中圖分類號： 學校代碼： 10055 密級： 碩 士 專 業(yè) 學 位 論 文 中文題目：基于云計算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 文作者 指導(dǎo)教師 申請學位 工程碩士 培養(yǎng)單位 新鄉(xiāng)豫新發(fā)電有限公司 學科專業(yè) 軟 件工程管理 研究方向 答辯委員會主席 評 閱 人 南開大學研究生院 二一三年十月 南開大學學位論文使用授權(quán)書 根據(jù)南開大學關(guān)于研究生學位論文收藏和利用管理辦法，我校的博士、碩士學位獲得者均須向南開大學提交本人的學位論文紙質(zhì)本及相應(yīng)電子版。 本人完全了解南開大學有關(guān)研究生學位論文收藏和利用的管理規(guī)定。南開大學擁有在著作權(quán)法規(guī)定范圍內(nèi)的學位論文使用權(quán)，即 ： (1)學位獲得者必須按規(guī)定提交學位論文 (包括紙質(zhì)印刷本及電子版 )，學?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其他復(fù)制手段保存研究生學位論文，并編入南開大學博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫； (2)為教學和科研目的，學?？梢詫⒐_的學位論文作為資料在圖書館等場所提供校內(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、下載等免費信息服務(wù)； (3)根據(jù)教育部有關(guān)規(guī)定，南開大學向教育部指定單位提交公開的學位論文； (4)學位論文作者授權(quán)學校向中國科技信息研究所及其萬方數(shù)據(jù)電子出版社和中國學術(shù)期刊 (光盤 )電子出版社提交規(guī)定范圍的學 位論文及其電子版并收入相應(yīng)學位論文數(shù)據(jù)庫，通過其相關(guān)網(wǎng)站對外進行信息服務(wù)。同時本人保留在其他媒體發(fā)表論文的權(quán)利。 非公開學位論文，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)同公開論文。 論文電子版提交至 校圖書館網(wǎng)站： 。 本人承諾：本人的學位論文是在南開大學學習期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過論文答辯；提交的學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。 本人同意遵守上述規(guī)定。本授權(quán)書簽署一式兩份，由研究生院和圖 書館留存。 作者暨授權(quán)人簽字： 20 年 月 日 南開大學研究生學位論文作者信息 論文題目 基于云計算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 姓 名 李道杰 學號 2220101200 答辯日期 論文類別 博士 學歷碩士 碩士專業(yè)學位 高校教師 同等學力碩士 院 /系 /所 軟件學院 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 備注： 是否批準為非公開論文 否 注：本授權(quán)書適用我校授予的所有博士、碩士的學位論文。由作者填寫 (一式兩份 )簽字后交校圖書館，非公開學位論文須附南開大學研究生申請非公開學位論文審批表。 南開大學學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進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，本學位論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。 學位論文作者簽名： 李道杰 2013 年 10 月 8 日 非公開學位論文標注說明 (本頁表中填寫內(nèi)容須打印 ) 根據(jù)南開大學有關(guān)規(guī)定，非公開學位論文須經(jīng)指導(dǎo)教師同意、作者本人申請和相關(guān)部門批準方能標注。未經(jīng)批準的均為公開學位論文，公開學位論文本說明為空白。 論文題目 基于云計算的供熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用 申請密級 限制 ( 2 年 ) 秘密 ( 10 年 ) 機密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 審批表編號 批準日期 20 年 月 日 南開大學學位評定委員會辦公室蓋章 (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)濟和社會的發(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，以便使之與不斷擴大城市規(guī)模相適應(yīng)，一直是該領(lǐng)域研究的難點和熱點。目前國內(nèi)外對該領(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)的模式識別、變頻控制問題。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)控制過程中存在的大量模式識別和控制問題是供熱系統(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)動和時效性。 云計算是 2007 年被提出的一種信息技術(shù)新概念。其核心思想是使計算任務(wù)分布在大量的分布式計算機上，將眾多分布式計算機中的處理器計算能力和數(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)格計算幾種 技術(shù)綜合的結(jié)果。本文將云計算思想引入到熱力系統(tǒng)運算和管理當中，在熱力系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造私有云，利用云計算的優(yōu)勢處理系統(tǒng)中各種復(fù)雜模式識別和判斷等難題，并將這些難題形成的“信息孤島”作為一個個獨立計算的子云區(qū)域，不同的子云區(qū)域之間進行協(xié)調(diào)，用以提升供熱領(lǐng)域信息傳遞的時效性和系統(tǒng)控制及時性，以達到提升供熱領(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 .國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 熱力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 . 