【畢業(yè)學(xué)位論文】(Word原稿)基于云計(jì)算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用-軟件工程

中圖分類號(hào)： 學(xué)校代碼： 10055 密級(jí)： 碩 士 專 業(yè) 學(xué) 位 論 文 中文題目：基于云計(jì)算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 文作者 指導(dǎo)教師 申請(qǐng)學(xué)位 工程碩士 培養(yǎng)單位 新鄉(xiāng)豫新發(fā)電有限公司 學(xué)科專業(yè) 軟 件工程管理 研究方向 答辯委員會(huì)主席 評(píng) 閱 人 南開(kāi)大學(xué)研究生院 二一三年十月 南開(kāi)大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) 根據(jù)南開(kāi)大學(xué)關(guān)于研究生學(xué)位論文收藏和利用管理辦法，我校的博士、碩士學(xué)位獲得者均須向南開(kāi)大學(xué)提交本人的學(xué)位論文紙質(zhì)本及相應(yīng)電子版。 本人完全了解南開(kāi)大學(xué)有關(guān)研究生學(xué)位論文收藏和利用的管理規(guī)定。南開(kāi)大學(xué)擁有在著作權(quán)法規(guī)定范圍內(nèi)的學(xué)位論文使用權(quán)，即 ： (1)學(xué)位獲得者必須按規(guī)定提交學(xué)位論文 (包括紙質(zhì)印刷本及電子版 )，學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存研究生學(xué)位論文，并編入南開(kāi)大學(xué)博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)； (2)為教學(xué)和科研目的，學(xué)?？梢詫⒐_(kāi)的學(xué)位論文作為資料在圖書(shū)館等場(chǎng)所提供校內(nèi)師生閱讀，在校園網(wǎng)上提供論文目錄檢索、文摘以及論文全文瀏覽、下載等免費(fèi)信息服務(wù)； (3)根據(jù)教育部有關(guān)規(guī)定，南開(kāi)大學(xué)向教育部指定單位提交公開(kāi)的學(xué)位論文； (4)學(xué)位論文作者授權(quán)學(xué)校向中國(guó)科技信息研究所及其萬(wàn)方數(shù)據(jù)電子出版社和中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 (光盤(pán) )電子出版社提交規(guī)定范圍的學(xué) 位論文及其電子版并收入相應(yīng)學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)其相關(guān)網(wǎng)站對(duì)外進(jìn)行信息服務(wù)。同時(shí)本人保留在其他媒體發(fā)表論文的權(quán)利。 非公開(kāi)學(xué)位論文，保密期限內(nèi)不向外提交和提供服務(wù)，解密后提交和服務(wù)同公開(kāi)論文。 論文電子版提交至 校圖書(shū)館網(wǎng)站： 。 本人承諾：本人的學(xué)位論文是在南開(kāi)大學(xué)學(xué)習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過(guò)論文答辯；提交的學(xué)位論文電子版與紙質(zhì)本論文的內(nèi)容一致，如因不同造成不良后果由本人自負(fù)。 本人同意遵守上述規(guī)定。本授權(quán)書(shū)簽署一式兩份，由研究生院和圖 書(shū)館留存。 作者暨授權(quán)人簽字： 20 年 月 日 南開(kāi)大學(xué)研究生學(xué)位論文作者信息 論文題目 基于云計(jì)算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 姓 名 李道杰 學(xué)號(hào) 2220101200 答辯日期 論文類別 博士 學(xué)歷碩士 碩士專業(yè)學(xué)位 高校教師 同等學(xué)力碩士 院 /系 /所 軟件學(xué)院 專業(yè) 軟件工程 聯(lián)系電話1410436319信地址 (郵編 )： 河南省新鄉(xiāng)市鳳泉 區(qū)寶山東路 184 號(hào) 備注： 是否批準(zhǔn)為非公開(kāi)論文 否 注：本授權(quán)書(shū)適用我校授予的所有博士、碩士的學(xué)位論文。由作者填寫(xiě) (一式兩份 )簽字后交校圖書(shū)館，非公開(kāi)學(xué)位論文須附南開(kāi)大學(xué)研究生申請(qǐng)非公開(kāi)學(xué)位論文審批表。 南開(kāi)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的研究成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 李道杰 2013 年 10 月 8 日 非公開(kāi)學(xué)位論文標(biāo)注說(shuō)明 (本頁(yè)表中填寫(xiě)內(nèi)容須打印 ) 根據(jù)南開(kāi)大學(xué)有關(guān)規(guī)定，非公開(kāi)學(xué)位論文須經(jīng)指導(dǎo)教師同意、作者本人申請(qǐng)和相關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)方能標(biāo)注。未經(jīng)批準(zhǔn)的均為公開(kāi)學(xué)位論文，公開(kāi)學(xué)位論文本說(shuō)明為空白。 