城市軌道交通能源管理系統(tǒng)研究

摘要：電能消耗是地鐵運(yùn)營成本的重要輸出之一，目前各地鐵均無完善的能源管理系統(tǒng)。如何合理布局能源設(shè)施配置和管控功能，實(shí)現(xiàn)電能有效利用、降低成本，是擺在地鐵運(yùn)營行業(yè)面前的全新課題。在這一背景下，本文論述一種能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用，通過對(duì)設(shè)備能耗進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握各系統(tǒng)能耗狀況，并對(duì)系統(tǒng)能耗進(jìn)行科學(xué)分析，提高電能管理水平。關(guān)鍵詞：軌道交通；能源管理；電能分析；管理系統(tǒng)；降低成本0引言隨著能源日益緊張和環(huán)境惡化，能源使用變成一個(gè)關(guān)系人類生存與可持續(xù)發(fā)展的急迫問題，尋找提高能源利用效率的解決之道成為小到社會(huì)家庭,大到企業(yè)與政府等全社會(huì)的共同責(zé)任。廣州地鐵現(xiàn)已開通運(yùn)營共計(jì)16條線路，總里程達(dá)531km，列車牽引用電、設(shè)備系統(tǒng)、照明等用電是日常運(yùn)營成本的主要構(gòu)成部分之一。目前地鐵行業(yè)暫無完善的能源管理系統(tǒng)對(duì)電能進(jìn)行科學(xué)的管理。1

系統(tǒng)介紹1.1系統(tǒng)分類能源管理系統(tǒng)將各主要電能用電系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行科學(xué)分類后，通過能源在線計(jì)量、能源負(fù)荷和質(zhì)量監(jiān)測、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)形成能耗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后期通過節(jié)能潛力分析、節(jié)能控制、節(jié)能效果驗(yàn)證、節(jié)能管理等多種手段，實(shí)現(xiàn)科學(xué)用能、合理用能，以提高電能管理水平。電能質(zhì)量管理系統(tǒng)將系統(tǒng)設(shè)備按用電特性分為六級(jí)，前四級(jí)分類如圖1所示。1.2

系統(tǒng)架構(gòu)電能質(zhì)量管理系統(tǒng)整體架構(gòu)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，系統(tǒng)由中央層、車站層能源管理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、主干通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、車站設(shè)備層現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)組成，現(xiàn)場層設(shè)備可通過智能儀表、馬達(dá)保護(hù)器、變頻器、軟啟動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)對(duì)低壓開關(guān)、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組、電扶梯等設(shè)備電量采集；系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控能源管理設(shè)備的狀態(tài)信息，包括設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警狀態(tài)；系統(tǒng)可以對(duì)各類用電數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析；系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求形成各類用電報(bào)表；系統(tǒng)同時(shí)提供車站分類能耗匯總界面。1.3

能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測（1）電能表計(jì)用電量顯示電能表計(jì)分為電力智能儀表和環(huán)控設(shè)備表計(jì)，其中，環(huán)控設(shè)備部分按5級(jí)劃分，軟件功能實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)電力開關(guān)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及各級(jí)設(shè)備電能數(shù)據(jù)顯示，各級(jí)設(shè)備用電數(shù)據(jù)包括正向有功電度、正向無功電度、反向有功電度、反向無功電度，用戶可通過軟件實(shí)時(shí)查看各級(jí)系統(tǒng)、設(shè)備實(shí)時(shí)用電情況。（2）實(shí)時(shí)電能趨勢電能質(zhì)量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電能瞬時(shí)值，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)趨勢圖方式可展現(xiàn)電能數(shù)據(jù)，包括但不限于開關(guān)的三相電壓、三相電流、功率、諧波、功率因數(shù)數(shù)據(jù)，有利于對(duì)電能質(zhì)量的全過程進(jìn)行分析，滿足不同用戶對(duì)電能數(shù)據(jù)的使用需求。（3）能耗數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)設(shè)置能耗數(shù)據(jù)查詢功能，可顯示車站指定回路開關(guān)查詢時(shí)間段內(nèi)記錄的所有能耗數(shù)據(jù)，包括有功、無功電度等，選擇條件包括車站、分類、分項(xiàng)、設(shè)備、時(shí)刻、時(shí)間段，支持分組設(shè)備查詢、數(shù)據(jù)列表、數(shù)據(jù)導(dǎo)出Excel文件等功能，方便用戶對(duì)任意能耗數(shù)據(jù)的查詢。（4）電能趨勢顯示針對(duì)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可根據(jù)不同的時(shí)段、變電所、供電區(qū)域等，生成所有相關(guān)數(shù)據(jù)曲線，可以顯示實(shí)時(shí)或者歷史模擬量的曲線（包括平均值、最大值、最小值等）。當(dāng)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示時(shí)，曲線按照一定周期自動(dòng)刷新?？梢赃x擇曲線進(jìn)行平移、無級(jí)縮放等操作。曲線畫面中同時(shí)顯示的數(shù)量、曲線顏色、顯示比例可以由用戶自行定義。（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)該功能提供對(duì)采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，主要包含電流、功率（包含有功功率、無功功率、視在功率）、電度等，電流和功率實(shí)現(xiàn)最大值、最小值，電度實(shí)現(xiàn)累加值，可實(shí)現(xiàn)最小周期1小時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。（6）報(bào)表功能系統(tǒng)可提供能源管理報(bào)表的格式有日?qǐng)?bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)等,包含但不限于用電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表、分時(shí)電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表、日負(fù)荷統(tǒng)計(jì)報(bào)表、電量原始數(shù)據(jù)報(bào)表等，系統(tǒng)報(bào)表可導(dǎo)出為Excel格式文件，各種報(bào)表可進(jìn)行自動(dòng)生成及存儲(chǔ)。2