云計算的現(xiàn)狀 . 研究現(xiàn)狀小結(jié) .本文工作 . 2 章 云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行性 . 12 概述 .云計算的優(yōu)勢和特點 . 云計算的概念 . 云計算的特點 . 云計算體系架構(gòu) .供熱系統(tǒng)運行和管理的特點 .云計算在供熱系統(tǒng)上運行的可行性分析 .本章小結(jié) . 3 章 供熱系統(tǒng)若干技術(shù)難題的云計算模式研究 . 19 概述 .二次網(wǎng)供、回水解耦的云計算模式 . 二次網(wǎng)供 、回水溫度的解耦 . 云計算模式下的二次網(wǎng)供 、回水溫度的解耦 .熱流量調(diào)節(jié)的云計算模式 . 遺傳算法在熱流調(diào)節(jié)的應(yīng)用 . 云計算在熱流調(diào)節(jié)的應(yīng)用 .本章小結(jié) . 4 章 基于云計算供熱系統(tǒng)研發(fā) . 26 概述 .云平臺搭建 . 主要構(gòu)件及其拓撲結(jié)構(gòu) . 主要服務(wù)接口 . 錄 V 基于 私有云平臺構(gòu)建 .系統(tǒng)架構(gòu) . 選用平臺及開發(fā)語言 . 主要功能 .系統(tǒng)內(nèi)容簡介 . 供熱運行管理子模塊 . 供熱經(jīng)營管理客戶服務(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)門戶平臺 . 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 . 63 致謝 . 66 個人簡歷 在學期間發(fā)表的學術(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)濟和社會的發(fā)展，城市框架不斷拉大，人民生活水平日益提高，城市居民對居住環(huán)境的要求也越來越高。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，并隨著社會和經(jīng)濟的發(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，是近年來國家提倡的節(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，集中供熱仍是我國城市供 熱的主要手段 1。 1999 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計 表明 ，我國 668 個設(shè)市城市中， 268 個城市建有集中供熱設(shè)施，全國 集中供熱面積 已達 86540 萬平米 。城市集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展水平是衡量城市現(xiàn)代化的標志，城市集中供熱規(guī)?；统B(tài)化已成為我國城市建設(shè)的一項基本政策。 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 和地熱也 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。 換熱站是供熱網(wǎng)絡(luò)向用戶供熱的連 接場所，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熱蒸汽經(jīng)電廠換熱站汽 一次管網(wǎng)送至各換熱站，高溫熱水再由板式換熱器水 第 1 章 緒論 2 一般而言，集中供熱系統(tǒng)有如下的優(yōu)點： （ 1）高效節(jié)能 。供熱機組的 熱電聯(lián)產(chǎn) 綜合熱效可達 85%左右 ，而大型汽輪機組的發(fā)電熱效率一般不超過 40%；區(qū)域鍋爐房的熱效率可達 80% 90%，而分散的小型鍋爐的熱效率 不過 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） 易于實現(xiàn)科學管理，提高供熱質(zhì)量。實現(xiàn)集中供熱是城市能源建設(shè)的一項基礎(chǔ)設(shè)施，是城市現(xiàn)代化的重要標志，也是國家能源合理分配 和利用的一項重要措施。 總之，提高集中供熱的管理水平和實際運行效率既能滿足居民對供熱質(zhì)量的要求、提高居民的節(jié)能意識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，減少工人的勞動強度。不但如此，還能有效地解決供需矛盾，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。 國內(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方面。 硬件研究包括兩個層面： （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，通過改變熱質(zhì)本身的在管網(wǎng)中運行的性態(tài)和參數(shù)達到控制和節(jié)能的目標， 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）等達到優(yōu)化控制的目的。 （二）指中央控制系統(tǒng)，即為了達到管網(wǎng)優(yōu)化而使用的各種硬件設(shè)施，對供熱系統(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。研究內(nèi)容主要包括利用何種硬件能夠更好的支持數(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)，單片機系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，計費系統(tǒng)等，用以對管網(wǎng)本身的各種數(shù)據(jù)進行處理，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)的實際特性進行針對性的算法研究，已到達實際優(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，擔負著熱能輸送的任務(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，其流動參數(shù)，如源點壓力、各節(jié) 點壓力、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)圖論主要以拓撲理論研究物體之間的相互關(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識的點，點之間通過不同形式的線連接起來，用以標識不同的含義，點和線構(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，必須通過矩陣拓撲運算建立系統(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)的識別和調(diào)整一直是供熱系統(tǒng)領(lǐng)域研究的重點。 