論文題目 基于云計(jì)算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 申請(qǐng)密級(jí) 限制 ( 2 年 ) 秘密 ( 10 年 ) 機(jī)密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 審批表編號(hào) 批準(zhǔn)日期 20 年 月 日 南開(kāi)大學(xué)學(xué)位評(píng)定委員會(huì)辦公室蓋章 (有效 ) 注： 限制 2 年 (可少于 2 年 );秘密 10 年 (可少于 10 年 );機(jī)密 20 年 (可少于 20 年 )摘要 I 摘要 供熱系統(tǒng)是城市公用基礎(chǔ)設(shè)施，是城市現(xiàn)代化功能中不可或缺的組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市框架不斷拉大，如何提高供熱系統(tǒng)的信息化管理和決策水平，以便使之與不斷擴(kuò)大城市規(guī)模相適應(yīng)，一直是該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究主要集中于 熱網(wǎng)的平衡與控制，二次網(wǎng)供、回水溫度解耦，熱力管網(wǎng)關(guān)鍵參數(shù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，以及控制系統(tǒng)的模式識(shí)別、變頻控制問(wèn)題。這些研究表明，管網(wǎng)的控制最終歸因于海量數(shù)據(jù)的采集、處理和系統(tǒng)的控制。管網(wǎng)控制過(guò)程中存在的大量模式識(shí)別和控制問(wèn)題是供熱系統(tǒng)信息化管理和決策水平提升中的桎梏，突出表現(xiàn)為信息采集、處理和控制決策聯(lián)動(dòng)和時(shí)效性。 云計(jì)算是 2007 年被提出的一種信息技術(shù)新概念。其核心思想是使計(jì)算任務(wù)分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，將眾多分布式計(jì)算機(jī)中的處理器計(jì)算能力和數(shù)據(jù)資源整合在一起協(xié)同工作，是分布處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算幾種 技術(shù)綜合的結(jié)果。本文將云計(jì)算思想引入到熱力系統(tǒng)運(yùn)算和管理當(dāng)中，在熱力系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造私有云，利用云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)處理系統(tǒng)中各種復(fù)雜模式識(shí)別和判斷等難題，并將這些難題形成的“信息孤島”作為一個(gè)個(gè)獨(dú)立計(jì)算的子云區(qū)域，不同的子云區(qū)域之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，用以提升供熱領(lǐng)域信息傳遞的時(shí)效性和系統(tǒng)控制及時(shí)性，以達(dá)到提升供熱領(lǐng)域的信息化管理和決策水平的目的。 關(guān)鍵字 ： 供熱系統(tǒng) 云計(jì)算 數(shù)據(jù)管理 系統(tǒng)控制 I is a of is an of of is to of in to to in a At in on a of to in of a of of of 007 a of is in in is of in in a of of as an of to of of in to of 錄 錄 第 1 章 緒論 . 1 引言 .國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 熱力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 . 云計(jì)算的現(xiàn)狀 . 研究現(xiàn)狀小結(jié) .本文工作 . 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行性 . 12 概述 .云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn) . 云計(jì)算的概念 . 云計(jì)算的特點(diǎn) . 云計(jì)算體系架構(gòu) .供熱系統(tǒng)運(yùn)行和管理的特點(diǎn) .云計(jì)算在供熱系統(tǒng)上運(yùn)行的可行性分析 .本章小結(jié) . 3 章 供熱系統(tǒng)若干技術(shù)難題的云計(jì)算模式研究 . 19 概述 .二次網(wǎng)供、回水解耦的云計(jì)算模式 . 二次網(wǎng)供 、回水溫度的解耦 . 云計(jì)算模式下的二次網(wǎng)供 、回水溫度的解耦 .熱流量調(diào)節(jié)的云計(jì)算模式 . 遺傳算法在熱流調(diào)節(jié)的應(yīng)用 . 云計(jì)算在熱流調(diào)節(jié)的應(yīng)用 .本章小結(jié) . 4 章 基于云計(jì)算供熱系統(tǒng)研發(fā) . 26 概述 .云平臺(tái)搭建 . 主要構(gòu)件及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) . 主要服務(wù)接口 . 錄 V 基于 私有云平臺(tái)構(gòu)建 .系統(tǒng)架構(gòu) . 選用平臺(tái)及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 . 主要功能 .系統(tǒng)內(nèi)容簡(jiǎn)介 . 供熱運(yùn)行管理子模塊 . 供熱經(jīng)營(yíng)管理客戶服務(wù)子系統(tǒng) . 供熱設(shè)施及資產(chǎn)管理子系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)） . 供熱工程、檢修及材料管理子系統(tǒng) . 協(xié)同辦公管理子系統(tǒng) .系統(tǒng)輔助模塊 . 巡檢子系統(tǒng) . 企業(yè)門(mén)戶平臺(tái) . 信息安全保障系統(tǒng) . 5 章 總結(jié)與展望 . 61 主要工作 .展望 .考文獻(xiàn) . 63 致謝 . 66 個(gè)人簡(jiǎn)歷 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果 . 67 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 引言 供熱系統(tǒng)是城市公用基礎(chǔ)設(shè)施，是城市現(xiàn)代化功能中不可或缺的組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市框架不斷拉大，人民生活水平日益提高，城市居民對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高。