刘 溪
(1.太原理工大学，山西 太原 030002； 2.太原市热力集团有限责任公司,山西 太原 030002)
集中供热是将热水集中向一个多种热用户的较大区域供应热能的系统。随着城市热力事业的不断发展，供热面积扩大迅速，用户和热力站数量逐年增多，集中供热在运行模式、运行机制等方面发生了深刻的变化。随着集中供热的成熟化，集中供热控制系统的自动化程度也越来越精细，涉及到的热力站及用户越来越多，由于用户和热力站分布在不同的地理位置，而热源远离中心城区，造成大部分热力站自身资用压头不够，需在下游众多热力站适当节点设置一次侧管道分布式变频泵(回水加压泵)以实现压差控制，在前端热力站无加压泵，而后端下游热力站大面积启动加压泵的情况下，如何对整个热网进行水利平衡调节，保证热网中所有热力站快速达到其所需要的温度及流量，需要一个统一快速自动化的调节控制。
如图1所示，在热力站自动控制系统中，通过加装在一次主回路侧变频泵和各个辅回路侧调节阀达到控制系统流量的目的。变频泵保证所控热力站的总体供热效果满足预设的要求，而每个调节阀保证分系统的供热效果满足预设要求，综合调节下保证二次网温度达到预设值。但由于地理及其他因素的影响使得不同的供热站所携带的二次网系统数量不定，对于自动调节增加了复杂性。而集中供热控制系统是多个热力站控制系统的级联，在每个热力站控制系统的前提下对全网的热力站进行调节，保证全网水利工况的平衡。
对于该种运行模式下的供热系统，常见的自动控制调节方法为先采集人工控制规则：1)分布式变频泵的调节要考虑分系统阀门开度，热力站整体供热效果差时优先开大各分系统阀门；2)热力站整体供热效果好时优先降低循环泵频率；再采用模糊PID控制，因为模糊控制不要求掌握受控对象的精确数学模型，正符合了热力站的复杂工况，然后将变频泵和电动调节阀的调节目标进行PID解耦,但解耦的精度依赖系统数学模型的准确度，再而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小。同时根据调节经验，如将变频泵所辖的各换热系统的二次网供回水平均温度与全网目标温度进行比较，同时将每套换热系统的二次网供回水平均温度与本变频泵所辖的各换热系统的二次网的供回水平均温度进行比较，保证变频泵所辖的各换热系统供热效果的局部均匀性，修正PID参数，以提升性能指标。由于变频泵与电动调节阀解耦的准确度及调节参数的不适应性，使得有时当电动调节阀开度开至最大，而某些二次侧温度仍未达到设定目标值，同时在同一个热力站系统中，其他二次侧温度已到达预定目标；当加压泵频率或档位发生变化时，对周围其余热力站水利工况影响较为剧烈，过度频率或档位调整会造成局部的水利失调，进而引起整个供热系统的不稳定。
针对热网系统惯性大，较为滞后及常见调节方法的缺陷，提出一种新型自动控制调节方法：多模态神经网络PID解耦调节法。将后级电动调节阀等效变换成非线性积分环节，对变频泵进行多模态调节，根据模型将其近似变换等效为各个电动调节阀的控制输入，不再与电动调节阀进行同步输入解耦，对同一系统中的多输入电动调节阀进行神经网络PID解耦，以配合多模态输入情况下PID参数的多变性。其调节结构图如图2所示。
由于热力站运行条件的变化将引起模态切换，而不同模态给出的控制器不相等，所以在变频泵模态切换过程中存在扰动，故根据隶属度函数对各个空间的控制器进行加权综合得出多模态控制器的输出。从而消除了在热力站运行条件变化时带来的扰动，实现平滑控制。对于1个只带2个二次网的热力站控制系统，其输入为1个变频泵与2个电动调节阀，将此系统特性变化的参数空间进行分割，可分得4个(1号未达到/2号未达到、1号达到/2号未达到、1号未达到/2号达到、1号达到/2号达到)模态的各个子空间。应用新的解在线耦方式，神经网络PID控制器。与PID控制器一起形成多输入多输出神经网络PID解耦控制器。对于2个电动调节阀的输入进行神经网络PID解耦，等效成多模态下的非线性环节。求取系统多线性微分方程后利用控制量公式整定PID参数。
ui(k)=ui(k-1)+Δui(k)。
其中，ui(k)为第i个调节器的输出信号；e(k)为偏差信号；Kp为比例增益；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数；Ts为采样周期。
针对热力站变频泵控制的特点，将后级系统等效成非线性进行多模态控制，提高系统响应，后级采用神经网络PID控制具有学习和自适应能力，通过调节网络阈值，可以调节系统的动态和静态性能，而且结构简单易于计算。这种调节方式改善了传统调节的缺陷，提升了热力站控制调节系统的稳定性。