文獻 7采用基于對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (識的神經(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 絡(luò)兼做在線辯識器，能夠?qū)崿F(xiàn) 制器參數(shù)的在線調(diào)整，可達到熱媒的變流量運行，能夠克 服熱媒定流運行造成的供熱質(zhì)量差、能源浪費、冷熱不均、計費不合理等不足。 石兆玉早在 1994 年出版的供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制 8一書中就闡述了以水為熱媒的熱力系統(tǒng)的運行分析，主要包括（一）水壓圖在設(shè)計運行中的應(yīng)用以及供熱系統(tǒng)水力計算、系統(tǒng)變水力計算， (二 ) 供熱系統(tǒng)熱力工況 力工況分析計算、供熱系統(tǒng)的集中調(diào)節(jié)和局部調(diào)節(jié)、熱力工況的動態(tài)調(diào)節(jié)，（三）多熱源、多負荷的大型集中供熱系統(tǒng)的運行標準探討。 秦緒忠 9通過對供熱供冷輸配系統(tǒng)特點的研究，提出利用相似工況和供熱平衡理論解決、經(jīng)濟性 設(shè)計方法和水力優(yōu)化調(diào)度理論。 管網(wǎng)控制系統(tǒng)優(yōu)化 文獻 11根據(jù)我國集中供熱調(diào)節(jié)的特點，結(jié)合當前供熱網(wǎng)運行特點，提出了城市集中供熱計算機監(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，通過科學調(diào)節(jié)熱源供熱量，實現(xiàn)全網(wǎng)的合理供熱。該文獻指出順利實施供熱計劃是扎實推進的第一步，也是實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵所在，其中對運行調(diào)節(jié)與控制策略及模型的研究是基礎(chǔ)工作。 文獻 12探討的雖然不是供熱系統(tǒng)中的問題，但是對于鍋爐網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制問題對本文還是有一定借鑒作用。文獻 12基 于對鍋爐運行系統(tǒng)的分析，提出對于系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延，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行了分析，并且提出了控制器設(shè)計方法，解決了這些特性給網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)帶來的穩(wěn)定性問題。 李穩(wěn) 13針對供熱系統(tǒng)中的比較典型的控制與調(diào)度問題，提出了一種基于 把熱網(wǎng)中每一個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)展和社會的進步，以先進的自動控制技術(shù)代替人工與半人工對大型集中供熱管網(wǎng)的控制是大勢所趨。 文獻 14提出通過建立精準的數(shù)學模型來預(yù)估供熱管網(wǎng)的熱力、水力工況實現(xiàn)對熱網(wǎng)的提前控制。因此，大型集中供熱管網(wǎng)自動控制的三個重要問題為(1)精準的數(shù)學模型（ 2）合適的控制算法（ 3）先進的控制技術(shù)。另外，該文獻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模塊，達到問題簡化的目的；同時，在充分的考慮了熱網(wǎng)的滯后性與衰減性的基礎(chǔ)上，對于管道與換 熱器采用了諧波反應(yīng)法建立模型，對于換熱器，則采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測二次供回水溫度。 在集中供熱過程的變頻技術(shù) 14，主要通過利用變頻泵和變頻風機代替調(diào)節(jié)用風閥水閥以達到供熱過程中調(diào)節(jié)熱介質(zhì)流速以便達到溫度變化的目的。 在我國，對于動力分布式系統(tǒng)的理論研究主要側(cè)重于動力分布式系統(tǒng)的節(jié)能效果分析，也有對動力分布式系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)設(shè)計的研究。 江億 15先在空調(diào)領(lǐng)域提出了用變頻泵和變頻風機代替調(diào)節(jié)用風閥水閥。結(jié)果表明，變速風機和變速泵可節(jié)省能耗，同時改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 狄洪發(fā) 18對分布式變頻系 統(tǒng)在區(qū)域供熱中運行效果作了分析。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)的開發(fā)有利于從宏觀層面判斷管理決策的正確與否，同時也能通過對各種運行數(shù)據(jù)的分析得出直觀反映系統(tǒng)供熱品質(zhì)的得分，若考慮工人的績效，工作成果就有了量化標準；工作成果與獎懲措施相掛鉤 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)；對供熱鍋爐的運行數(shù)據(jù)進行挖掘，挖掘系統(tǒng)運行優(yōu)化目標值，并結(jié)合實際工況要求和人工經(jīng)驗反饋到鍋爐運行參數(shù)設(shè)定值。 文獻 21利用 發(fā)了給出了供熱收費信息系統(tǒng)，并就收費的計量、用戶權(quán)限等進行了定義，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 22給出了供熱管理政策及城市供熱信息管理模型，并就收費的計量、系統(tǒng)宏觀管理、以及用戶權(quán)限等進行了定義，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)的開發(fā)均局限于一些局部子功能，而沒有達到對熱網(wǎng)“管控一體化”的目的。 