集中供熱的規(guī)模和質(zhì)量日益為廣大居民所重視。 目前，集中供熱是一項(xiàng)解決廣大居民冬季取暖、改善居住環(huán)境的有效措施，并隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不斷更新著角色。從最初的單純?nèi)∨浆F(xiàn)在的熱電兩用，是近年來(lái)國(guó)家提倡的節(jié)能和環(huán)保相協(xié)調(diào)的。從城市供熱的現(xiàn)狀和發(fā)展看，集中供熱仍是我國(guó)城市供 熱的主要手段 1。 1999 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 表明 ，我國(guó) 668 個(gè)設(shè)市城市中， 268 個(gè)城市建有集中供熱設(shè)施，全國(guó) 集中供熱面積 已達(dá) 86540 萬(wàn)平米 。城市集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展水平是衡量城市現(xiàn)代化的標(biāo)志，城市集中供熱規(guī)模化和常態(tài)化已成為我國(guó)城市建設(shè)的一項(xiàng)基本政策。 供熱系統(tǒng)一般熱源（熱電廠、鍋爐）、換熱站、傳輸管網(wǎng)和用戶幾部分組成 。 熱源主要是熱電站和鍋爐房 (工業(yè)區(qū)域鍋爐房一般采用蒸汽鍋爐 ，民用區(qū)域鍋爐房一般采用熱水鍋爐 )，以煤、重油或 天然氣 為燃料； 在一些國(guó)家或者地區(qū)利用垃圾 燃燒的熱能也被廣泛作為供熱的熱源 。 除此之外， 工業(yè)余熱 、核能 和地?zé)嵋?常 作熱源 ，其中 核能供熱 具備 節(jié)約礦物燃料， 減少環(huán)境污染 等優(yōu)點(diǎn)。 換熱站是供熱網(wǎng)絡(luò)向用戶供熱的連 接場(chǎng)所，目前大型熱電系統(tǒng)大多采用間接連接的供熱方式 2 熱網(wǎng)分為熱水管網(wǎng)和蒸汽管網(wǎng)，由輸熱干線、配熱干線和支線 等 組成，其布局主要 由 城市 布局和城市 熱負(fù)荷分布情況、街區(qū)狀況、發(fā)展規(guī)劃及地形地質(zhì)等條件 決定 。 熱電廠提供的高溫過(guò)熱蒸汽經(jīng)電廠換熱站汽 一次管網(wǎng)送至各換熱站，高溫?zé)崴儆砂迨綋Q熱器水 第 1 章 緒論 2 一般而言，集中供熱系統(tǒng)有如下的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）高效節(jié)能 。供熱機(jī)組的 熱電聯(lián)產(chǎn) 綜合熱效可達(dá) 85%左右 ，而大型汽輪機(jī)組的發(fā)電熱效率一般不超過(guò) 40%；區(qū)域鍋爐房的熱效率可達(dá) 80% 90%，而分散的小型鍋爐的熱效率 不過(guò) 50% 60%。 （ 2）環(huán)保衛(wèi)生。熱電聯(lián)產(chǎn)熱電廠可 安裝高煙囪和煙氣凈化裝置， 可 消除煙塵，減輕大氣污染，改善環(huán)境。 （ 3）高效集約。減少 小鍋爐房及燃料 、 灰渣堆放占地 ， 用于綠化，改善市容。 （ 4） 易于實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，提高供熱質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)集中供熱是城市能源建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，是城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是國(guó)家能源合理分配 和利用的一項(xiàng)重要措施。 總之，提高集中供熱的管理水平和實(shí)際運(yùn)行效率既能滿足居民對(duì)供熱質(zhì)量的要求、提高居民的節(jié)能意識(shí)又能夠提高供熱企業(yè)的生產(chǎn)效率，改善企業(yè)的工作條件，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。不但如此，還能有效地解決供需矛盾，給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 熱力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 目前研究的方向主要包括硬件和軟件兩個(gè)方面。 硬件研究包括兩個(gè)層面： （一）指管網(wǎng)本身，內(nèi)容主要指管網(wǎng)的優(yōu)化，即為了提高供熱效率和質(zhì)量，通過(guò)改變熱質(zhì)本身的在管網(wǎng)中運(yùn)行的性態(tài)和參數(shù)達(dá)到控制和節(jié)能的目標(biāo)， 方法一般包括調(diào)整熱源的類型（集中熱源或者分布熱源）、熱媒的性態(tài)參數(shù)（流量，流速，溫度）等達(dá)到優(yōu)化控制的目的。 （二）指中央控制系統(tǒng)，即為了達(dá)到管網(wǎng)優(yōu)化而使用的各種硬件設(shè)施，對(duì)供熱系統(tǒng)內(nèi)各種各樣的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)決策提供硬件保障。研究?jī)?nèi)容主要包括利用何種硬件能夠更好的支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸和管網(wǎng)數(shù)據(jù)優(yōu)化。 軟件研究也包括兩個(gè)層面 第 1 章 緒論 3 （一）括各種優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括各種嵌入系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等，用以對(duì)管網(wǎng)本身的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以圖表的方式呈現(xiàn)給管理者和決策者，然后把管理者決策者的各種操作反饋給中央控制系統(tǒng)。 （二）各種算法，需要根據(jù)管網(wǎng)的實(shí)際特性進(jìn)行針對(duì)性的算法研究，已到達(dá)實(shí)際優(yōu)化控制的目的。 