能源管理系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用

1 地鐵能耗分析

地鐵是大運量的城市軌道交通運輸系統(tǒng)，也是耗電量的大戶。地鐵運營過程中消耗能源的主要形式是電能。根據(jù)對地鐵用電負荷的統(tǒng)計分析，能耗主要分布在列車牽引用電和各種動力照明設備用電，如通風空調、自動扶梯、照明、弱電設備等方面。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力照明用電量比例約各占50%。牽引供電、通風空調、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。因此，應對地鐵中主要用電設備以及持續(xù)性運轉的大負荷容量設備加強能源管理和監(jiān)控，并對采用變頻等節(jié)能技術措施的設備做好經(jīng)濟技術考核和對比分析工作。

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)已在全世界范圍內的城市軌道交通工程中成功應用，并且?guī)砹肆己玫慕?jīng)濟效益和社會效益。綜合監(jiān)控系統(tǒng)是一個大型的綜合自動化系統(tǒng)，它采用通用的軟件平臺、一致的硬件架構、統(tǒng)一的人機界面，通過對相關系統(tǒng)的集成和互聯(lián)，建立了一個高度共享的信息平臺，實現(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度工作的效率和地鐵運營的整體服務水平。

 另外，國內新建地鐵的低壓配電柜和環(huán)控電控柜已采用智能開關柜設計方案。低壓配電柜、環(huán)控電控柜內智能網(wǎng)絡的構成是柜內智能儀表通過冗余的現(xiàn)場總線，同時通過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備電能數(shù)據(jù)能夠及時發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)，而且可靠性高、系統(tǒng)構成簡單、經(jīng)濟，便于集中管理。

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)絡等硬件和底層現(xiàn)場總線等基礎構架，為能源管理系統(tǒng)的實施創(chuàng)造了非常有利的條件。在此基礎上，采用先進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號線安亭站地塊的應用

3.1 項目概述

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號線能源管理系統(tǒng)的設計及施工。實現(xiàn)了對配電室內的高壓，低壓進線、電容補償、聯(lián)絡、出線回路進行遠程監(jiān)控。Acrel-5000型能源管理系統(tǒng)預留了擴展接口，可方便進行擴展。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

   整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡分布式結構，監(jiān)控主機位于監(jiān)控中心值班室（位于中心變配電室內）內，系統(tǒng)采用開放的通訊協(xié)議，通過RS-485現(xiàn)場總線與高低壓配電系統(tǒng)等相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。

3.2 組網(wǎng)結構

該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網(wǎng)絡結構，如圖2所示共分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡通訊層和現(xiàn)場設備層。

圖2  組網(wǎng)結構圖

現(xiàn)場設備層主要是連接于網(wǎng)絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表和保護裝置等，也是構建該配電系統(tǒng)必要的基本組成元素。該項目中包括M5系列綜保、ACR系列網(wǎng)絡儀表及WHD系列溫濕度控制器，共實現(xiàn)對407個現(xiàn)場設備進行監(jiān)測和管理。

網(wǎng)絡通訊層是由通訊服務器、接口轉換器及總線網(wǎng)絡等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁。

站控管理層是針對配電網(wǎng)絡的管理人員，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備如計算機、打印機、UPS等組成。

3.3 設備參數(shù)列表

3.4 系統(tǒng)設計參數(shù)

3.5 系統(tǒng)功能及軟件界面

3.5.1 分類、分項能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

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

3.5.2 能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測

系統(tǒng)具備良好的開放性，可對用戶需求進行功能擴展，在基本分析功能的基礎上為用戶定制個性化報表和分析模板；系統(tǒng)具有報警管理功能，負責報警及事件的傳送、報警確認及報警記錄功能以便告知用戶或供用戶查詢；系統(tǒng)具備權限管理、系統(tǒng)日志及系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。界面如圖4。

3.5.3 用能情況的同、環(huán)比分析

對各分類、分項能耗（標準煤量或千瓦時）和單位面積能耗（標準煤量或千瓦時）進行按月、年同比或環(huán)比分析。可預置、顯示、查詢和打印常用建筑能耗統(tǒng)計報表。界面如圖5。

3.5.4 建筑能耗數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)對分類、分項能耗數(shù)據(jù)進行采集匯總后，可生成各種數(shù)據(jù)圖表、餅圖、柱狀圖等，實時反映和對比各項采集數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的數(shù)值、趨勢和分布情況。系統(tǒng)可按總能耗和單位面積能耗進行逐日、逐月、逐年匯總，并以坐標曲線等各形式顯示、查詢和打印。界面如圖6。

3.5.5 遠程網(wǎng)絡訪問功能

系統(tǒng)以Web發(fā)布后可進行遠程網(wǎng)絡訪問。基于.Net平臺，使用ASP.Net、JQuery技術開發(fā)，可通過Internet訪問，具有跨平臺的特性，用戶可通過各種移動終端（筆記本、平板電腦、手機等）訪問。界面如圖7。

圖7  遠程網(wǎng)絡訪問功能

4 結語

“只有可被測量的才是可被管理的。”地鐵能源管理系統(tǒng)的總目標是建立一個全線性或者整個城市軌道交通網(wǎng)絡的能源管理系統(tǒng)，構建一個覆蓋列車牽引用電、各車站動力照明設備用電，以及車輛段電能、燃氣、自來水等能源介質的自動監(jiān)控系統(tǒng)。地鐵在滿足公共交通功能需求的同時，應按照合理用能的原則，推進先進節(jié)能技術的應用，加強節(jié)能管理和能耗控制，以提高能源利用效率，降低運營成本。

參考文獻

[1]GB50157—2003 地鐵設計規(guī)范[S].

[2]JGJ16—2008 民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[3]上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

    作者簡介：儲平平，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能配電網(wǎng)供配電，《建筑能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)設計與應用圖集》（圖集號：ACR12CDX301）由安科瑞電氣股份有限公司及山東省建筑電氣技術情報網(wǎng)主編，本圖集結合安科瑞Acrel-5000能耗監(jiān)測系統(tǒng)，依據(jù)電氣設計規(guī)范，滿足國家機關辦公建筑和公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設的要求，達到綠色建筑用能管理科學化、數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)綠色建筑節(jié)能降耗的目的。該圖集的編制得到了中國建筑學會建筑電氣分會、全國建筑電氣設計技術協(xié)作及情報交流網(wǎng)的許多專家的關心和支持，參加審閱的專家有丁杰、王東林、王金元、王勇、孫成群、孫勝進、張文才、李炳華、李蔚、楊德才、沈育祥、邵民杰、陳漢民、陳眾勵、陳建飚、周名嘉、俞志敏、洪偉、夏林、郭曉巖、熊江。圖集適用于新建或改擴建的國家機關辦公建筑和公共建筑的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。凡需要規(guī)程的設計、使用、生產(chǎn)、安裝與施工單位，請?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、郵編、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、郵箱等信息，至安科瑞儲平平工程師收，安科瑞電氣免費贈送。