所謂“管控一體化”，是指系統(tǒng)實施過程中，控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)同時運行，通過與實時信息中心數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接，從中心系統(tǒng)中取得現(xiàn)場數(shù)據(jù)，再進行實時系統(tǒng)圖的查看及數(shù)據(jù)的優(yōu)化、計算、分析，并向管理系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，供管理系統(tǒng)對各項指標考評，為管理者提供決策依據(jù)。 供熱收費管理系統(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) 四費收繳子系統(tǒng) 信息維護子系統(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)計匯總子系統(tǒng) 系統(tǒng)維護子系統(tǒng) 信息維護子系統(tǒng) 第 1 章 緒論 7 圖 策支持系統(tǒng) 云計算的現(xiàn)狀 云計算是 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。 云計算是繼分布式計算，并行計算，網(wǎng)絡(luò)計算，效用計算， 計算概念與模型的不斷被推出以后，計算機工業(yè)界與學術(shù)界又提出的又一個新概念。 云計算是通過互聯(lián)網(wǎng)將超大規(guī)模的計算與存儲資源整合起來，并以可信服務(wù)的形式按需提供給用戶。 云計算是計算機資源公共化在商業(yè)模型上一個重要創(chuàng)新。通過云計算，用戶從繁重，復(fù)雜，易錯的計算機 資源管理中解放出來。 云計算帶來的服務(wù)整合與按需供給將大大提高當前計算資源的利用率，降低服務(wù)的能耗量，并且降低計算資源的出錯概率。 供熱控制 機和諧控制 優(yōu)化目標值 參數(shù)測量值 第 1 章 緒論 8 圖 應(yīng)用角度理解云計算 圖 產(chǎn)業(yè)角度理解云計算 第 1 章 緒論 9 圖 技術(shù)角度理解云計算 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)格計算 (展而來，是由虛擬化(效用計算 (基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（ 平臺即服務(wù)（ 軟件即服務(wù)（ 概念共同演進及發(fā)展的結(jié)果。 可以這樣理解云計算，“云”是存儲于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器集群上的資源，它包括硬件資源（服務(wù)器、存儲器、 ）和軟件資源（應(yīng)用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等），通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務(wù)器中，用戶（企業(yè)或個人）數(shù)據(jù)的運行將更與互聯(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)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。這樣，本地計算機只需發(fā)送指令，便可由云計算提供商提供的集群來完成。 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)濟和社會的發(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，以便使之與不斷擴大城市規(guī)模相適應(yīng)，一直是該領(lǐng)域研究 的難點和熱點。目前國內(nèi)外對該領(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)的模式識別、變頻控制問題。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)控制過程中存在的大量模式識別和控制問題是供熱系統(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)動和時效性。 云計算是 2007 年被提出的一種信息技術(shù)新概念。其核心思想是使計算任務(wù)分布在大量的分布式計算機上，將眾多分布式計算機中的處理器計算能力和數(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)格計算幾種技術(shù)綜合的結(jié)果。 本文將云計算思想引入到熱力系統(tǒng)運算和管理當中，在熱力系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造私有云，利用云計算的優(yōu)勢處理系統(tǒng)中各種復(fù)雜模式識別和判斷等難題，并將這些難題形成的“信息孤島”作為一個個獨立計算的子云區(qū)域，不同的子云區(qū)域之間進行協(xié)調(diào)，用以提升供熱領(lǐng)域信息傳遞的時效性和系統(tǒng)控制及時性，以達到提升供熱領(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)識別等問題的計算和熱網(wǎng)的 控制一直是熱力系統(tǒng)難以克服的瓶頸的問題，主要因為這些問題會在一定范圍內(nèi)造成“信息孤島”和連鎖效應(yīng)，影響整個熱力系統(tǒng)的控制。本文提出基于云計算的供熱系統(tǒng)信息處理和控制模式，引入云計算中的分布處理，并行處理，和網(wǎng)格計算等模式用以解決上述問題造成的“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。闡述當前熱力系統(tǒng)現(xiàn)狀和不足，并提出基于云計算的熱力系統(tǒng)運算和數(shù)據(jù)管理控制技術(shù)。 第二章：云計算在熱力系統(tǒng)上運用的可行性分析。 第三章：利用云計算，解決供熱系統(tǒng)運行和管理中若干技術(shù)難題。 第四章：開發(fā)基 于云計算的供熱系統(tǒng)，并給出主要的界面和說明。 第五章：總結(jié)。 第 2 章 云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行 性 12 第 2 章 云計算在熱網(wǎng)系統(tǒng)運行中的可行性 概述 熱網(wǎng)運行中的平衡與控制，二次網(wǎng)供、回水溫度解耦，熱力管網(wǎng)關(guān)鍵控制參數(shù)識別等問題的計算和熱網(wǎng)的控制一直是熱力系統(tǒng)中的“信息孤島”現(xiàn)象，如何利用云計算的方法對這些加以解決時本文的核心，本章將首先對云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行性進行分析，為本文的后續(xù)工作做好基礎(chǔ)。 