熱網(wǎng)優(yōu)化 熱網(wǎng)（熱力管道輸送系統(tǒng)）是連接熱源和用戶的紐帶裝置，是供熱系統(tǒng)的主要核心組成部分，擔(dān)負(fù)著熱能輸送的任務(wù)。熱網(wǎng)布置形式取決于熱媒 (蒸汽或熱水 )、熱源 (熱電廠或區(qū)域鍋爐房等 )與用熱用戶的相對(duì)位置和供熱地區(qū)熱用戶種類、熱荷大小和性質(zhì)等。 熱網(wǎng)系統(tǒng)形式的選擇一般兼顧安全供熱和節(jié)能經(jīng)濟(jì)兩大原則。根據(jù)熱網(wǎng)的基本形式可分枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)兩大類 5。小型系統(tǒng)多用枝狀管網(wǎng)形式，其流動(dòng)參數(shù)，如源點(diǎn)壓力、各節(jié) 點(diǎn)壓力、終端壓力、各管道流量等均可采用普通工程方法逐段計(jì)算；為了充分發(fā)揮管道輸送的潛力，大型系統(tǒng)多采用環(huán)網(wǎng)形式。 圖 狀管網(wǎng) 圖 狀管網(wǎng) 熱網(wǎng)優(yōu)化的方法一般采用網(wǎng)絡(luò)圖論和圖形化的方法 4 網(wǎng)絡(luò)圖論主要以拓?fù)淅碚撗芯课矬w之間的相互關(guān)系，所以在網(wǎng)絡(luò)圖中具體的物體被抽象為具有不同標(biāo)識(shí)的點(diǎn)，點(diǎn)之間通過(guò)不同形式的線連接起來(lái)，用以標(biāo)識(shí)不同的含義，點(diǎn)和線構(gòu)成為圖；在圖中的每條連線上附加數(shù)字以表示關(guān)系的種類；即構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。 在熱網(wǎng)優(yōu)化的方法中，網(wǎng)絡(luò)圖僅僅用來(lái)表示輸熱 線路和熱站之間的聯(lián)系，如果要表示熱網(wǎng)中各種參數(shù)變化，比如熱媒的流量，必須通過(guò)矩陣拓?fù)溥\(yùn)算建立系統(tǒng)的網(wǎng)路方程。除此之外，圖形化方法還必須結(jié)合其他優(yōu)化算法求解系統(tǒng)各種參數(shù)。 第 1 章 緒論 4 熱媒參數(shù)優(yōu)化 熱媒參數(shù)直接關(guān)系著供熱品質(zhì)，所以熱媒參數(shù)的識(shí)別和調(diào)整一直是供熱系統(tǒng)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。 文獻(xiàn) 7采用基于對(duì)角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (識(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 禍相結(jié)合的控制方案，能夠有效地克服了二次網(wǎng)供、回水溫度間的耦合，同時(shí) 絡(luò)兼做在線辯識(shí)器，能夠?qū)崿F(xiàn) 制器參數(shù)的在線調(diào)整，可達(dá)到熱媒的變流量運(yùn)行，能夠克 服熱媒定流運(yùn)行造成的供熱質(zhì)量差、能源浪費(fèi)、冷熱不均、計(jì)費(fèi)不合理等不足。 石兆玉早在 1994 年出版的供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制 8一書(shū)中就闡述了以水為熱媒的熱力系統(tǒng)的運(yùn)行分析，主要包括（一）水壓圖在設(shè)計(jì)運(yùn)行中的應(yīng)用以及供熱系統(tǒng)水力計(jì)算、系統(tǒng)變水力計(jì)算， (二 ) 供熱系統(tǒng)熱力工況 力工況分析計(jì)算、供熱系統(tǒng)的集中調(diào)節(jié)和局部調(diào)節(jié)、熱力工況的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，（三）多熱源、多負(fù)荷的大型集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)探討。 秦緒忠 9通過(guò)對(duì)供熱供冷輸配系統(tǒng)特點(diǎn)的研究，提出利用相似工況和供熱平衡理論解決、經(jīng)濟(jì)性 設(shè)計(jì)方法和水力優(yōu)化調(diào)度理論。 管網(wǎng)控制系統(tǒng)優(yōu)化 文獻(xiàn) 11根據(jù)我國(guó)集中供熱調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前供熱網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，提出了城市集中供熱計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和基于線性系統(tǒng)理論的熱網(wǎng)平衡方法，即使用“周期供熱量”調(diào)節(jié)熱網(wǎng)平衡，通過(guò)科學(xué)調(diào)節(jié)熱源供熱量，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的合理供熱。該文獻(xiàn)指出順利實(shí)施供熱計(jì)劃是扎實(shí)推進(jìn)的第一步，也是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵所在，其中對(duì)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制策略及模型的研究是基礎(chǔ)工作。 文獻(xiàn) 12探討的雖然不是供熱系統(tǒng)中的問(wèn)題，但是對(duì)于鍋爐網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制問(wèn)題對(duì)本文還是有一定借鑒作用。文獻(xiàn) 12基 于對(duì)鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)的分析，提出對(duì)于系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延，數(shù)據(jù)包丟失等網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特性 ,可以從控制的角度進(jìn)行了分析，并且提出了控制器設(shè)計(jì)方法，解決了這些特性給網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題。 