節(jié)能管理2.1

節(jié)能管控的總體思路（1）充分利用能源管控平臺(tái)，細(xì)化節(jié)能管控的顆粒度，制定車站的節(jié)能管控目標(biāo)，做到精細(xì)節(jié)能。（2）縱向的節(jié)能管控，依據(jù)各站過往的能耗數(shù)據(jù)，制定車站環(huán)控及照明等各分類能耗制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。（3）橫向的節(jié)能管控，針對(duì)同類的車站，進(jìn)行能耗的對(duì)比分析，尋找差異原因，制定針對(duì)性的整改措施。2.2

節(jié)能管控標(biāo)準(zhǔn)基于各線路牽引能耗以及車站能耗的實(shí)際情況，以能源管理系統(tǒng)中的相關(guān)分類能耗作為節(jié)能管控中的能耗指標(biāo)制定基礎(chǔ)，主要對(duì)車站分類制定能耗標(biāo)準(zhǔn)。（1）線路車站各類能耗指標(biāo)按不同車站制定，每個(gè)車站的每個(gè)分類能耗制定一個(gè)能耗指標(biāo)。（2）各車站根據(jù)不同情況分別制定能耗標(biāo)準(zhǔn)，以線路典型站為例制定節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)見表1。2.3

節(jié)能數(shù)據(jù)分析（1）車站實(shí)時(shí)能耗分析車站實(shí)時(shí)能耗是對(duì)車站的進(jìn)線電表的電流、電壓能耗以及電能質(zhì)量進(jìn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)顯示所選車站當(dāng)天的分類能耗以及設(shè)備分組能耗數(shù)據(jù)，包括但不限于車站列表、車站進(jìn)線數(shù)據(jù)、車站分類能耗數(shù)據(jù)、車站分時(shí)能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備分組能耗，使用部門可根據(jù)實(shí)際需求查詢導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗分析。（2）分類能耗數(shù)據(jù)分析車站分類電能已實(shí)現(xiàn)以車站為單位，統(tǒng)計(jì)分析照明用電、動(dòng)力用電、商業(yè)用電、其他用電等各個(gè)大分類的電能對(duì)比餅圖，顯示各個(gè)分類的用電百分比，根據(jù)車站設(shè)施運(yùn)營用電數(shù)據(jù)，對(duì)用電超標(biāo)情況進(jìn)行分析。針對(duì)未達(dá)到能耗標(biāo)準(zhǔn)的類別，各系統(tǒng)責(zé)任部門需對(duì)能耗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合各級(jí)系統(tǒng)間用電量占比，特定設(shè)備用電量與環(huán)境因素的關(guān)系，用戶對(duì)用電量占比高的系統(tǒng)、用能耗量占比大的設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)分析改進(jìn)節(jié)能措施，提升電能有效利用率。3

應(yīng)用前景3.1

提供數(shù)據(jù)依據(jù)為地鐵建設(shè)和運(yùn)營、設(shè)計(jì)與工程實(shí)施等單位，規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)（改造）城市軌道交通能源自動(dòng)化、智能化管理，節(jié)能研究和科研等提供參考或決策依據(jù)。3.2

實(shí)現(xiàn)地鐵能源有效管理（1）能源能耗統(tǒng)計(jì)、分析、管理、考核提供依據(jù)；（2）建立能耗定額管理制度，健全能耗定額管理與考核機(jī)制，制定或調(diào)整用能指標(biāo)；（3）按周期進(jìn)行能耗公示和排序，促進(jìn)節(jié)約用能。3.3

提升地鐵經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益（1）為站內(nèi)民用通信、公安、商鋪、自動(dòng)售貨機(jī)、ATM機(jī)、廣告照明等提供用電、用水等計(jì)費(fèi)依據(jù)，增加地鐵運(yùn)營單位經(jīng)濟(jì)收益；（2）促進(jìn)地鐵集團(tuán)整體系統(tǒng)性節(jié)能降耗；（3）真實(shí)反映地鐵路站等包括各類商鋪能源狀況及其用電、用水等能耗設(shè)備，掌握其實(shí)際用能和實(shí)時(shí)負(fù)荷，規(guī)范用能管理和秩序，尤其是安全用能消除隱患，切實(shí)保障地鐵運(yùn)行安全。

4

結(jié)論“凡是能被科學(xué)討論的，必須是可以測量的。”，地鐵能源管理系統(tǒng)是覆蓋列車牽引用電、車站動(dòng)力用電、照明用電、商業(yè)用電的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。在滿足正常交通運(yùn)輸需求的前提下,建立全網(wǎng)、各線路、各站點(diǎn)的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，依據(jù)各類能耗標(biāo)準(zhǔn)及定額對(duì)各線路、各站點(diǎn)用能系統(tǒng)進(jìn)行考核。系統(tǒng)按照考核指