【毕业学位论文】（Word原稿）基于云计算的供热系统关键技术研究与应用-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 中文题目：基于云计算的供热系统关键技术研究与应用 要 I 摘要 集中供热系统是城市的公用基础设施，是城市现代化进程当中不可或缺的部分，也是城市文明进步的象征。随着经济的发展和社会的进步，现代化的大都市不断涌现，百万级人口规模已成为大都市发展 的常态，城市框架也随之不断拉大，供热规模也不断扩大，供热系统的信息化管理迈入大数据时代。日益增长的供热需求与供热水平低下的矛盾日趋凸显，如何提高供热系统信息化管理水平和决策水平以便与供热需求相适应一直是该领域研究的难点和热点。 目前国内外对该领域的研究集中于热网平衡、二次网供、回水温度解耦，热力管网关键参数采集和数据传输，以及控制系统的模式识别、热力站变频控制问题。这些问题出现的根本原因在于热网管路系统本身的滞后性与控制系统的时效性之间的矛盾，突出表现为信息采集、处理和控制决策联动和时效性。 云计算是 2007 年被提出的一种信息技术新概念，受到日益广泛的重视，其核心思想是使计算分布在互联网上的大量异步计算机上，并将这些计算机以计算池的型式提供持续不断的计算动力，是分布式计算、并行处理、网格计算相互渗透的结果。 本文把云计算的思想引入到供热系统的控制和管理当中，通过私有云技术把热力系统的管理和控制架构在云平台之上，充分利用云平台的异步计算、并行处理能力控制热网运行的关键节点 消除热网运行的滞后性，破除各个供热站的信息孤岛效应，促进热力资源的优化调度，提升供热领域的信息化管理和决策水平。 关键字 ： 供热系 统 云计算 数据管理 系统控制 I he is a of is an of of of of of of a to of in of is by to of of to is a in At in on of of of of in of is a of 007,is to on a of to is of In of is of to of in of II of to of of of 录 录 第 1 章 绪论 . 1 引言 . 1 国内外研究现状 . 2 热力系统研究现状 . 2 云计算的现状 . 7 研究现状小结 . 10 本文工作 . 10 第 2 章 云计算在热网系统运行中的可行性 . 13 概述 . 13 云计算的优势和特点 . 13 计算的概念 . 13 计算的特点 . 14 计算结构体系 . 15 供热系统运行的特点 . 16 供热 系统云计算平台的构想 . 17 热系统云平台的基本构想 . 17 热系统云平台的可行性 . 19 本章小结 . 24 第 3 章 供热系统若干技术难题的云计算模式研究 . 25 概述 . 25 二次网供、回水解耦的云计算模式 . 25 模式下的无人值守换热站 . 26 热流量调节的云计算模式 . 30 目 录 V 模式下热质流量自动调节系统 . 31 本章小结 . 34 第 4 章 基于云计算供热系统研发 . 35 概述 . 35 云平台搭建 . 35 成 . 36 基于 私有云平台构建 . 38 系统架构 . 41 选用平台及开发语言 . 41 主要功能 . 42 系统内容简介 . 43 供热运行管理子模块 . 43 供热经营管理客户服务子系统 . 49 供热设施及 资产管理子系统（地理信息系统） . 52 供热工程、检修及材料管理子系统 . 55 协同办公管理子系统 . 57 第 5 章 总 结与展望 . 58 主要工作 . 58 展望 . 59 参考文献 . 60 致谢 . 错误 !未定义书签。 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果 . 