单位名称：华能碳资产经营有限公司

成果类别：品牌数智实践

主要参与者：高洪培、刘宇、薛静远、王虹、郭艳飞

一、品牌实践背景

1.政策背景

住房城乡建设部+发展改革委+财政部《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》：明确推广热源优化、热网自控、无人值守热力站、室温调控等智慧技术。住房城乡建设部《关于推进建筑和市政基础设施设备更新工作实施方案》（建城规〔2024〕2号）：要求配套感知设备、老旧设施智能化改造 。住房城乡建设部《关于做好采暖季工作总结并组织开展供热设施“冬病夏治”的函》（建司局函城〔2024〕16号）：要求提升供热系统智慧化水平。《中华人民共和国能源法》（2024年施行）：确立能源数字化、节能提效，法定要求支持智慧供热与可再生能源供热融合，强化需求侧管理与智能调控合规底线。另外国家/行业标准《城镇供热监测与调控系统技术规程》《供热系统节能改造技术规范》《城镇供热系统评价标准》覆盖监测调控、节能改造、智能化技术，形成全链条规范支撑。

2.业务需求背景

主要需求为：破解以热定电、降能耗控成本、热源网荷协同、市场化增收、民生保供、数字化集团管控。

热源侧：机组灵活调控，破除“以热定电”刚性约束，响应深度调峰。

热网及换热站：全网自动调控、减员降耗、无人值守。

用户侧：精准室温管控、降低投诉。

集团经营管控：全链路数据打通、成本精益核算、对标考核。

数据安全：等保三级数据安全建设。

二、品牌实践的创新性、科学性、实用性

综合解决方案概述

1.整体架构

如下图所示：本项技术成果以智慧供热管控平台为数字中枢，统一汇聚热源、管网、换热站、热力入口、用户室温等全域信息，实现运行状态全面可视、可管、可追溯，以供热系统全流程智慧联动优化调控算法作为核心引擎，支撑负荷预测、水力平衡、流量调节与全网协同调度，采用基于泵阀联调的动态水力平衡的节能优化模型和基于管网水力特性、换热站热力特性和调节阀阻力特性的源-网-站协同快速水力平衡策略，通过启发式算法降低物联网平衡阀的供暖季电耗，减少因更换电池而产生的后期运维成本，避免由于传统PID调节局限性导致的系统震荡，保障管网、换热器和阀门的寿命，快速建立系统水力平衡。

图1：智慧供热综合解决方案成果系统架构图

2.人工智能算法在本课题场景的应用

（一）创新性

1.平台基于负荷预测、一次管网水力特性、换热站热力特性和电调阀阻力特性，构建源-网-站协同的快速水力平衡策略；区别于常规以二次供温为目标值通过本地PLC调节调阀开度的方式，采用直接下发电调阀开度指令实现一步式快速调节，在快速响应电厂深度调峰、清洁能源负荷波动需求的同时，有效抑制管网水力振荡，延长设备使用寿命。

2.平台基于自研操作系统低代码/零代码开发，结合大语言模型实现代码自动生成，可降低实施周期40%左右（以人·天计）；另一方面热力企业非信息化专业人员经培训即可使用操作系统通过配置工具进行二次开发，降低对软件公司的依赖。

3.换热站内智能可编程控制器（A-PLC）是工业自动化领域融合人工智能与先进控制技术的新一代控制系统，旨在通过边缘智能与实时决策能力提升工业设备的自主性、效率与可靠性。通过深度融合人工智能技术与先进控制算法，将 AI 算力嵌入边缘控制节点，实现 “数据采集 -分析-决策-执行”的控制闭环。实现从自动化执行到智能化决策的跨越式升级。

4.二网热力入口处的智能调谐阀依托在线系统辨识、动态参数整定、智能趋势预测三大核心算法，实现从“固定参数控制”至“智能自适应控制”的跃升，大幅提升控制精度、节能性与系统可靠性；依据中国质量认证中心（CQC）的节能率审核报告，在实验仿真工况下节电率为46.10%，现场实际供热场景节电率为35.58%。

（二）科学性

区别纯黑箱大数据算法，本成果采用白箱机理+黑箱优化的方式进行优化调节。

1.理论科学性

依托成熟热工与能源系统基础理论，基于传热学、流体力学、管网水力工况原理；涉及全部算法模型均有热力学公式、机理模型、历史数据作为有效支撑。

2.算法模型科学性

基于多算法融合与机理+数据双驱动，热源/换热站侧以机理模型、工艺条件作为约束，叠加 LSTM、最小二乘机器学习修正动态工况。管网侧以基于图论构建供热管网模型，将管网抽象为“节点-边”拓扑结构，通过图论参数映射管网水力/热力特性，实现管网在线水力仿真的状态量化分析与优化，适配智慧供热全流程调控需求。

3.技术科学性

全链路闭环控制符合工业自控科学逻辑。一是数字孪生映射物理系统管网GIS + 设备参数 1:1 数学建模，仿真工况与现场实测数据对标校验，仿真结果指导实际运维，满足仿真科学验证准则。二是源-网-站-线-户全层级闭环控制，用户室温→热力入口调谐阀→换热站A-PLC（电调阀开度/水泵频率）→一次网首站→热源，形成自上而下调控、自下而上反馈的闭环自控链路，契合工业自动化感知—传输—决策—执行经典控制架构。

（三）实用性

基于国产自主可控的智慧供热运行管控平台+智能可编程控制器+智能物联网调谐阀，构建“云、边、端”全过程优化调控架构，涉及软硬件均为自主研发，形成完整的智慧供热精细化调控技术路线；换热站内智能可编程逻辑控制器封装平台算法，依据平台下发的控制策略进行自主决策，确保实现最优控制的同时减少对云端的依赖，提高系统的可靠性和响应速度；同时软硬件全栈自主可控带来的技术闭环，避免多供应商协同带来的兼容性瓶颈，交付时间进一步缩短，系统响应速度与稳定性显著提升；故障诊断可穿透到设备固件层，运维效率更加高效。