李穩(wěn) 13針對(duì)供熱系統(tǒng)中的比較典型的控制與調(diào)度問(wèn)題，提出了一種基于 把熱網(wǎng)中每一個(gè)參與供熱的熱力站都作為理，這樣供熱系統(tǒng)在物理上就存在分層遞階結(jié)果，邏輯上處于集中分布式關(guān)系。以供熱站作為 理起來(lái)非常容易。 第 1 章 緒論 5 管網(wǎng)控制系統(tǒng)軟件的研發(fā)和算法的 使用 隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，以先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)代替人工與半人工對(duì)大型集中供熱管網(wǎng)的控制是大勢(shì)所趨。 文獻(xiàn) 14提出通過(guò)建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)估供熱管網(wǎng)的熱力、水力工況實(shí)現(xiàn)對(duì)熱網(wǎng)的提前控制。因此，大型集中供熱管網(wǎng)自動(dòng)控制的三個(gè)重要問(wèn)題為(1)精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型（ 2）合適的控制算法（ 3）先進(jìn)的控制技術(shù)。另外，該文獻(xiàn)把大型集中供熱管網(wǎng)肢解為支路用戶，再將支路用戶分解為管道、換熱器，最后將復(fù)雜的熱網(wǎng)分解為建模算法不同的幾個(gè)模塊，達(dá)到問(wèn)題簡(jiǎn)化的目的；同時(shí)，在充分的考慮了熱網(wǎng)的滯后性與衰減性的基礎(chǔ)上，對(duì)于管道與換 熱器采用了諧波反應(yīng)法建立模型，對(duì)于換熱器，則采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)二次供回水溫度。 在集中供熱過(guò)程的變頻技術(shù) 14，主要通過(guò)利用變頻泵和變頻風(fēng)機(jī)代替調(diào)節(jié)用風(fēng)閥水閥以達(dá)到供熱過(guò)程中調(diào)節(jié)熱介質(zhì)流速以便達(dá)到溫度變化的目的。 在我國(guó)，對(duì)于動(dòng)力分布式系統(tǒng)的理論研究主要側(cè)重于動(dòng)力分布式系統(tǒng)的節(jié)能效果分析，也有對(duì)動(dòng)力分布式系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究。 江億 15先在空調(diào)領(lǐng)域提出了用變頻泵和變頻風(fēng)機(jī)代替調(diào)節(jié)用風(fēng)閥水閥。結(jié)果表明，變速風(fēng)機(jī)和變速泵可節(jié)省能耗，同時(shí)改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 狄洪發(fā) 18對(duì)分布式變頻系 統(tǒng)在區(qū)域供熱中運(yùn)行效果作了分析。秦緒忠 19分析了分布式變頻輸配系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性，該系統(tǒng)較大程度改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)性。符永正 20研究了動(dòng)力分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，并指出，系統(tǒng)越大，調(diào)節(jié)閥能耗在動(dòng)力設(shè)備的輸出功率中所占的比例越大。 供熱系統(tǒng)研發(fā) 供熱管控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有利于從宏觀層面判斷管理決策的正確與否，同時(shí)也能通過(guò)對(duì)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析得出直觀反映系統(tǒng)供熱品質(zhì)的得分，若考慮工人的績(jī)效，工作成果就有了量化標(biāo)準(zhǔn)；工作成果與獎(jiǎng)懲措施相掛鉤 22，便提高了工人的積極性，并且為管理者提供了管 理決策的依據(jù)；對(duì)供熱鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，挖掘系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)值，并結(jié)合實(shí)際工況要求和人工經(jīng)驗(yàn)反饋到鍋爐運(yùn)行參數(shù)設(shè)定值。 文獻(xiàn) 21利用 發(fā)了給出了供熱收費(fèi)信息系統(tǒng)，并就收費(fèi)的計(jì)量、用戶權(quán)限等進(jìn)行了定義，但系統(tǒng)的功能僅限于此，其結(jié)構(gòu)如圖 示。 第 1 章 緒論 6 圖 熱信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 文獻(xiàn) 22給出了供熱管理政策及城市供熱信息管理模型，并就收費(fèi)的計(jì)量、系統(tǒng)宏觀管理、以及用戶權(quán)限等進(jìn)行了定義，但系統(tǒng)的功能僅限于此，未能在系統(tǒng) 的控制等層面進(jìn)一步闡發(fā)，其結(jié)構(gòu)如圖 示。 圖 熱信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 以上系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)均局限于一些局部子功能，而沒(méi)有達(dá)到對(duì)熱網(wǎng)“管控一體化”的目的。 