64 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 引言 集中供热系统是城市的公用基础设施，是城市现代化进程当中不可或缺的部分，也是城市文明进步的象征。随着经济的发展和社会的进步，现代化的大都市不断涌现，百万级人口规模已成为 大都市发展的常态，城市框架也随之不断拉大，供热规模也不断扩大， 城市居民对居住环境的要求也越来越高。集中供热的规模和质量日益为广大居民所重视。 在长江以北的广大地区，集中供暖仍是广大城市居民冬季取暖、安全度冬有效措施之一。随着经济的发展和社会的发展，人们对集中供暖的品质和要求也不断提高。在当前的情况下，一方面要满足的是广大居民的取暖要求，讲究取暖的质量和取暖的效果，另一方面要求满足取暖的低能耗要求，以适应国家提倡的节能环保、绿色可持续发展的战略目标 1。对于供热企业而言，热电联产目前是被认为最有效的模式，但 是随着社会的进步，这种模式也饱受诟病，最主要的原因在于热电联产模式下燃煤对环境的污染，近来全国范围内的雾霾天气更是增加了人们对环境污染的反感。作为城市基础设施的供热系统，寻求高效、节能的发展模式才是供热企业的着力点和关注点。 供热系统一般由一次热源（热电厂、锅炉），换热站，和一次二次供热管网以及控制系统组成。一般来说，供热管网的控制系统一般容易被忽略，主要是和传统供热模式下控制系统难以发挥其在热力资源的配置与调节作用的特点是符合的。 热源：主要是热电站和锅炉房（企业一般采用蒸汽锅炉，民用一般采用热水锅炉）， 以煤、重油或天然气作为燃料，除此之外，垃圾燃烧、地热、工业余热、核能也常作为热源使用。今年来，随着国家政策的调整，清洁的无污染燃料逐渐成为供暖企业的首选。 换热站：是把高温高压的热质转化为用户可以接受的热质的场所，可分为直供和间供两种模式，对于集中供热而言，常采用间供的方式作为大型换热站的转换方式。一般容易出现汽水冲击、减压阀损坏、疏水器阻塞等问题，是应第 1 章 绪论 2 该特别注意的部位。换热站是热源能不能顺利进入用户的关键一环，也是整个热网控制中的重要节点 2 热管网：分为蒸汽管网和热水管网两个类型。对于集中供热而 言，蒸汽管网一般作为一次热源和供热站之间的连接网络，普通用户难以使用；普通用户使用的都是热水管网中的热质，是经过换热站把高温高压的蒸汽热质转为低温低压的热水热质，然后输送到用户家中使用。 控制系统：分为换热站控制和中心控制系统，换热站的自动化控制一般负责换热站的参数采集，以组态模式获得蒸汽管网的数据和用户管网的数据，并实时传递给中心控制系统；中心控制系统主要负责监督控制热网的运行参数、报警信号接收、派员故障处理，并提供数据查询、缴费等业务，是整个热网运行的核心。 提高集中供热的管理水平和实际运行效率既能满足 居民对供热质量的要求、提高居民的节能意识，又能够提高供热企业的生产效率、改善企业的工作条件，减少工人的劳动强度。不但如此，还能有效地解决供需矛盾，给企业带来可观的经济效益和社会效益。 国内外研究现状 热力系统研究现状 目前研究的方向主要包括硬件和软件两个方面。 硬件研究包括两个层面： （一）指管网本身，内容主要指管网的优化，即为了提高供热效率和质量，通过改变热质本身的在管网中运行的性态和参数达到控制和节能的目标，方法一般包括调整热源的类型（集中热源或者分布热源）、热媒的性态参数（流量 ，流速，温度）等达到优化控制的目的。 （二）指中央控制系统，即为了达到管网优化而使用的各种硬件设施，对供热系统内各种各样的数据采集和数据决策提供硬件保障。研究内容主要包括利用何种硬件能够更好的支持数据传输和管网数据优化。 软件研究也包括两个层面 第 1 章 绪论 3 （一）包括各种优化控制系统，包括各种嵌入系统，单片机系统，软件系统，计费系统等，用以对管网本身的各种数据进行处理，以图表的方式呈现给管理者和决策者，然后把管理者决策者的各种操作反馈给中央控制系统。 （二）各种算法，需要根据管网的实际特性进行针对性的算法研究，已到达实 际优化控制的目的。 