三、实践过程

1.二网平衡改造、用户室温监测

目标：精细化调节、按需供热，实现二网精细化调节，水力、热力平衡的自动化、数字化管控。系统架构如下图所示：

图2：二网平衡改造示意图

2.智慧热站无人值守及标准化建设

目标：提升供热质量与稳定性、强化安全保障、优化人力资源配置。主要改造内容包括：

（1）机务设备改造

结合实际运行工况与中远期期发展趋势，对站内调阀、水泵、板换、管道口径进行校核、按需更换。

（2）系统低阻改造

优化站内管道布局，简化阀门设备，低阻力设备替换。

（3）自控系统改造

选用高精度温压、液位传感器、计量表计按需完善自动化建设。

（4）站内安防、环境监测

按需完善视频门禁、烟感、水浸、温湿度等安防、环境监测设施。

（5）智能控制升级

智能可编程控制器A-PLC与将AI算力嵌入边缘控制节点，构建本地自主决策能力，实现数据采集-分析-决策-执行的控制闭环。实现从“自动化执行”到“智能化决策”的跨越式升级。

（6）标准化建设

按需完善应急照明、疏散指示牌、绝缘胶垫、集水坑护栏、管道标识、看板、铭牌、设备轮廓线等。

3.智慧供暖运行管控平台建设

目标：以数字孪生为基础，优化控制与AI算法为驱动，助力企业从人工经验向数据驱动的数字化转型。通过“全域数据汇聚、智能算法赋能、跨系统协同管控”，提供覆盖生产运行、运维管理、用户服务的一体化解决方案，为智慧热站无人值守、二网动态平衡提供算法支撑。平台架构如下图所示：

图3：智慧供热运行管控平台架构图

4.智慧供暖运行管控平台算法模型

（1）基于多数据融合的热负荷精准预测模型；

（2）多热源优化调控算法体系；

（3）一次供热管网数字化建模、故障诊断与预警；

（4）基于管网水力特性、换热站热力特性和调节阀阻力特性的源-网-站协同快速水力平衡策略；

（5）热力站预测性调控模型；

（6）二网延迟辨识算法以及预测技术；

（7）二网物联网阀及循环水泵动态水力平衡的优化；

（8）智能物联网调节阀二网/户间水力平衡的控制策略。

5.网络通讯安全

（1）数据隔离

利用系统防火墙、隔离网闸，有效地保护网络和数据，在内部网络和外部网络之间建立一个安全屏障，以防止未经授权的访问、数据泄露和其他网络攻击。保证内外网数据传输安全。

（2）网络安全架构搭建

A.互联网出口部署边界防火墙设置Web应用防护系统，对来自Web应用客户端的各类请求，进行内容检测和验证，对非法的请求予以实时阻断；

B.安全交换Ⅴ1区是III区内网应用对外提供服务的唯一通道，出、入口防火墙选择异构防火墙；

C.Ⅲ区业务系统应在Ⅴ1区部署应用镜像服务或应用前端。来自互联网、Ⅳ区的受信任的用户仅允许访问镜像服务或应用前端，镜像服务或应用前端与Ⅲ区业务系统之间完成受限策略下的数据通讯。不允许直接访问Ⅲ区业务系统；

D.Ⅲ区与Ⅴ1区之间部署防火墙，将Ⅲ区与Ⅴ1区进行逻辑隔离。Ⅲ区内各业务系统应使用独立的防火墙入口，基于业务隔离，实现较为精准的流量分析与问题追溯；

E.跨Ⅲ区与Ⅴ1区的业务系统满足以下要求：

  ·存储重要数据的数据库不允许部署在Ⅴ1区

  ·业务系统登录需要与3A认证集成

  ·业务前端与后台系统应通过技术手段进行解耦

  ·Ⅲ区业务系统通过网闸获取互联网天气数据

  ·信息管理区业务系统通过网闸摆渡数据到Ⅲ区业务系统服务器

  ·信息管理区服务器通过网闸获取发送数据至生产控制区服务器，并增加堡垒机和日志审计系统监测数据流

四、项目效益

在保障安全、稳定供热及用户舒适的基础上，综合能效提升10%以上，消减热网尖峰负荷8%以上。

1.供热质量可靠性提升

通过精准调控，用户室温达标率从 92% 提升至97%-99%，室温波动范围控制在±1℃以内；用户投诉及工单下降15%以上。

2.降低水力失调度

智能平衡系统将水力失调度1.3-1.5降低至1.02-1.05，显著改善冷热不均现象。

3.供用能安全可靠性显著提升

软硬件自主研发，实现100%国产化，性能可靠、运行稳定；同时支持“低成本，短周期，无风险”进行现场国产化替换。

4.相较于其他同类型技术，在减少新增设备容量、降低管网系统冗余、缩短建设周期、规避进口设备高价与依赖风险、消除传统物联阀往复调节等方面，直接降低初投、配套与运维开支，综合降低初投资5%以上，降低运维成本30%以上。项目整体投资回收周期在5年左右。

5.典型案例

该技术已于2023年成功在华能莱芜电厂山东莱芜方兴热力有限公司实现应用，截至2025年供暖季结束，平均每个供热季降低热耗超17%，降低电耗超30%，降低水耗超40%，降低人力成本超30%。

该技术已于2024年成功在华能黄台电厂济南东泰热力有限公司/山东黄泰热力有限公司实现应用，截至2026年供暖季结束，平均每个供热季降低热耗超17%，降低电耗超29%，降低水耗超11%。