本發(fā)明涉及供氣管理，具體為一種基于大數(shù)據(jù)分析的供氣調(diào)峰管理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、燃氣鍋爐是一種通過燃燒天然氣、液化石油氣(lpg)或其他氣體燃料來產(chǎn)生熱能的設(shè)備。其主要功能是將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并通過蒸汽或熱水的形式輸出給需要加熱或生產(chǎn)熱能的系統(tǒng)。燃氣鍋爐廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)建筑、住宅供暖以及其他需要熱能的場景。

2、鍋爐廠經(jīng)常使用燃氣作為燃料，但是由于負荷、燃量、外部因素影響，在高峰時鍋爐會全負荷運行來滿足需求，而在低峰時負荷會降低運行。鍋爐廠一般采用多設(shè)備的形式來提供資源，若不采取調(diào)峰措施，可能會導(dǎo)致資源浪費，供氣不充足設(shè)備無法正常運行。在高峰時，根據(jù)鍋爐的負荷情況往往會采取備用設(shè)備來分擔(dān)負載，低峰時設(shè)備不運行。現(xiàn)有采用自動化控制系統(tǒng)(plc)，根據(jù)主鍋爐運行狀態(tài)、負荷需求自動啟停備用鍋爐，但是這種控制只使用于處理確定性和預(yù)先設(shè)定好的任務(wù)，plc的響應(yīng)速度受限于其處理能力，當(dāng)高峰時，負荷波動劇烈，無法快速響應(yīng)，從而影響系統(tǒng)的調(diào)峰效果，該系統(tǒng)引入數(shù)據(jù)延遲，對實時要求高的調(diào)峰應(yīng)用不夠敏感。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種專利名稱，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于大數(shù)據(jù)分析的供氣調(diào)峰管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、融合數(shù)據(jù)分析模塊、閾值設(shè)定模塊；

3、所述數(shù)據(jù)采集模塊用于對主設(shè)備鍋爐供氣時的運行數(shù)據(jù)進行采集，根據(jù)所述運行數(shù)據(jù)計算出鍋爐的基本熱負荷需求，根據(jù)所述鍋爐的基本熱負荷數(shù)據(jù)計算得出鍋爐的燃氣需求量；

4、所述融合數(shù)據(jù)分析模塊用于將歷史數(shù)據(jù)鍋爐的熱負荷數(shù)值、燃氣需求量、鍋爐內(nèi)壓力數(shù)值和供氣時實時數(shù)據(jù)鍋爐的熱負荷數(shù)值、燃氣需求量、鍋爐內(nèi)壓力數(shù)值進行融合，建立線性回歸模型，利用融合的線性回歸模型模型來預(yù)測高峰時的燃氣需求量；

5、所述閾值設(shè)定模塊用于根據(jù)線性回歸模型預(yù)測的高峰時燃氣的需求量，與設(shè)定的燃氣需求量閾值進行對比，當(dāng)燃氣需求量數(shù)值超過設(shè)定閾值時，開啟備用設(shè)備；

6、所述數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)采集單元用來采集供氣時氣體管網(wǎng)數(shù)據(jù)，所述氣體管網(wǎng)數(shù)據(jù)包括：氣體在管網(wǎng)中的流速、加熱的流體體積和供氣管道進氣口與出氣口的溫度差；所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收鍋爐供氣時的氣體管網(wǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的氣體管網(wǎng)數(shù)據(jù)計算出鍋爐的負荷需求和燃氣需求量；

7、所述融合數(shù)據(jù)分析模塊包括儲存單元、數(shù)據(jù)分析單元；所述儲存單元用于存儲供氣時鍋爐的熱負荷量、燃氣需求量和鍋爐內(nèi)壓力數(shù)值；所述數(shù)據(jù)分析單元用于融合實時數(shù)據(jù)和所述歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)線性回歸模型，對鍋爐的燃氣需求量進行預(yù)測；