热网优化 热网（热力管道输送系统） 分为蒸汽管网和热水管网两个类型。对于集中供热而言，蒸汽管网一般作为一次热源和供热站之间的连接网络；普通用户使用的都是热水管网中的热质，是经过换热站把高温高压的蒸汽热质转为低温低压的热水热质，然后输送到用户家中使用。是联系热源和用户的重要媒介，是整个热力系统的基础设施。热网的布置以及结构和热质、热源与用户的相对位置、供热种类以及热荷大小及性质有关。 热网的型式一般可分为枝状网络和环状网络两类 5，如图 示。根据枝状网络单一 回路、布置简单、运行简便的特点，枝状网络一般用作换热站与用户相连的管路上，热质流经用户后再由单线回路流回换热站。环状网络一般用作一次热源热质的输送路径，其具有安全、高效、持续性好等优点，是供热主网络布置方式的最佳选择。 热网优化一般采用网络图论和图形化的方法 4网络图论中主要采用拓扑的方法研究物体之间的相互关系，所以热网中的热源和换热站在该理论中往往被简化为点，热源与热源之间、热源与换热站之间的热网被简化为了具有关系指向的线，但是无论是网络图论还是图形化的方法都只能定性研究热网中关键因素的关系，无法 研究热网运行的参数变化， 比如热质的流量，必须通过矩阵拓扑运算建立系统的网路方程才可求解。除此之外，图形化方法还必须结合其他优化算法求解系统各种参数。 图 状管网 图 状管网 第 1 章 绪论 4 热质参数优化 热质参数直接关系着供热品质，所以热质参数的识别和调整一直是供热系统领域研究的重点。 文献 7主要针对换热站二次网供、回水温度存在着静态解耦不彻底等问题进行阐述，提出利用递归神经网络法（ 静态解耦相结合的方法处理上述问题，并把此种方法融入到常规 备之上，经试验表明，该种方法可有地进行 自适应调节，克服了常规 备参数不容易整定等缺陷。 石兆玉早在 1994 年出版的供热系统运行调节与控制 8一书中就阐述了以水为热质的热力系统的运行分析，主要包括（一）水压图在设计运行中的应用以及供热系统水力计算、系统变水力计算， (二 ) 供热系统热力工况 力工况分析计算、供热系统的集中调节和局部调节、热力工况的动态调节，（三）多热源、多负荷的大型集中供热系统的运行标准探讨。 秦绪忠 9通过对供热供冷输配系统特点的研究，提出 利用相似工况和供热平衡理论解决、经济性设计方法和水力优化调度理论。 管网控制系统优化 文献 11根据我国集中供热调节的特点，结合当前供热网运行特点，提出了城市集中供热计算机监控系统和基于线性系统理论的热网平衡方法，即使用“周期供热量”调节热网平衡，通过科学调节热源供热量，实现全网的合理供热。该文献指出顺利实施供热计划是扎实推进的第一步，也是实现动态调控的关键所在，其中对运行调节与控制策略及模型的研究是基础工作。 文献 12探讨的虽然不是供热系统中的问题，但是对于锅炉网络系统的控制问题对 本文还是有一定借鉴作用。文献 12基于对锅炉运行系统的分析，提出对于系统中网络诱导时延，数据包丢失等网络控制系统的特性 ,可以从控制的角度进行了分析，并且提出了控制器设计方法，解决了这些特性给网络控制系统带来的稳定性问题。 李稳 13针对供热系统中的比较典型的控制与调度问题，提出了一种基于 把热网中每一个参与供热的热力站都作为理，这样供热系统在物理上就存在分层递阶结果，逻辑上处于集中分布式关系。以供热站作为 理起来非常容易。 第 1 章 绪论 5 管网控制系统软件的研发和算法的使用 随着科技的发展和社会的进步，以先进的自动控制技术代替人工与半人工对大型集中供热管网的控制是大势所趋。 文献 14提出通过建立精准的数学模型来预估供热管网的热力、水力工况实现对热网的提前控制。因此，大型集中供热管网自动控制的三个重要问题为(1)精准的数学模型（ 2）合适的控制算法（ 3）先进的控制技术。另外，该文献把大型集中供热管网肢解为支路用户，再将支路用户分解为管道、换热器，最后将复杂的热网分解为建模算法不同的几个模块，达到问题简化的目的；同时，在充分的考虑了热网 的滞后性与衰减性的基础上，对于管道与换热器采用了谐波反应法建立模型，对于换热器，则采用了神经网络法预测二次供回水温度。 