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。

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。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*范圍內的城市軌道交通工程中成功應用，并且?guī)砹肆己玫慕洕б婧蜕鐣б?。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，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、經濟，便于集中管理。

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的工業(yè)以太網絡等硬件和底層現(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，采用可靠的能源管理軟件、硬件，*可以建立一套完整的、具有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)據通訊功能。

3.2 組網結構

該系統(tǒng)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(xiàn)場設備層。

現(xiàn)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(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(shù)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(tǒng)的zui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)據統(tǒng)計

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

3.5.2 能耗數(shù)據的實時監(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?？深A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)據分析

系統(tǒng)對分類、分項能耗數(shù)據進行采集匯總后，可生成各種數(shù)據圖表、餅圖、柱狀圖等，實時反映和對比各項采集數(shù)據和統(tǒng)計數(shù)據的數(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 遠程網絡訪問功能

系統(tǒng)以Web發(fā)布后可進行遠程網絡訪問?；?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。

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品手冊.2013.01.版