所謂“管控一體化”，是指系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，通過(guò)與實(shí)時(shí)信息中心數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接，從中心系統(tǒng)中取得現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行實(shí)時(shí)系統(tǒng)圖的查看及數(shù)據(jù)的優(yōu)化、計(jì)算、分析，并向管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，供管理系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)考評(píng)，為管理者提供決策依據(jù)。 供熱收費(fèi)管理系統(tǒng) 電子地圖子系統(tǒng) 房產(chǎn)住戶子系統(tǒng) 組織管理子系統(tǒng) 四費(fèi)收繳子系統(tǒng) 信息維護(hù)子系統(tǒng) 供熱信息管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)提取子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng) 統(tǒng)計(jì)匯總子系統(tǒng) 系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng) 信息維護(hù)子系統(tǒng) 第 1 章 緒論 7 圖 策支持系統(tǒng) 云計(jì)算的現(xiàn)狀 云計(jì)算是 2007 年被提出的一種信息技術(shù)新概念。從誕生之日起，云計(jì)算便因其極具創(chuàng)新性的理念而被業(yè)界所廣泛地關(guān)注 24。 云計(jì)算是繼分布式計(jì)算，并行計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，效用計(jì)算， 計(jì)算概念與模型的不斷被推出以后，計(jì)算機(jī)工業(yè)界與學(xué)術(shù)界又提出的又一個(gè)新概念。 云計(jì)算是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將超大規(guī)模的計(jì)算與存儲(chǔ)資源整合起來(lái)，并以可信服務(wù)的形式按需提供給用戶。 云計(jì)算是計(jì)算機(jī)資源公共化在商業(yè)模型上一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新。通過(guò)云計(jì)算，用戶從繁重，復(fù)雜，易錯(cuò)的計(jì)算機(jī) 資源管理中解放出來(lái)。 云計(jì)算帶來(lái)的服務(wù)整合與按需供給將大大提高當(dāng)前計(jì)算資源的利用率，降低服務(wù)的能耗量，并且降低計(jì)算資源的出錯(cuò)概率。 供熱控制 機(jī)和諧控制 優(yōu)化目標(biāo)值 參數(shù)測(cè)量值 第 1 章 緒論 8 圖 應(yīng)用角度理解云計(jì)算 圖 產(chǎn)業(yè)角度理解云計(jì)算 第 1 章 緒論 9 圖 技術(shù)角度理解云計(jì)算 這種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式是基于分布式處理 (并行處理(網(wǎng)格計(jì)算 (展而來(lái)，是由虛擬化(效用計(jì)算 (基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（ 平臺(tái)即服務(wù)（ 軟件即服務(wù)（ 概念共同演進(jìn)及發(fā)展的結(jié)果。 可以這樣理解云計(jì)算，“云”是存儲(chǔ)于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器集群上的資源，它包括硬件資源（服務(wù)器、存儲(chǔ)器、 ）和軟件資源（應(yīng)用軟件、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境等），通過(guò)使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，用戶（企業(yè)或個(gè)人）數(shù)據(jù)的運(yùn)行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似，用戶能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問(wèn)計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。這樣，本地計(jì)算機(jī)只需發(fā)送指令，便可由云計(jì)算提供商提供的集群來(lái)完成。 第 1 章 緒論 10 研究現(xiàn)狀小結(jié) 供熱系統(tǒng)是城市公用基礎(chǔ)設(shè)施，是城市現(xiàn)代化功能中不可或缺的組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市框架不斷拉大，如何提高供熱系統(tǒng)的信息化管理和決策水平，以便使之與不斷擴(kuò)大城市規(guī)模相適應(yīng)，一直是該領(lǐng)域研究 的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究主要集中于熱網(wǎng)的平衡與控制，二次網(wǎng)供、回水溫度解耦，熱力管網(wǎng)關(guān)鍵參數(shù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，以及控制系統(tǒng)的模式識(shí)別、變頻控制問(wèn)題。這些研究表明，管網(wǎng)的控制最終歸因于海量數(shù)據(jù)的采集、處理和系統(tǒng)的控制。管網(wǎng)控制過(guò)程中存在的大量模式識(shí)別和控制問(wèn)題是供熱系統(tǒng)信息化管理和決策水平提升中的桎梏，突出表現(xiàn)為信息采集、處理和控制決策聯(lián)動(dòng)和時(shí)效性。 云計(jì)算是 2007 年被提出的一種信息技術(shù)新概念。其核心思想是使計(jì)算任務(wù)分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，將眾多分布式計(jì)算機(jī)中的處理器計(jì)算能力和數(shù)據(jù)資源整合在 一起協(xié)同工作，是分布處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算幾種技術(shù)綜合的結(jié)果。 