8、所述閾值設(shè)定模塊包括閾值模型單元、數(shù)據(jù)對比單元；所述閾值模型單元用于根據(jù)預(yù)測鍋爐內(nèi)的燃氣需求量，判斷鍋爐內(nèi)的燃氣需求量是否達到高峰，同時設(shè)定閾值；所述數(shù)據(jù)對比單元用于對比鍋爐內(nèi)高峰時的燃氣需求量和設(shè)定閾值的大小。

9、一種基于大數(shù)據(jù)分析的供氣調(diào)峰管理方法，該方法包括以下步驟：

10、步驟s1、對主設(shè)備鍋爐供氣時的運行數(shù)據(jù)進行采集，所述運行數(shù)據(jù)包括氣體在管網(wǎng)的流速、鍋爐內(nèi)加熱的流體體積、供氣管道進氣口溫度、供氣管道出氣口溫度，流體的比熱容、燃氣的熱值和鍋爐的熱效率，根據(jù)運行數(shù)據(jù)計算出鍋爐的基本熱負荷需求，根據(jù)所述鍋爐的基本熱負荷數(shù)據(jù)進行計算得出鍋爐的燃氣需求量；

11、步驟s1還包括：

12、步驟s101、在供氣管道的外表面安裝超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，所述超聲波接收器用于接收超聲波發(fā)射器的脈沖信號；

13、步驟s102、超聲波發(fā)射器發(fā)出脈沖信號，脈沖信號會在流體中傳播并被超聲波接收器接收，得到超聲波在順流和逆流方向上的傳播時間，根據(jù)傳播時間的差值來計算氣體在管網(wǎng)中的流速vt，計算公式如下所示：

14、vt＝[(t2-t1)÷(t1+t2)]×(d÷2)

15、其中，d表示傳感器之間的距離，t1表示順流方向的傳播時間，t2表示逆流方向的傳播時間；

16、利用氣體流速來求出流體體積v，計算公式如下所示：

17、v＝vt×a×(ta-tb)

18、其中，vt表示流速，a表示流體通過的截面積，ta表示鍋爐的供氣量達到高峰時的時間，tb表示鍋爐開始供氣的時間；

19、步驟s103、在供氣管道的進氣口和出氣口分別安裝溫度傳感器，利用溫度傳感器采集供氣管道進氣口的進氣溫度和供氣管道出氣口的出氣溫度，根據(jù)進氣溫度tin和出氣溫度tout計算供氣管道內(nèi)流動的氣體的溫度差△t，計算公式如下所示：

20、△t＝tin-tout

21、其中，△t表示氣體的溫度差，tin表示管道為鍋爐供氣時的進氣溫度，tout表示管道為鍋爐供氣時的出氣溫度；

22、步驟s104、在鍋爐上安裝壓力傳感器用于測量壓力數(shù)值p，通過加熱的流體體積v、溫度差△t和流體比熱容cp的乘積計算出基本熱負荷需求qdemand，并求出燃氣需求量qgas，利用以下公式進行計算：

23、qdemand＝v×△t×cp

24、qgas＝qdemand÷(η×gcv)

25、其中qdemand表示為在調(diào)峰時鍋爐的熱負荷需求，v表示為需要加熱的流體體積，△t表示為所需的溫度提高量，cp表示為流體的比熱容，qgas表示為燃氣需求量，η表示為鍋爐的熱效率，gcv表示為燃氣的熱值。

26、步驟s2、記錄所述計算出鍋爐的熱負荷數(shù)值、燃氣需求量、鍋爐內(nèi)壓力數(shù)值，獲取主設(shè)備鍋爐和備用鍋爐的歷史運行數(shù)據(jù)，將歷史運行數(shù)據(jù)中主設(shè)備鍋爐到達高峰時開啟備用設(shè)備鍋爐的事件標(biāo)記為歷史目標(biāo)事件，獲取歷史目標(biāo)事件中主設(shè)備鍋爐到達高峰時的熱負荷數(shù)值、燃氣需求量、鍋爐內(nèi)壓力數(shù)值記為歷史數(shù)組，根據(jù)記錄的鍋爐內(nèi)的熱負荷數(shù)值、燃氣需求量、鍋爐內(nèi)壓力數(shù)值建立實時數(shù)據(jù)，融合實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，建立出線性回歸模型，所述線性回歸模型用于預(yù)測高峰時鍋爐內(nèi)的燃氣需求量；

