能源管理系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用

王海芹

安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

1 地鐵能耗分析

地鐵是大運(yùn)量的城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)，也是耗電量的大戶。地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中消耗能源的主要形式是電能。根據(jù)對(duì)地鐵用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)分析，能耗主要分布在列車牽引用電和各種動(dòng)力照明設(shè)備用電，如通風(fēng)空調(diào)、自動(dòng)扶梯、照明、弱電設(shè)備等方面。圖1是地鐵各系統(tǒng)耗能分布圖。

圖1  地鐵各系統(tǒng)耗能分布圖

從圖1中可見，地鐵列車牽引用電和各種動(dòng)力照明用電量比例約各占50%。牽引供電、通風(fēng)空調(diào)、電扶梯、照明等能耗占地鐵總能耗的90%左右，是節(jié)能工作的重點(diǎn)。因此，應(yīng)對(duì)地鐵中主要用電設(shè)備以及持續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)的大負(fù)荷容量設(shè)備加強(qiáng)能源管理和監(jiān)控，并對(duì)采用變頻等節(jié)能技術(shù)措施的設(shè)備做好經(jīng)濟(jì)技術(shù)考核和對(duì)比分析工作。

2 地鐵能源管理系統(tǒng)的可行性分析

    目前，綜合監(jiān)控系統(tǒng)已在全世界范圍內(nèi)的城市軌道交通工程中成功應(yīng)用，并且?guī)��?lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)大型的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，它采用通用的軟件平臺(tái)、一致的硬件架構(gòu)、統(tǒng)一的人機(jī)界面，通過(guò)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的集成和互聯(lián)，建立了一個(gè)高度共享的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地鐵各系統(tǒng)間的信息互通與資源共享，從而提高了日常管理與調(diào)度工作的效率和地鐵運(yùn)營(yíng)的整體服務(wù)水平。

 另外，國(guó)內(nèi)新建地鐵的低壓配電柜和環(huán)控電控柜已采用智能開關(guān)柜設(shè)計(jì)方案。低壓配電柜、環(huán)控電控柜內(nèi)智能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成是柜內(nèi)智能儀表通過(guò)冗余的現(xiàn)場(chǎng)總線，同時(shí)通過(guò)智能通信管理器將數(shù)據(jù)信息上傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)。采用這種方式不僅能確保采集的設(shè)備電能數(shù)據(jù)能夠及時(shí)發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)，而且可靠性高、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，便于集中管理。

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)等硬件和底層現(xiàn)場(chǎng)總線等基礎(chǔ)構(gòu)架，為能源管理系統(tǒng)的實(shí)施創(chuàng)造了非常有利的條件。在此基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)可靠的能源管理軟件、硬件，完全可以建立一套完整的、具有先進(jìn)水平的地鐵能源管理系統(tǒng)。

3 地鐵能源管理系統(tǒng)在軌道交通11號(hào)線安亭站地塊的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概述

安亭站位于上海嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)曹安公路墨玉路，為上海軌道交通11號(hào)線的高架島式車站，于2010年3月29日啟用。上海安科瑞電氣股份有限公司于2011年8月承接軌道交通11號(hào)線能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工。實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電室內(nèi)的高壓，低壓進(jìn)線、電容補(bǔ)償、聯(lián)絡(luò)、出線回路進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。Acrel-5000型能源管理系統(tǒng)預(yù)留了擴(kuò)展接口，可方便進(jìn)行擴(kuò)展。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

   整個(gè)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機(jī)位于監(jiān)控中心值班室（位于中心變配電室內(nèi)）內(nèi)，系統(tǒng)采用開放的通訊協(xié)議，通過(guò)RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線與高低壓配電系統(tǒng)等相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。

3.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2所示共分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。

圖2  組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于電參量采集測(cè)量的各類型的儀表和保護(hù)裝置等，也是構(gòu)建該配電系統(tǒng)必要的基本組成元素。該項(xiàng)目中包括M5系列綜保、ACR系列網(wǎng)絡(luò)儀表及WHD系列溫濕度控制器，共實(shí)現(xiàn)對(duì)407個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。

網(wǎng)絡(luò)通訊層是由通訊服務(wù)器、接口轉(zhuǎn)換器及總線網(wǎng)絡(luò)等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁。 

站控管理層是針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的管理人員，該層直接面向用戶。該層也是系統(tǒng)的最上層部分，主要由能源管理系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS等組成。