在集中供热过程的变频技术 14，主要通过利用变频泵和变频风机代替调节用风阀水阀以达到供热过程中调节热介质流速以便达到温度变化的目的。 在我国，对于动力分布式系统的理论研究主要侧重于动力分布式系统的节能效果分析，也有对动力分布式系统稳定性分析和系统设计的研究。 江亿 15先在空调领域提出了用变频泵和变频风机代替调节用风阀水阀。结果表明，变速风机和变速泵可节省能耗，同时改善系统的调 节品质。 狄洪发 18对分布式变频系统在区域供热中运行效果作了分析。秦绪忠 19分析了分布式变频输配系统的水力稳定性，该系统较大程度改善系统的稳定性和调节性。符永正 20研究了动力分布式系统的结构和应用，并指出，系统越大，调节阀能耗在动力设备的输出功率中所占的比例越大。 供热系统研发 供热管控系统的开发有利于从宏观层面判断管理决策的正确与否，同时也能通过对各种运行数据的分析得出直观反映系统供热品质的得分，若考虑工人的绩效，工作成果就有了量化标准；工作成果与奖惩措施相挂钩 22，便提 高了工人的积极性，并且为管理者提供了管理决策的依据；对供热锅炉的运行数据进行挖掘，挖掘系统运行优化目标值，并结合实际工况要求和人工经验反馈到锅炉运行参数设定值。 文献 21利用 发了给出了供热收费信息系统，并就收费的计量、用户权限等进行了定义，但系统的功能仅限于此，其结构如图 示。 第 1 章 绪论 6 图 热信息管理系统结构图 文献 22给出了供热管理政策及城市供热信息管理模型，并就收费的计量、系统宏观管理、以及用户权限等进行了 定义，但系统的功能仅限于此，未能在系统的控制等层面进一步阐发，其结构如图 示。 图 热信息管理系统结构图 以上系统的开发均局限于一些局部子功能，而没有达到对热网“管控一体化”的目的。 管控一体化即指管理和控制的同一进程，同一步骤，控制本身即是管理中的一个必要环节，强调管理过程中的计划性和控制过程中的实时性，把计划和反馈作为管理过程中密不可分的两种手段，为管理者提供数据支持和决策依据。 供热收费管理系统 电子地图子系统 房产住户子系统 组织管理子系统 四费收缴子系统 信息维护子系统 供热信息管理系统 数据提取子系统 数据查询子系统 统计汇总子系统 系统维护子系统 信息维护子系统 第 1 章 绪论 7 图 策支持系统 云计算的现状 云计算是 2007 年被提出的一种信息技术新概念，受到日益广泛的重视 24，其核心思想是使计算分布在互联网上的大量异步计算机上，并将这些计算机以计算池的型式提供持续不断的计算动力，是分布式计算、并行处理、网格计算相互渗透的结果。 云计算是和云存储结合在一起的，一方面互联网整合了大量的计算资源，这些计算资源是云计算永不枯竭的动力；另一方面，云计算资源背后存在着巨大的存储资源，二者结合起来，并以可信服的客户终端按需提供给用户。通过云计算和云储存，用户不再需要笨 重的硬件设备，可以以轻便的移动设备在云服务平台上干和在办公室一样的事情，大大减轻了用户管理计算机资源的压力，并且将衍生专门的企业来管理云资源，大大提高了计算资源的利用效率和时效性，同时降低了计算服务的出错率和能耗。 供热控制 机和谐控制 优化目标值 参数测量值 第 1 章 绪论 8 图 应用角度理解云计算 图 产业角度理解云计算 第 1 章 绪论 9 图 技术角度理解云计算 云服务的网络应用模式是基于分布式处理 (并行处理 (网格计算 (展而来，是由虚拟化 (效用计算 (基础设施即服务（ 平台即服务（ 软件即服务（ 概念共同演进、互相渗透、相互借鉴发展的结果。 云服务是存储于互联网服务器集群上的资源共享池，硬件资源（服务器、存储器、 ）提供了基本的集成条件，软件资源（应用软件、集成开发环境等）提供给了集成的接口，网络通过集成接口把服务器集群组成巨大资源共享空间。