能源管理系統在城市軌道交通中的應用

王海芹

安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

1 地鐵能耗分析

地鐵是大運量的城市軌道交通運輸系統，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。根據對地鐵用電負荷的統計分析，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是地鐵各系統耗能分布圖。

圖1  地鐵各系統耗能分布圖

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，是節能工作的重點。因此，應對地鐵中主要用電設備以及持續性運轉的大負荷容量設備加強能源管理和監控，并對采用變頻等節能技術措施的設備做好經濟技術考核和對比分析工作。

2 地鐵能源管理系統的可行性分析

    目前，綜合監控系統已在全世界范圍內的城市軌道交通工程中成功應用，并且帶來了良好的經濟效益和社會效益。綜合監控系統是一個大型的綜合自動化系統，它采用通用的軟件平臺、一致的硬件架構、統一的人機界面，通過對相關系統的集成和互聯，建立了一個高度共享的信息平臺，實現地鐵各系統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控電控柜已采用智能開關柜設計方案。低壓配電柜、環控電控柜內智能網絡的構成是柜內智能儀表通過冗余的現場總線，同時通過智能通信管理器將數據信息上傳至綜合監控系統。采用這種方式不僅能確保采集的設備電能數據能夠及時發送到監控系統，而且可靠性高、系統構成簡單、經濟，便于集中管理。

地鐵綜合監控系統的工業以太網絡等硬件和底層現場總線等基礎構架，為能源管理系統的實施創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。

3 地鐵能源管理系統在軌道交通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安亭鎮曹安公路墨玉路，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號線能源管理系統的設計及施工。實現了對配電室內的高壓，低壓進線、電容補償、聯絡、出線回路進行遠程監控。Acrel-5000型能源管理系統預留了擴展接口，可方便進行擴展。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

   整個系統采用網絡分布式結構，監控主機位于監控中心值班室（位于中心變配電室內）內，系統采用開放的通訊協議，通過RS-485現場總線與高低壓配電系統等相連，實現數據通訊功能。

3.2 組網結構

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

圖2  組網結構圖

現場設備層主要是連接于網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必要的基本組成元素。該項目中包括M5系列綜保、ACR系列網絡儀表及WHD系列溫濕度控制器，共實現對407個現場設備進行監測和管理。

網絡通訊層是由通訊服務器、接口轉換器及總線網絡等組成。該層是數據信息交換的橋梁。 

站控管理層是針對配電網絡的管理人員，該層直接面向用戶。該層也是系統的最上層部分，主要由能源管理系統軟件和必要的硬件設備如計算機、打印機、UPS等組成。

3.3 設備參數列表

名稱	型號、規格	單位	數量	備注
現場設備層
電力儀表等		只	407
站控管理層
工作站主機	RPC-610 Core2 2.8G/2G/500G +鍵鼠	臺	1	華北工控
顯示器	19W"液晶顯示器	臺	1	AOC
UPS電源	MT1000	臺	1	SANTAK
打印機	A4幅面	臺	1
操作臺	鋼木結構含一椅	套	1	上海祥明
能耗分析軟件	系統組態軟件Acrel-5000	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	數據存儲軟件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	設備驅動軟件Acrel-Driver	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	報表分析軟件	套	1	安科瑞
能耗分析軟件	環境監控軟件	套	1	安科瑞
網絡通訊層
工業網絡交換機	D-LINK 8口	臺	1	D-LINK
工業串口服務器	NPORT5630-16   RS485接口×16	套	2	MOXA

3.4 系統設計參數

遙測正確率：	≥99.9%
模擬量測量綜合誤差：	＜0.5%
遙測更新周期：	15min（最小分辨率1min可調）
調用畫面響應時間：	＜2S
事故推畫面時間：	＜2S
網絡速率：	10M/100M
工作環境溫度范圍：	-20℃~+55℃
相對溫度：	≤95%（25℃）
歷史曲線日報，月報儲存時間	≥1年
系統使用壽命：	≥5年
系統平均無故障時間MTBF：	≥30000小時

3.5 系統功能及軟件界面

3.5.1 分類、分項能耗數據統計

系統具備歷史數據、報警信息等的存儲功能，存儲歷史數據保存時間大于三年。系統同時具備將分類、分項能耗數據按“需要發送至上級數據中心的能源數據”的要求發送至上級數據中心的功能。界面如圖3。

3.5.2 能耗數據的實時監測

系統具備良好的開放性，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；系統具備權限管理、系統日志及系統參數設置等功能。界面如圖4。

3.5.3 用能情況的同、環比分析

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、年同比或環比分析。可預置、顯示、查詢和打印常用建筑能耗統計報表。界面如圖5。

3.5.4 建筑能耗數據分析

系統對分類、分項能耗數據進行采集匯總后，可生成各種數據圖表、餅圖、柱狀圖等，實時反映和對比各項采集數據和統計數據的數值、趨勢和分布情況。系統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 遠程網絡訪問功能

系統以Web發布后可進行遠程網絡訪問。基于.Net平臺，使用ASP.Net、JQuery技術開發，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3  分類、分項能耗數據統計             圖4  能耗數據的實時監測

      

圖5  用能情況的同、環比分析              圖6  建筑能耗數據分析

圖7  遠程網絡訪問功能

4 結語

“只有可被測量的才是可被管理的。”地鐵能源管理系統的總目標是建立一個全線性或者整個城市軌道交通網絡的能源管理系統，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控系統。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，推進先進節能技術的應用，加強節能管理和能耗控制，以提高能源利用效率，降低運營成本。

參考文獻

[1]GB50157—2003 地鐵設計規范[S].

[2]JGJ16—2008 民用建筑電氣設計規范[S].

[3]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2013.01.版

作者簡介：

王海芹，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: whq_861011@163.com 手機：18221933589  QQ:1748707283