云計算的優(yōu)勢和特點 計算的概念 目前，對于云計算的認識在不斷的發(fā)展變化，云計算仍沒有普遍一致的定義。 早 在 1961 年，計算機先驅(qū) 預(yù)言：“未來的計算資源能像公共設(shè)施（如水、電）一樣被使用。” 24 “網(wǎng)格之父”的美國 家實驗室的資深科學家 “ 60文中這樣定義云計算：“云計算是由規(guī)模經(jīng)濟拖動，為互聯(lián)網(wǎng)上的外部用戶提供一組抽象的、虛擬化的、動態(tài)可擴展的、可管理的計算資源能力、存儲能力、平臺和服務(wù)的一種大規(guī)模分布式計算的聚合體” 24。 中國網(wǎng)格計算劉鵬的定義：“云計算將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)” 25。 通過上面的定義可以看出，云計算的俠義定義和廣義定義如下 1）狹義的云計算指的是廠商通過分布式計算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級計算機，以免費或按需租用方式向技術(shù)開發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析以及科學計算等服務(wù)。 第 2 章 云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行 性 13 2）廣義的云計算指廠商通過建立網(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、計算分析等不同類型的服務(wù)。云計算是分布式 計算、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 計算與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系 計算的特點 基于上述定義，云計算的特點可歸納如下 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)負載的動態(tài)變化。用戶使用的資源同業(yè)務(wù)的需求相一致，避免了因為服務(wù)器性能過載或冗余而導(dǎo)致的服務(wù)質(zhì)量下降或資源浪費。 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、基礎(chǔ)設(shè)施等資源，并可以根據(jù)用戶需求，自動分配資源，而不需要系統(tǒng)管理員干預(yù)。 4) 服務(wù)可計費監(jiān)控用戶的資源使用量，并根據(jù)資源的使用情況對服務(wù)計費。 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、智能手機等）隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)訪問云計算服務(wù)。正是因為云計算具有上述 5 個第 2 章 云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行 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算機資源，實現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)即計算機”的構(gòu)想。 計算體系架構(gòu) 云計算的表現(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)）通過在這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口采用中立的方式進行定義的，獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。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)一和通用的方式進行交互。 有以下幾點優(yōu)勢 29： (1)可通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器發(fā)布，從而突破內(nèi)網(wǎng)的限制。 (2)與平臺無關(guān)，減少了業(yè)務(wù)應(yīng)用實現(xiàn)的限制。 (3)具有低耦合性特點，增加和減少業(yè)務(wù)對整個系統(tǒng)的影響較低。 (4)具有可按模塊分階段進行實施的優(yōu)勢。 云計算采用面向服務(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、可用性高、規(guī)模可伸縮等特點，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)，為用戶按需提供實體或虛擬的計算、存儲和網(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、規(guī)?？蓴U展的 服務(wù)； as a 是云計算應(yīng)用程序運行環(huán)境，提供應(yīng)用程序部署與管理服務(wù)。通過 的軟件工具和開發(fā)語言，應(yīng)用程序開發(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、操作系統(tǒng)的管理問題； 第 2 章 云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行 性 15 即服務(wù)層（ as a 基于云計算基礎(chǔ)平臺所開發(fā)的應(yīng)用程序。企業(yè)可以通過租用 服務(wù)解決企業(yè)信息化問題，普通用戶可以通過 服務(wù)將桌面應(yīng)用程序遷移到互聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)應(yīng)用程序的泛在訪問。 圖 計算體系架構(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)管理層還包括計費管理、資源監(jiān)控等管理內(nèi)容。 3) 用戶訪問接口實現(xiàn)了云計算服務(wù)的泛在訪問，通常包括命令行、 務(wù)、 戶等形式。命令行和 務(wù)的訪問模式既可為終端設(shè)備提供應(yīng)用程序開發(fā)接口，又便于多種服務(wù)的組合。 供熱系統(tǒng)運行和管理的特點 現(xiàn)有的城市集中供熱系統(tǒng)運行方式主要四類 28： 第 2 章 云計算在熱網(wǎng)運行和管理中的可行