云服务分布在大量的分布式计算机上，用户数据的运行将更与互联网相似，用户能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。这样，本地计算机只需发送指令， 便可由云计算提供商提供的集群来完成。 第 1 章 绪论 10 研究现状小结 集中供热系统是城市的公用基础设施，是城市现代化进程当中不可或缺的部分，也是城市文明进步的象征。随着经济的发展和社会的进步，现代化的大都市不断涌现，百万级人口规模已成为大都市发展的常态，城市框架也随之不断拉大，供热规模也不断扩大，供热系统的信息化管理迈入大数据时代。日益增长的供热需求与供热水平低下的矛盾日趋凸显，如何提高供热系统信息化管理水平和决策水平以便与供热需求相适应一直是该领域研究的难点和热点。 目前国内外对该领域的研究集中于热网平衡、二 次网供、回水温度解耦，热力管网关键参数采集和数据传输，以及控制系统的模式识别、热力站变频控制问题。这些问题出现的根本原因在于热网管路系统本身的滞后性与控制系统的时效性之间的矛盾，突出表现为信息采集、处理和控制决策联动和时效性。 云计算是 2007 年被提出的一种信息技术新概念，受到日益广泛的重视，其核心思想是使计算分布在互联网上的大量异步计算机上，并将这些计算机以计算池的型式提供持续不断的计算动力，是分布式计算、并行处理、网格计算相互渗透的结果。 如何把云计算的先进理念引入到供热系统的集中控制上，以云计算的方法解决供热系统出现的问题正是本文的工作方向。 本文工作 热力系统中出现的经常出现的热网平衡与控制，二次网供、回水温度解耦，热力管网关键控制参数识别等问题的计算和热网的控制一直是热力系统难以克服的瓶颈的问题。本文把云计算的思想引入到供热系统的控制和管理当中，通过私有云技术把热力系统的管理和控制架构在云平台之上，充分利用云平台的异步计算、并行处理能力控制热网运行的关键节点 消除热网运行的滞后性，破除各个供热站的信息孤岛效应，促进热力资源的优化调度，提升供热领域的信息化管理和决策水平。 基于上述 考虑，本文内容做如下安排： 第一章：总论。阐述当前热力系统现状和不足，并提出基于云计算的热力系统运算和数据管理控制技术。 第 1 章 绪论 11 第二章：云计算在热力系统上运用的可行性分析。 第三章：利用云计算，解决供热系统运行和管理中若干技术难题。 第四章：开发基于云计算的供热系统，并给出主要的界面和说明。 第五章：总结。 第 1 章 绪论 12 第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 13 第 2 章 云计算在热网系统运行中的可行性 概述 把云计算引入供热系统的目的在于利用云计算平台实现热网的全面控制，主要是最大限度发挥云计算分布式、并行、实时、高效等特点，实现供热系统的自动化控制， 以便消除热网管路本身的滞后性，实现热网控制的及时、方便、快捷，一方面要考虑云计算概念和热网运行特点的匹配度以及云计算对热网运行滞后性的弥补，另一方面要考虑当下软硬件发展水平。本章将首先对云计算在热网运行和管理中的可行性进行分析，为本文的后续工作做好基础。 云计算的优势和特点 计算的概念 自诞生之日起，云计算都在不断变化和演进当中，人们对云计算的认识都在不断发生着变化 25。但是，从广义和狭义的角度，可以这样理解云计算 26 1)狭义云：指可根据用于需求的任意的扩展的网络资 源，包括计算和存储资源两大部分内容，这种资源的扩展不需要用户介入。用户提出需求，由提供资源的厂商负责管理或维护用户资源的调配，如果使用自来水一样，用户需要关心的是自来水龙头的开度大小，而不必考虑自来水的来源。 2）广义云：资源池化的效能服务，可以使软件的计算，也可以是硬件的存储，或者是互联网的其他相关服务，以在线的方式提供给用户，是分布式计算、互联网技术、大规模资源管理等技术的智能协调，如图 示 27。 