雷海英

（中鐵建昆侖地鐵投資建設(shè)管理有限公司，四川成都 610100）

針對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)能耗特點(diǎn)，文章設(shè)計(jì)了地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的能源管理功能方案，提出能源管理方式、節(jié)能控制方法及控制策略，詳細(xì)闡述能源管理方式、能耗統(tǒng)計(jì)、節(jié)能控制策略的詳細(xì)軟件配置。

1 能源管理簡(jiǎn)介

能源管理是監(jiān)測(cè)、分析供電系統(tǒng)能耗的工具，能源管理系統(tǒng)由控制中央級(jí)、車站級(jí)的能源管理模塊以及連接兩者的骨干網(wǎng)絡(luò)三部分組成。供電系統(tǒng)中的能耗參數(shù)、監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，可以通過(guò)采集變電所開關(guān)柜、車站環(huán)控電控柜各回路及弱電UPS饋出回路中智能監(jiān)測(cè)儀表中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。能源管理模塊通過(guò)通信接口與骨干網(wǎng)絡(luò)連接，在控制中心實(shí)現(xiàn)能源監(jiān)測(cè)管理功能。

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件對(duì)實(shí)現(xiàn)能源管理的技術(shù)支撐

綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件應(yīng)具有良好的擴(kuò)展功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)靈活拼裝，易于擴(kuò)展，根據(jù)用戶需求可以進(jìn)行二次開發(fā)。

（1）開放的接口通信協(xié)議，支持不同的子系統(tǒng)接口協(xié)議，進(jìn)行開放式應(yīng)用開發(fā)。

（2）開放的軟件組態(tài)開發(fā)平臺(tái)，允許用戶離線進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)備類以及IO點(diǎn)、歷史庫(kù)、HMI圖像、報(bào)表的配置與修改。

（3）可以根據(jù)用戶的特定功能需求，定制開發(fā)針對(duì)性的功能。

（4）車站及變電所FEP采用模塊化軟件結(jié)構(gòu)，具有可擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)開發(fā)框架和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，可以方便地?cái)U(kuò)展驅(qū)動(dòng)模塊，完成本站所有儀表數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)各用電負(fù)荷特點(diǎn)對(duì)各種用能設(shè)備進(jìn)行節(jié)能管理分析及節(jié)能控制。

（5）BAS集成于車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，控制器根據(jù)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)，采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化控制和智能調(diào)節(jié)對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制。

（6）通過(guò)骨干網(wǎng)可以將與能源管理相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸至中心服務(wù)器。

（7）中心服務(wù)器采用模塊化軟件結(jié)構(gòu)，提供CORBA通信軟總線、Tcl腳本和可擴(kuò)展的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。中心服務(wù)器可以方便地?cái)U(kuò)展能耗管理軟件模塊，完成能源管理相關(guān)的統(tǒng)計(jì)、分析、顯示和報(bào)表服務(wù)功能。

（8）中心操作員站采用模塊化軟件結(jié)構(gòu)，支持腳本開發(fā)和圖符定義，能夠方便地實(shí)現(xiàn)能源管理相關(guān)的曲線、報(bào)表和顯示功能。

3 能源統(tǒng)計(jì)及管理方案

能源管理系統(tǒng)通過(guò)通信接口與車站/車輛段通信系統(tǒng)連接，在控制中心實(shí)現(xiàn)能源監(jiān)測(cè)管理功能。

3.1 硬件配置

能源管理方案將充分利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，利用統(tǒng)一的系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配置實(shí)現(xiàn)能耗管理功能。

智能監(jiān)測(cè)儀表配置方案如圖1所示。

圖1 智能監(jiān)測(cè)儀表配置方案

（1）供電層。

在供電局進(jìn)線處配置帶能耗分析的關(guān)口表，在公共連接點(diǎn)處配置該類型的儀表裝置，可以提供很好的計(jì)量精度，進(jìn)行用電結(jié)算，有效記錄供電線路的能耗情況，便于后臺(tái)分析供電故障來(lái)源和原因。