本文將云計(jì)算思想引入到熱力系統(tǒng)運(yùn)算和管理當(dāng)中，在熱力系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造私有云，利用云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)處理系統(tǒng)中各種復(fù)雜模式識(shí)別和判斷等難題，并將這些難題形成的“信息孤島”作為一個(gè)個(gè)獨(dú)立計(jì)算的子云區(qū)域，不同的子云區(qū)域之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，用以提升供熱領(lǐng)域信息傳遞的時(shí)效性和系統(tǒng)控制及時(shí)性，以達(dá)到提升供熱領(lǐng)域的信息化管理和決策水平的目的。 本文工作 熱力系統(tǒng)中出現(xiàn)的經(jīng)常出現(xiàn)的熱網(wǎng)平衡與控制，二次網(wǎng)供、回水溫度解耦，熱力管網(wǎng)關(guān)鍵控制參數(shù)識(shí)別等問(wèn)題的計(jì)算和熱網(wǎng)的 控制一直是熱力系統(tǒng)難以克服的瓶頸的問(wèn)題，主要因?yàn)檫@些問(wèn)題會(huì)在一定范圍內(nèi)造成“信息孤島”和連鎖效應(yīng)，影響整個(gè)熱力系統(tǒng)的控制。本文提出基于云計(jì)算的供熱系統(tǒng)信息處理和控制模式，引入云計(jì)算中的分布處理，并行處理，和網(wǎng)格計(jì)算等模式用以解決上述問(wèn)題造成的“信息孤島”效應(yīng)。 基于上述考慮，本文內(nèi)容做如下安排： 第 1 章 緒論 11 第一章：總論。闡述當(dāng)前熱力系統(tǒng)現(xiàn)狀和不足，并提出基于云計(jì)算的熱力系統(tǒng)運(yùn)算和數(shù)據(jù)管理控制技術(shù)。 第二章：云計(jì)算在熱力系統(tǒng)上運(yùn)用的可行性分析。 第三章：利用云計(jì)算，解決供熱系統(tǒng)運(yùn)行和管理中若干技術(shù)難題。 第四章：開(kāi)發(fā)基 于云計(jì)算的供熱系統(tǒng)，并給出主要的界面和說(shuō)明。 第五章：總結(jié)。 第 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行 性 12 第 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中的可行性 概述 熱網(wǎng)運(yùn)行中的平衡與控制，二次網(wǎng)供、回水溫度解耦，熱力管網(wǎng)關(guān)鍵控制參數(shù)識(shí)別等問(wèn)題的計(jì)算和熱網(wǎng)的控制一直是熱力系統(tǒng)中的“信息孤島”現(xiàn)象，如何利用云計(jì)算的方法對(duì)這些加以解決時(shí)本文的核心，本章將首先對(duì)云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行性進(jìn)行分析，為本文的后續(xù)工作做好基礎(chǔ)。 云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn) 計(jì)算的概念 目前，對(duì)于云計(jì)算的認(rèn)識(shí)在不斷的發(fā)展變化，云計(jì)算仍沒(méi)有普遍一致的定義。 早 在 1961 年，計(jì)算機(jī)先驅(qū) 預(yù)言：“未來(lái)的計(jì)算資源能像公共設(shè)施（如水、電）一樣被使用?！?24 “網(wǎng)格之父”的美國(guó) 家實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家 “ 60文中這樣定義云計(jì)算：“云計(jì)算是由規(guī)模經(jīng)濟(jì)拖動(dòng)，為互聯(lián)網(wǎng)上的外部用戶提供一組抽象的、虛擬化的、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的、可管理的計(jì)算資源能力、存儲(chǔ)能力、平臺(tái)和服務(wù)的一種大規(guī)模分布式計(jì)算的聚合體” 24。 中國(guó)網(wǎng)格計(jì)算劉鵬的定義：“云計(jì)算將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)” 25。 通過(guò)上面的定義可以看出，云計(jì)算的俠義定義和廣義定義如下 1）狹義的云計(jì)算指的是廠商通過(guò)分布式計(jì)算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級(jí)計(jì)算機(jī)，以免費(fèi)或按需租用方式向技術(shù)開(kāi)發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析以及科學(xué)計(jì)算等服務(wù)。 第 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行 性 13 2）廣義的云計(jì)算指廠商通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群向各種不同類型客戶提供在線軟件服務(wù)、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算分析等不同類型的服務(wù)。云計(jì)算是分布式 計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模資源管理等技術(shù)的融合與發(fā)展，如圖 示 27。 圖 計(jì)算與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系 計(jì)算的特點(diǎn) 基于上述定義，云計(jì)算的特點(diǎn)可歸納如下 27： 1) 彈性服務(wù)。服務(wù)規(guī)?？煽焖偕炜s，以適應(yīng)業(yè)務(wù)負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化。用戶使用的資源同業(yè)務(wù)的需求相一致，避免了因?yàn)榉?wù)器性能過(guò)載或冗余而導(dǎo)致的服務(wù)質(zhì)量下降或資源浪費(fèi)。 2) 資源池化。