本文认为云计算的核心是面向用户应用对象集群的资源池化，这种应用对象集群可以是软件，硬件，或者 相关的在线服务，其目的是让用户摒弃硬件和软件的传统限制，是用户的主要关注力放到应用对象的实现上，对象集群的管理则交由大量的分布式效能计算机实现，由特定的软件及客户端实现智能控制，第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 14 这些分布式计算机将以池化资源的型式为用户应用对象的实现提供持续不断的计算动力，是分布式计算、并行处理、网格计算相互渗透的结果。 图 计算与相关技术的关系 云计算是和云存储结合在一起的，一方面互联网整合了大量的计算资源，这些计算资源是云计算永不枯竭的动力；另一方面，云计算资源背后存在着巨大的存储资源，二者结合起来，并以可 信服的客户终端按需提供给用户。通过云计算和云储存，用户不再需要笨重的硬件设备，可以以轻便的移动设备在云服务平台上干和在办公室一样的事情，大大减轻了用户管理计算机资源的压力，并且将衍生专门的企业来管理云资源，大大提高了计算资源的利用效率和时效性，同时降低了计算服务的出错率和能耗。 计算的特点 基于上述定义，云计算的特点可归纳如下 27 1）可伸缩性：服务规模和服务对象、服务质量均可根据实际需求动态变化，这样做的好处在于：一方面避免了服务器资源调用的不足；另一方面避免了资源的浪费，降低了 能耗。 2）池化资源：软硬件设备的布局不再局限于特定的空间和地域要求，主要利用虚拟化技术将互联网技术上的资源统一协调、管理、分配，以计算池的方式提供永不枯竭的计算动力和存储空间。 第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 15 3）按需供给服务：以用户的需求出发自动调配软硬件资源，所有的过程由后台软件或者客户端提出服务申请，通过服务商和服务器自动完成，无需人工介入，极大地提高了效率，减少了错误发生的可能。 4）分散布局、集中管理的计量服务：通过云平台，可有效获取关于服务的数量和质量的度量，并根据服务质量进行计费。 5）对终端设备的包容性：可接入各种智能终 端设备（ 脑，笔记本，智能设备，智能手机）以及智能设备的子集设备，实现物物联合的“物联网”，实现物联网资源源源不断调用的目标。 计算结构体系 云计算的核心是面向对象的效能服务。遵循此原则，其结构体系采用面向服务的架构机制，依据在操作层面距离用户的远近和直观性以此可分为用户访问接口、服用管理应用及内核服务等三个层面，如图 示 27。 1）用户接口：主要实现云服务的可视化操作和直接访问。一般通过客户端，面等方式提交用户需求，可兼容计算机、智能设备、智能手机等多种设备进行泛在 访问，也是用户信息化的最直接的手段和方法。 2)服务管理应用：主要为内核服务提供服务质量保障和安全管理。服务质量（ of 要包括数据传输的带宽、可信性、数据丢包率、数据传输的时间延宕；安全管理则主要指数据传输的加密算法、数字签名等内容。除了服务质量保障和安全管理两大职能外，该层还兼具数据传输计量管理和资源安全监控等若干方面的职能。 3）内核服务：主要把用户的需要以“分解”的形式传递给并行分布的职能集群计算机。根据分解任务的不同，用户需求一般归为硬件需求、平台需求、软件 需求等三个内容，云内核服务分别根据上述三个内容提供相应的硬件即服务（基础设施即服务）（ as a 平台即服务（ as a 软件及服务（ as a 三大类服务： A) 硬件即服务；主要提供硬件部署设备、云存储设备以及软件虚拟化高可靠性、高定制型、规模可伸缩的实体设备。 实现其他两类服务的基本保障。 第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 16 B)平台即服务：提供云软件的部署环境，用户只需提供编写的代码 和数据，而代码的编译和运行由云平台托管，省却了用户在一般计算机上需要完成的网络交互、系统操作、数据存储空间等若干内容。 C)软件即服务：指云软件应用程序。