（2）配電層。

根據(jù)需要選配計(jì)量?jī)x表，在配電層安裝計(jì)量?jī)x表的好處為可以統(tǒng)計(jì)供電線路線損。

（3）用電層。

在牽引線路可以根據(jù)需要安裝能耗儀表或計(jì)量?jī)x表，只關(guān)注計(jì)量信息時(shí)，可以安裝計(jì)量?jī)x表；在低壓總進(jìn)線安裝低壓計(jì)量?jī)x表，若變壓器上層線路也安裝有計(jì)量?jī)x表，可以統(tǒng)計(jì)變損；在低壓中應(yīng)關(guān)注負(fù)荷回路安裝能耗儀表，可以實(shí)時(shí)查看負(fù)荷用電情況，其他回路按照統(tǒng)計(jì)要求安裝計(jì)量?jī)x表。車站環(huán)控電控柜總進(jìn)線安裝計(jì)量?jī)x表，各變頻風(fēng)機(jī)回路安裝計(jì)量?jī)x表，用于計(jì)量變頻運(yùn)行累計(jì)電量；弱電UPS饋出回路安裝計(jì)量?jī)x表，用于能耗計(jì)量。

3.2 功能分配

能耗管理功能涉及車站FEP、骨干網(wǎng)、中心FEP、中心服務(wù)器和中心操作站。

（1）車站FEP完成本站所有儀表數(shù)據(jù)的采集，車站FEP用于車站能耗監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)采集、計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)采集、能耗監(jiān)測(cè)裝置的錄波事件和記錄文件采集與存儲(chǔ)。

（2）通過(guò)骨干網(wǎng)和中心FEP將與能耗管理相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸至中心服務(wù)器。

（3）中心服務(wù)器擴(kuò)展能耗管理軟件模塊，完成能耗管理相關(guān)的統(tǒng)計(jì)、分析、顯示和報(bào)表服務(wù)功能。

（4）中心操作員工作站對(duì)能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，管理所轄范圍內(nèi)供電系統(tǒng)的電能，可以實(shí)現(xiàn)能耗管理相關(guān)軟件系統(tǒng)的維護(hù)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的編輯、定義、增擴(kuò)人機(jī)界面等工作。

3.3 功能設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集功能。

對(duì)各儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、自動(dòng)采集，可靠地傳送至主站進(jìn)行綜合處理、分析；實(shí)現(xiàn)隨機(jī)和定時(shí)召喚兩種方式批量采集數(shù)據(jù)。召喚周期在5min～24h間任意調(diào)動(dòng)，可以對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的間隔在5min～24h內(nèi)可調(diào)。

若遇故障無(wú)法讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，值班人員可進(jìn)行人工招抄，系統(tǒng)恢復(fù)正常時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性。

為了確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，系統(tǒng)需要提供多種修補(bǔ)數(shù)據(jù)方法，如自動(dòng)補(bǔ)采、人工補(bǔ)采、人工修改以及數(shù)據(jù)錄入等。

（2）顯示功能。

具有多畫面顯示數(shù)據(jù)，如表格，曲線、直方圖、餅狀圖以及矢量圖等，操作員通過(guò)數(shù)據(jù)查詢窗口，方便查看某一設(shè)備的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)。

（3）統(tǒng)計(jì)曲線。

提供應(yīng)用平臺(tái)，方便用戶對(duì)各種電能指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，可以根據(jù)不同的時(shí)段、變電所、供電區(qū)域以及不同部門等，生成相關(guān)數(shù)據(jù)曲線。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持自動(dòng)刷新，刷新周期可配置。圖形分析允許自定義分析畫面，用戶可以自定義圖表、曲線、棒圖、矢量圖等數(shù)據(jù)的定義、曲線顏色、顯示比例，可以實(shí)現(xiàn)曲線平移、縮放等操作。