27、步驟s2還包括：

28、步驟s201、提取歷史數(shù)據(jù)庫中供氣高峰時的數(shù)據(jù)，所述歷史數(shù)據(jù)包括歷史熱負荷、歷史燃氣需求量、歷史壓力數(shù)據(jù)；

29、將采集的歷史熱負荷數(shù)據(jù)形成歷史熱負荷集合：lt-δt＝{lt-1、lt-2、lt-3...}；采集的歷史燃氣需求量數(shù)據(jù)形成歷史燃氣需求量集合：qgas-δt＝{qgas-1、qgas-2、qgas-3......}；采集的歷史歷壓力數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)形成歷史壓力集合：pt-δt＝{pt-1、pt-2、pt-3......}；

30、結(jié)合多組所述歷史數(shù)據(jù)進行整合處理，取平均值得到歷史數(shù)據(jù)集合融合實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)集合建立線性回歸模型，得到目標(biāo)變量，所述目標(biāo)變量為預(yù)測的鍋爐燃氣消耗量qt，所述線性回歸模型計算公式如下所示：

31、

32、其中，qt表示預(yù)測的鍋爐燃氣需求量，表示多組歷史熱負荷數(shù)據(jù)的均值，表示多組歷史燃氣需求量數(shù)據(jù)的均值，表示多組歷史壓力數(shù)據(jù)的均值，α1、α2、α3、β是模型參數(shù)；

33、步驟s3、根據(jù)所述線性回歸模型預(yù)測的高峰時燃氣需求量，進行閾值數(shù)值的設(shè)定，所述閾值數(shù)值設(shè)定為燃氣需求量閾值，當(dāng)主鍋爐設(shè)備在高峰時運行的燃氣需求量超過設(shè)定的燃氣需求量閾值時，開啟備用設(shè)備鍋爐。

34、步驟s3還包括：

35、步驟s301、根據(jù)所述預(yù)測的鍋爐燃氣需求量qt，計算出高峰時的燃氣需求量qpeak和低峰時的燃氣需求量qoff-peak，計算公式如下所示：

36、qpeak＝max(qt)

37、qoff-peak＝min(qt)

38、其中，qpeak高峰時的燃氣需求量，qoff-peak表示低峰時燃氣需求量，qt表示預(yù)測的鍋爐燃氣需求量，max表示取最大值，min表示取最小值；

39、步驟s302、建立閾值模型，設(shè)置燃氣需求量閾值dpeak，計算公式如下所示：

40、dpeak＝(qpeak-qoff-peak)÷△t

41、其中，dpeak表示高峰時燃氣需求量閾值，qpeak表示高峰時的燃氣需求量，qoff-peak表示低峰時鍋爐的燃氣需求量，△t表示低峰時鍋爐的燃氣需求量到高峰時鍋爐的燃氣需求量之間的時間變化；

42、步驟s303、當(dāng)鍋爐內(nèi)實時的燃氣需求量qgas大于高峰時燃氣需求量閾值dpeak，則主設(shè)備運行負載過重，打開備用設(shè)備；當(dāng)qgas小于dpeak，主設(shè)備正常運行，備用設(shè)備停機不啟用。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果是：本發(fā)明能夠解決當(dāng)鍋爐的燃氣量達到高峰時，負荷波動劇烈，系統(tǒng)無法快速響應(yīng)，只能處理確定性和預(yù)先設(shè)定好的任務(wù)的弊端，通過對鍋爐的燃氣需求量和氣體管網(wǎng)供應(yīng)能力數(shù)據(jù)的采集，融合歷史數(shù)據(jù)進行線性回歸模型建立，通過模型預(yù)測鍋爐內(nèi)高峰時的燃氣需求量，避免了在供氣高峰時期沒有預(yù)測燃氣需求量而導(dǎo)致資源浪費和主設(shè)備鍋爐負載運行，同時通過預(yù)測數(shù)據(jù)與建立的閾值模型進行對比，準確的開啟備用設(shè)備鍋爐。