用户把需求转化为计算机能够接受的形式（键盘数据、数据导入导出），该层把用户的信息数字化并提交云服务，通过互联网交互，把用户期望的结果予以反馈，用户通过此形式进行云计算服务的泛在访问，常规的云计算通常指该层面。 图 计算体系架构 供热系统运行的特点 通过上述热网特性的讨论，热网运行的特点归纳如下： 1) 换热站运行的独立性和耦合性：独立性是 指换热站要根据室外温度和供热要求，独立地完成供热区域内的供热品质和供热量的需求，一般通过调节换热站一次网热质的流量实现；耦合性是指各换热站之间存在着耦第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 17 合效应，当热源或者供热需求发生变化时，存在着系统再平衡的震荡过程。 2) 控制的计划性和实际运行的调节性：供热系统的目标一般都是明确的，用户室内温度要保持在 18左右，但是根据室外温度的不同，热源以及换热站要能够根据实际情况合理的进行调节各种供热参数，保持供热目标的稳定性。 3) 控制的时效性和系统的滞后性：控制的时效性是指供热系统本身对供热需求要反应迅速，比如天气变化、 系统故障等事件的发生，但是由于整个供热系统是一个庞大的物理网络，热质的传播和系统的参数设定存在一定的时差，即热质的响应是远远滞后于实际控制的，所以就会出现二者之前的矛盾。 4) 中央控制和局部控制：供热系统内一些关键因素的确定要由中央控制系统去统一处理，比如事件报警、收费、成本控制、事故处理等；局部控制主要实现随时根据实际情况是吸纳热源本身负荷的调节、根据室外温度对换热站各种参数的调整等各种控制的机动性、主动性和自主性。 供热系统云计算平台的构想 热系统云平台的基本构想 根据供热系统本身的 特点和云计算的特点，如果把供热系统架构在云平台之上可极大提高供热系统控制的方便、快捷、高效。 本文提出的云平台的构想如下： 1）基于私有云的供热系统架构：私有云具有数据安全、 问质量 )高、能够充分利用现有硬件资源、不影响管理的流程等优点，把供热系统架构在私有云平台上，主要实现整个供热系统的优化调节，仅设立若干个外网接口供其他需求，且该接口由中央控制系统负责，即形成有缺口的闭环系统的拓扑形状。 热力系统规模庞大而且复杂，特别是一些模式识别和参数收集问题使得海量信息及高实时性要求使得其云计算系统架构必须 分层、分级处理。通过将热网内部划分为多个区域（子云），可以提升云计算系统的处理效率。这种分级管理、分层控制的目标就是要在热网内部构造私有子云。 第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 18 2）私有云的节点设在各个控制的关键点，比如热源、换热站等敏感部位，一方面负责云计算任务的完成；另一方面负责下位机的接入，以便控制各种智能的硬件设备。 图 网供热管道原图 依据“分级处理，分层控制”的基本原理，对图 的管网进行抽象，其原则为： A)抽象出来的模型和原模型一致； B)凡是在原型中反映循环泵的位置用黑点表示，管道上有数字上的用黑方块表示； C)凡是在原型中黑点和黑方块都是私有子云构造的位置； D)私有子云的主要作用是负责计算该位置的各种控制参数，并根据服务要求，参与相关节点的云计算。 E)总控系统负责子云各种数据的反馈，并给私有子云下达控制命令。 根据上述原则，简化后的图形如图 示。 第 2 章 云计算在热网运行和管理中的可行性 19 图 云运算结构图 私有子云的目的是在本区域内完成所有模式识别和参数收集以及热网控制，然后向总控系统返回信息，并由总控系统向子云发送信息。 这种构造的内部子云只负责和总控系统结合一起控制热 网，不对外曝露借口，故为私有子云。 3）小型物联网网络：实现各接口设备唯一 理、监控管理等，使得供热系统一但发生故障，中央控制系统即可快速获得故障位置和故障内容，方便维护和管理。 4）移动设备与自动化控制：尽可能去除一切手工调节，利用各种自动控制系统提高控制的时效