3.3 設(shè)備參數(shù)列表

名稱	型號(hào)、規(guī)格	單位	數(shù)量	備注
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層
電力儀表等		只	407
站控管理層
工作站主機(jī)	RPC-610 Core2 2.8G/2G/500G +鍵鼠	臺(tái)	1	華北工控
顯示器	19W"液晶顯示器	臺(tái)	1	AOC
UPS電源	MT1000	臺(tái)	1	SANTAK
打印機(jī)	A4幅面	臺(tái)	1
操作臺(tái)	鋼木結(jié)構(gòu)含一椅	套	1	上海祥明
能耗分析軟件	系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-5000	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件Acrel-dbSQL	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	電能管理軟件Acrel-EnerSys	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件Acrel-Driver	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	報(bào)表分析軟件	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	環(huán)境監(jiān)控軟件	套	1	安科瑞
網(wǎng)絡(luò)通訊層
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)	D-LINK 8口	臺(tái)	1	D-LINK
工業(yè)串口服務(wù)器	NPORT5630-16   RS485接口×16	套	2	MOXA

3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

遙測(cè)正確率：	≥99.9%
模擬量測(cè)量綜合誤差：	＜0.5%
遙測(cè)更新周期：	15min（最小分辨率1min可調(diào)）
調(diào)用畫面響應(yīng)時(shí)間：	＜2S
事故推畫面時(shí)間：	＜2S
網(wǎng)絡(luò)速率：	10M/100M
工作環(huán)境溫度范圍：	-20℃~+55℃
相對(duì)溫度：	≤95%（25℃）
歷史曲線日?qǐng)?bào)，月報(bào)儲(chǔ)存時(shí)間	≥1年
系統(tǒng)使用壽命：	≥5年
系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間MTBF：	≥30000小時(shí)

3.5 系統(tǒng)功能及軟件界面

3.5.1 分類、分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)具備歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等的存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)保存時(shí)間大于三年。系統(tǒng)同時(shí)具備將分類、分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)按“需要發(fā)送至上級(jí)數(shù)據(jù)中心的能源數(shù)據(jù)”的要求發(fā)送至上級(jí)數(shù)據(jù)中心的功能。界面如圖3。

3.5.2 能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)具備良好的開放性，可對(duì)用戶需求進(jìn)行功能擴(kuò)展，在基本分析功能的基礎(chǔ)上為用戶定制個(gè)性化報(bào)表和分析模板；系統(tǒng)具有報(bào)警管理功能，負(fù)責(zé)報(bào)警及事件的傳送、報(bào)警確認(rèn)及報(bào)警記錄功能以便告知用戶或供用戶查詢；系統(tǒng)具備權(quán)限管理、系統(tǒng)日志及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。界面如圖4。

3.5.3 用能情況的同、環(huán)比分析

對(duì)各分類、分項(xiàng)能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤量或千瓦時(shí)）和單位面積能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤量或千瓦時(shí)）進(jìn)行按月、年同比或環(huán)比分析。可預(yù)置、顯示、查詢和打印常用建筑能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表。界面如圖5。

3.5.4 建筑能耗數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)對(duì)分類、分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集匯總后，可生成各種數(shù)據(jù)圖表、餅圖、柱狀圖等，實(shí)時(shí)反映和對(duì)比各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢(shì)和分布情況。系統(tǒng)可按總能耗和單位面積能耗進(jìn)行逐日、逐月、逐年匯總，并以坐標(biāo)曲線等各形式顯示、查詢和打印。界面如圖6。

3.5.5 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)功能

系統(tǒng)以Web發(fā)布后可進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。基于.Net平臺(tái)，使用ASP.Net、JQuery技術(shù)開發(fā)，可通過(guò)Internet訪問(wèn)，具有跨平臺(tái)的特性，用戶可通過(guò)各種移動(dòng)終端（筆記本、平板電腦、手機(jī)等）訪問(wèn)。界面如圖7。

      

圖3  分類、分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)             圖4  能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

      

圖5  用能情況的同、環(huán)比分析              圖6  建筑能耗數(shù)據(jù)分析

圖7  遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)功能

4 結(jié)語(yǔ)

“只有可被測(cè)量的才是可被管理的。”地鐵能源管理系統(tǒng)的總目標(biāo)是建立一個(gè)全線性或者整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的能源管理系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)覆蓋列車牽引用電、各車站動(dòng)力照明設(shè)備用電，以及車輛段電能、燃?xì)狻⒆詠?lái)水等能源介質(zhì)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。地鐵在滿足公共交通功能需求的同時(shí)，應(yīng)按照合理用能的原則，推進(jìn)先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)節(jié)能管理和能耗控制，以提高能源利用效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ16—2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版

作者簡(jiǎn)介：

王海芹，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: whq_861011@163.com 手機(jī)：18221933589  QQ:1748707283