資源以共享資源池的方式統(tǒng)一管理。利用虛擬化技術(shù)，將資源分享給不同用戶，資源的放置、管理與分配策略對(duì)用戶透明。 3) 按需服務(wù)以服務(wù)的形式為用戶 提供應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、基礎(chǔ)設(shè)施等資源，并可以根據(jù)用戶需求，自動(dòng)分配資源，而不需要系統(tǒng)管理員干預(yù)。 4) 服務(wù)可計(jì)費(fèi)監(jiān)控用戶的資源使用量，并根據(jù)資源的使用情況對(duì)服務(wù)計(jì)費(fèi)。 5) 泛在接入用戶可以利用各種終端設(shè)備（如 腦、筆記本電腦、智能手機(jī)等）隨時(shí)隨地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)云計(jì)算服務(wù)。正是因?yàn)樵朴?jì)算具有上述 5 個(gè)第 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行 性 14 特性，使得用戶只需連上互聯(lián)網(wǎng)就可以源源不斷地使用計(jì)算機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)即計(jì)算機(jī)”的構(gòu)想。 計(jì)算體系架構(gòu) 云計(jì)算的表現(xiàn)形式是一系列服務(wù)的集合。而面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(28是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過(guò)在這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。接口采用中立的方式進(jìn)行定義的，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。這使得構(gòu)建在這樣的系統(tǒng)中的各種服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。 有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì) 29： (1)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器發(fā)布，從而突破內(nèi)網(wǎng)的限制。 (2)與平臺(tái)無(wú)關(guān)，減少了業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的限制。 (3)具有低耦合性特點(diǎn)，增加和減少業(yè)務(wù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響較低。 (4)具有可按模塊分階段進(jìn)行實(shí)施的優(yōu)勢(shì)。 云計(jì)算采用面向服務(wù)的架構(gòu)思想，其體系架構(gòu)可分為核心服務(wù)、服務(wù)管理、用戶訪問(wèn)接口 3 層，如圖 示 27。核心服務(wù)層將硬件基礎(chǔ)設(shè)施、軟件運(yùn)行環(huán)境、應(yīng)用程序抽象成服務(wù)，這些服務(wù)具有可靠性強(qiáng)、可用性高、規(guī)?？缮炜s等特點(diǎn)，滿足多樣化的應(yīng)用需求。服務(wù)管理層為核心服務(wù)提供支持，進(jìn)一步確保核心服務(wù)的可靠性、可用性與安全性。 1)核心服務(wù)層通?？梢苑譃?3 個(gè)子層 30： a 提供硬件基礎(chǔ) 設(shè)施部署服務(wù)，為用戶按需提供實(shí)體或虛擬的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源。另外，為了優(yōu)化硬件資源的分配， 引入了虛擬化技術(shù)。借助于 虛擬化工具，可以提供可靠性高、可定制性強(qiáng)、規(guī)模可擴(kuò)展的 服務(wù)； as a 是云計(jì)算應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境，提供應(yīng)用程序部署與管理服務(wù)。通過(guò) 的軟件工具和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者只需上傳程序代碼和數(shù)據(jù)即可使用服務(wù)，而不必關(guān)注底層的網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)的管理問(wèn)題； 第 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行 性 15 即服務(wù)層（ as a 基于云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。企業(yè)可以通過(guò)租用 服務(wù)解決企業(yè)信息化問(wèn)題，普通用戶可以通過(guò) 服務(wù)將桌面應(yīng)用程序遷移到互聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的泛在訪問(wèn)。 圖 計(jì)算體系架構(gòu) 2) 服務(wù)管理層為核心服務(wù)層的可用性、可靠性和安全性提供保障。服務(wù)管理包括服務(wù)質(zhì)量（ of 證和安全管理等。除了 證、安全管理外，服務(wù)管理層還包括計(jì)費(fèi)管理、資源監(jiān)控等管理內(nèi)容。 3) 用戶訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)了云計(jì)算服務(wù)的泛在訪問(wèn)，通常包括命令行、 務(wù)、 戶等形式。命令行和 務(wù)的訪問(wèn)模式既可為終端設(shè)備提供應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)接口，又便于多種服務(wù)的組合。 供熱系統(tǒng)運(yùn)行和管理的特點(diǎn) 現(xiàn)有的城市集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行方式主要四類 28： 第 2 章 云計(jì)算在熱網(wǎng)運(yùn)行和管理中的可行