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(fù)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(shè)備用電，如通風(fēng)空調(diào)、自動扶梯、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。因此，應(yīng)對地鐵中主要用電設(shè)備以及持續(xù)性運轉(zhuǎn)的大負(fù)荷容量設(shè)備加強能源管理和監(jiān)控，并對采用變頻等節(jié)能技術(shù)措施的設(shè)備做好經(jīng)濟技術(shù)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(nèi)的城市軌道交通工程中成功應(yīng)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(gòu)、統(tǒng)一的人機界面，通過對相關(guān)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(diào)度工作的效率和地鐵運營的整體服務(wù)水平。
另外，國內(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(shè)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(gòu)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(luò)等硬件和底層現(xiàn)場總線等基礎(chǔ)構(gòu)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(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號線安亭站地塊的應(yīng)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(shè)計及施工。實現(xiàn)了對配電室內(nèi)的高壓，低壓進(jìn)線、電容補償、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)留了擴展接口，可方便進(jìn)行擴展。
整個系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控主機位于監(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(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網(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)場設(shè)備層。
圖2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
現(xiàn)場設(shè)備層主要是連接于網(wǎng)絡(luò)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(gòu)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(luò)儀表及WHD系列溫濕度控制器，共實現(xiàn)對407個現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和管理。
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)備如計算機、打印機、UPS等組成。
3.3 設(shè)備參數(shù)列表
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名稱 |
型號、規(guī)格 |
單位 |
數(shù)量 |
備注 |
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現(xiàn)場設(shè)備層 |
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電力儀表等 |
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只 |
407 |
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站控管理層 |
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工作站主機 |
RPC-610 Core2 2.8G/2G/500G +鍵鼠 |
臺 |
1 |
華北工控 |
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顯示器 |
19W"液晶顯示器 |
臺 |
1 |
AOC |
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UPS電源 |
MT1000 |
臺 |
1 |
SANTAK |
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打印機 |
A4幅面 |
臺 |
1 |
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操作臺 |
鋼木結(jié)構(gòu)含一椅 |
套 |
1 |
上海祥明 |
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能耗分析軟件 |
系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-5000 |
套 |
1 |
安科瑞 |
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能耗分析軟件 |
數(shù)據(jù)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(shè)備驅(qū)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(huán)境監(jiān)控軟件 |
套 |
1 |
安科瑞 |
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網(wǎng)絡(luò)通訊層 |
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工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機 |
D-LINK 8口 |
臺 |
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)計參數(shù)
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遙測正確率： |
≥99.9% |
|
模擬量測量綜合誤差： |
＜0.5% |
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遙測更新周期： |
15min（最小分辨率1min可調(diào)） |
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調(diào)用畫面響應(yīng)時間： |
＜2S |
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事故推畫面時間： |
＜2S |
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網(wǎng)絡(luò)速率： |
10M/100M |
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工作環(huán)境溫度范圍： |
-20℃~+55℃ |
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相對溫度： |
≤95%（25℃） |
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歷史曲線日報，月報儲存時間 |
≥1年 |
|
系統(tǒng)使用壽命： |
≥5年 |
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系統(tǒng)平均無故障時間MTBF： |
≥30000小時 |
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(jìn)行功能擴展，在基本分析功能的基礎(chǔ)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(fù)責(zé)報警及事件的傳送、報警確認(rèn)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(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
對各分類、分項能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤量或千瓦時）和單位面積能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤量或千瓦時）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(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(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)訪問功能
系統(tǒng)以Web發(fā)布后可進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問。基于.Net平臺，使用ASP.Net、JQuery技術(shù)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3 分類、分項能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計 圖4 能耗數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測
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)訪問功能
4 結(jié)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(biāo)是建立一個全線性或者整個城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的能源管理系統(tǒng)，構(gòu)建一個覆蓋列車牽引用電、各車站動力照明設(shè)備用電，以及車輛段電能、燃?xì)狻⒆詠硭饶茉唇橘|(zhì)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(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(xiàn)
[1]GB50157—2003 地鐵設(shè)計規(guī)范[S].
[2]JGJ16—2008 民用建筑電氣設(shè)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：
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(wǎng)供配電，Email: whq_861011@163.com 手機：18221933589 QQ:1748707283
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