱主要指基于信息基礎(chǔ)設施的發(fā)展，使用大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過對供熱相關(guān)數(shù)據(jù)采集及分析，對熱源、熱網(wǎng)、末端的各個供熱環(huán)節(jié)進行智能調(diào)度，從而進一步實現(xiàn)熱網(wǎng)資源的配置優(yōu)化，建立多能協(xié)同互補的運行調(diào)度策略，實現(xiàn)供需動態(tài)平衡和系統(tǒng)效益優(yōu)化。數(shù)字孿生技術(shù)是指以數(shù)字化的方式建立物理實體的多維度、多時空尺度、多學科、多途徑、多物理量、多概率的數(shù)字化實體(動態(tài)虛擬模型)來仿真、刻畫和反應物理實體在真實環(huán)境中的屬性、行為和規(guī)則等特性，首先基于高精度的物理模型、歷史數(shù)據(jù)以及傳感器實時數(shù)據(jù)更新構(gòu)建物理實體完整映射在數(shù)字化空間(虛擬空間)的虛擬模型，從而反映相對應的物理實體的全生命周期過程的技術(shù)。

4、而由于無法準確預測各個供熱用戶的具體負荷需求，難以保證二次側(cè)管網(wǎng)的熱力平衡和水力平衡，容易出現(xiàn)供熱不足或過量供熱的情況。

5、目前二次網(wǎng)系統(tǒng)中一般采用單元平衡閥作為二次網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)閥，但是閥門無法測量出實際的管道流量，需要在每個單元中增加一套流量計量設備，增加供熱成本?，F(xiàn)有兩種方案，方案一是在每個單元平衡閥兩端增加測壓設備，根據(jù)壓差推算出通過管道的流量。方案二是在每個單元平衡閥后端增加流量計量設備，測算出管道流量。

6、現(xiàn)有的技術(shù)方案其不足在于，方案一的缺點是壓差的測量精度決定了流量計算精度，在閥門開度較小時，壓差較大，壓差測量較為精確，其推算出的流量準確度較高，開度較大時，閥門壓差較小，壓差測量誤差較大，其推算出的流量準確度較低；方案二的缺點是在單元增加流量計量設備可以精確計量出管道流量，但是單元數(shù)越多，所需的計量設備也多，成本較高。

7、綜上所述，需要設計一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖系統(tǒng)及方法來實現(xiàn)地熱供暖節(jié)能降耗的需求，進一步提高環(huán)保效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖系統(tǒng)及方法，基于數(shù)字孿生技術(shù)對供暖系統(tǒng)進行全流程模擬仿真，并借助仿真運行的結(jié)果對供暖系統(tǒng)進行全過程實時調(diào)控。

2、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖系統(tǒng)，包括數(shù)字孿生模型模塊、模擬計算模塊、數(shù)據(jù)模塊和展示操作屏，

3、所述模擬計算模塊分別與所述數(shù)字孿生模型模塊、數(shù)據(jù)模塊和展示操作屏連接；

4、所述數(shù)字孿生模型模塊用于構(gòu)建供熱建筑結(jié)構(gòu)和供熱二次網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

5、所述數(shù)據(jù)模塊用于獲取和保存所述數(shù)字孿生模型模塊對應的供熱監(jiān)測數(shù)據(jù)；

6、所述模擬計算模塊用于對數(shù)字孿生模型和供熱監(jiān)測數(shù)據(jù)進行水力特性模擬仿真；

7、所述展示操作屏用于展示數(shù)字孿生模型、供熱監(jiān)測數(shù)據(jù)、模擬仿真結(jié)果以及控制模擬計算模塊。

8、進一步的，所述模擬計算模塊的模擬仿真結(jié)果包括管網(wǎng)管道流量分布、管網(wǎng)節(jié)點壓力分布、管網(wǎng)末端節(jié)點回水溫度，流量、壓力曲線和管網(wǎng)水壓圖。