主要能耗統(tǒng)計(jì)分析圖形包括基波電流、電壓變化曲線及趨勢(shì)曲線圖、矢量圖；各次諧波的電流分量、電壓含有率長(zhǎng)期趨勢(shì)曲線；電網(wǎng)頻率的變化曲線和趨勢(shì)曲線；短期閃變值（Pst）、長(zhǎng)期閃變值（Plt）變化和趨勢(shì)曲線；電流、電壓三相不平衡度變化及趨勢(shì)曲線圖；功率因數(shù)的變化曲線和趨勢(shì)曲線；相序電流、電壓的分析曲線；有功、無(wú)功、視在功率的變化和趨勢(shì)曲線；ITIC、SEMI曲線分析；污染或超標(biāo)源的統(tǒng)計(jì)分析曲線；超標(biāo)能耗指標(biāo)的百分比餅圖分析。

（4）換表以及歸零的處理。

能源管理系統(tǒng)按照電力管理流程，提供換表、換CT、電量追加等業(yè)務(wù)的處理應(yīng)用軟件，詳細(xì)記錄所有業(yè)務(wù)操作的修改人、修改原因、修改時(shí)間、確認(rèn)人等信息，統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)有效銜接。

（5）數(shù)據(jù)編輯及人工置數(shù)功能。

為了滿足業(yè)務(wù)的需要，擁有權(quán)限的用戶可以人工錄入、修改數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄操作的修改人、修改時(shí)間、修改的數(shù)據(jù)項(xiàng)等信息，可調(diào)閱原始數(shù)據(jù)與修改后的數(shù)據(jù)，修改后的數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計(jì)計(jì)算，修改后的數(shù)據(jù)并做標(biāo)志。

（6）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。

報(bào)表類型模板對(duì)所選數(shù)據(jù)按照不同時(shí)段、不同區(qū)域、不同類別分別自動(dòng)制作統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

可以使用報(bào)表定制模板建立并保存所需要的模板，并方便地生成不同需求者需要的電能數(shù)據(jù)報(bào)表。

所有報(bào)表生成由系統(tǒng)自動(dòng)完成，也可人工操作，報(bào)表按照用戶配置的方案生成各種時(shí)間的報(bào)表，可以按不同的結(jié)算點(diǎn)生成不同的時(shí)段報(bào)表，生成的報(bào)表存儲(chǔ)在配置好的路徑。所有報(bào)表格式均基于Excel格式，便于使用。報(bào)表格式有時(shí)間段、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)，通過(guò)報(bào)表編輯器，操作者可以簡(jiǎn)單地配置報(bào)表生成、打印方案，應(yīng)用模塊依據(jù)方案自動(dòng)生成和打印各種報(bào)表，也可以人工增加任務(wù)生成報(bào)表。

（7）報(bào)表瀏覽功能。

可以通過(guò)Web發(fā)布、訪問(wèn)、查閱各種能耗數(shù)據(jù)，發(fā)布的信息包括原始數(shù)據(jù)、派生數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、能耗報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖形（曲線圖、棒圖、餅圖、矢量圖）。

（8）報(bào)警功能。

事件可以采用不同的報(bào)警方式，包括彈出文字畫面、圖像閃爍、聲音等。發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)和異常情況（包括儀表的異常信息）及時(shí)告警并記錄到事件數(shù)據(jù)庫(kù)中，長(zhǎng)期保存。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市發(fā)展需要，軌道交通的重要性越來(lái)越高，為了優(yōu)化城市環(huán)境、提高乘客乘坐的舒適度，需要投入各種機(jī)電設(shè)備，導(dǎo)致了能耗的不斷增加。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，城市軌道交通的能耗分析和節(jié)能系統(tǒng)將逐漸發(fā)揮重要作用。文章對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的能源管理功能進(jìn)行分析，闡述利用信息技術(shù)提高地鐵運(yùn)營(yíng)的能源效率，地鐵運(yùn)營(yíng)管理人員可以依據(jù)分析情況減少不必要的能源消耗，降低地鐵運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)地鐵運(yùn)營(yíng)的可持續(xù)發(fā)展。