9、進一步的，所述控制模擬計算模塊為控制換熱站內(nèi)的供熱設備的工作狀態(tài)。

10、進一步的，所述數(shù)字孿生模型模塊包括供熱建筑模型、供熱二次管網(wǎng)模型和換熱站模型，

11、所述供熱建筑模型用于模擬真實的供熱建筑；所述供熱二次管網(wǎng)模型用于模擬真實的供熱二次管網(wǎng)；所述換熱站模型用于模擬真實的換熱站建筑和換熱站內(nèi)的供熱設備。

12、第二方面，本發(fā)明實施例還提供一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖方法，包括：

13、步驟1：獲取供暖系統(tǒng)的歷史動態(tài)生產(chǎn)參數(shù)和靜態(tài)設備設施數(shù)據(jù)，構(gòu)建供熱系統(tǒng)數(shù)字孿生模型；

14、步驟2：獲取供暖系統(tǒng)的當前狀態(tài)數(shù)據(jù)，將其作為輸入特征輸入到所述供熱系統(tǒng)數(shù)字孿生模型；

15、步驟3：對所述供熱系統(tǒng)數(shù)字孿生模型進行仿真運行，得到多個動態(tài)仿真數(shù)據(jù)；

16、步驟4：基于得到的動態(tài)仿真數(shù)據(jù)，獲取各個動態(tài)仿真數(shù)據(jù)對應的動態(tài)標準數(shù)據(jù)，且每個動態(tài)仿真數(shù)據(jù)對應一個動態(tài)標準數(shù)據(jù)；

17、步驟5：將所述動態(tài)仿真數(shù)據(jù)與所述動態(tài)標準數(shù)據(jù)進行對比，得到供暖系統(tǒng)調(diào)控優(yōu)化結(jié)果。

18、本發(fā)明實施例帶來了以下有益效果：

19、(1)通過數(shù)字孿生技術(shù)對供暖系統(tǒng)進行全流程模擬仿真。

20、(2)借助仿真運行的結(jié)果對供暖系統(tǒng)進行全過程實時調(diào)控。

21、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分特征從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

22、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

技術(shù)特征：

1.一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)字孿生模型模塊、模擬計算模塊、數(shù)據(jù)模塊和展示操作屏，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生模型模塊包括供熱建筑模型、供熱二次管網(wǎng)模型和換熱站模型，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬仿真結(jié)果包括管網(wǎng)管道流量分布、管網(wǎng)節(jié)點壓力分布、管網(wǎng)末端節(jié)點回水溫度、流量、壓力曲線和管網(wǎng)水壓圖。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模擬計算模塊為控制換熱站內(nèi)的供熱設備的工作狀態(tài)。

5.一種根據(jù)權(quán)利1所述的智慧供暖系統(tǒng)建立的方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述供暖系統(tǒng)的當前狀態(tài)數(shù)據(jù)包括歷史熱負荷數(shù)據(jù)、室外溫度、風速、濕度和太陽輻射度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字孿生的智慧供暖系統(tǒng)及方法，包括數(shù)字孿生模型模塊、模擬計算模塊、數(shù)據(jù)模塊和展示操作屏，所述模擬計算模塊分別與所述數(shù)字孿生模型模塊、數(shù)據(jù)模塊和展示操作屏連接；所述數(shù)字孿生模型模塊用于構(gòu)建真實的供熱建筑結(jié)構(gòu)和供熱二次網(wǎng)結(jié)構(gòu)；所述數(shù)據(jù)模塊用于獲取和保存數(shù)字孿生模型模塊對應的真實的供熱監(jiān)測數(shù)據(jù)；所述模擬計算模塊用于根據(jù)數(shù)字孿生模型和供熱監(jiān)測數(shù)據(jù)進行水力特性模擬仿真；所述展示操作屏用于展示數(shù)字孿生模型、供熱監(jiān)測數(shù)據(jù)、模擬仿真結(jié)果以及對模擬計算模塊、進行操作。本發(fā)明基于數(shù)字孿生技術(shù)對供暖系統(tǒng)進行全流程模擬仿真，并借助仿真運行的結(jié)果對供暖系統(tǒng)進行全過程實時調(diào)控。

技術(shù)研發(fā)人員：劉湃,王宇蒙,王麗玲,陳彤,劉巨光,劉云,李國強,葉沛林,張?zhí)鞂?王柳星
受保護的技術(shù)使用者：中國石油天然氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6