能源管理系统在城市轨道交通中的应用

　　 1 地铁能耗分析
　　地铁是大运量的城市轨道交通运输系统，也是耗电量的大户。地铁运营过程中消耗能源的主要形式是电能。根据对地铁用电负荷的统计分析，能耗主要分布在列车牵引用电和各种动力照明设备用电，如通风空调、自动扶梯、照明、弱电设备等方面。图1是地铁各系统耗能分布图。


　　从图1中可见，地铁列车牵引用电和各种动力照明用电量比例约各占50%。牵引供电、通风空调、电扶梯、照明等能耗占地铁总能耗的90%左右，是节能工作的重点。因此，应对地铁中主要用电设备以及持续性运转的大负荷容量设备加强能源管理和监控，并对采用变频等节能技术措施的设备做好经济技术考核和对比分析工作。
　　 2 地铁能源管理系统的可行性分析
　　目前，综合监控系统已在全世界范围内的城市轨道交通工程中成功应用，并且带来了良好的经济效益和社会效益。综合监控系统是一个大型的综合自动化系统，它采用通用的软件平台、一致的硬件架构、统一的人机界面，通过对相关系统的集成和互联，建立了一个高度共享的信息平台，实现地铁各系统间的信息互通与资源共享，从而提高了日常管理与调度工作的效率和地铁运营的整体服务水平。
　　另外，国内新建地铁的低压配电柜和环控电控柜已采用智能开关柜设计方案。低压配电柜、环控电控柜内智能网络的构成是柜内智能仪表通过冗余的现场总线，同时通过智能通信管理器将数据信息上传至综合监控系统。采用这种方式不仅能确保采集的设备电能数据能够及时发送到监控系统，而且可靠性高、系统构成简单、经济，便于集中管理。
　　地铁综合监控系统的工业以太网络等硬件和底层现场总线等基础构架，为能源管理系统的实施创造了非常有利的条件。在此基础上，采用先进可靠的能源管理软件、硬件，完全可以建立一套完整的、具有先进水平的地铁能源管理系统。
　　 3 地铁能源管理系统在轨道交通11号线安亭站地块的应用
　　3.1 项目概述
　　安亭站位于上海嘉定区安亭镇曹安公路墨玉路，为上海轨道交通11号线的高架岛式车站，于2010年3月29日启用。上海安科瑞电气股份有限公司于2011年8月承接轨道交通11号线能源管理系统的设计及施工。实现了对配电室内的高压，低压进线、电容补偿、联络、出线回路进行远程监控。Acrel-5000型能源管理系统预留了扩展接口，可方便进行扩展。
　　整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于监控中心值班室(位于中心变配电室内)内，系统采用开放的通讯协议，通过RS-485现场总线与高低压配电系统等相连，实现数据通讯功能。
　　3.2 组网结构
　　该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图2所示共分为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。


现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表和保护装置等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。该项目中包括M5系列综保、ACR系列网络仪表及WHD系列温湿度控制器，共实现对407个现场设备进行监测和管理。
　　网络通讯层是由通讯服务器、接口转换器及总线网络等组成。该层是数据信息交换的桥梁。
　　站控管理层是针对配电网络的管理人员，该层直接面向用户。该层也是系统的最上层部分，主要由能源管理系统软件和必要的硬件设备如计算机、打印机、UPS等组成。
　　3.3 设备参数列表

名称	型号、规格	单位	数量	备注
现场设备层
电力仪表等		只	407
站控管理层
工作站主机	RPC-610 Core2 2.8G/2G/500G +键鼠	台	1	华北工控
显示器	19W"液晶显示器	台	1	AOC
UPS电源	MT1000	台	1	SANTAK
打印机	A4幅面	台	1
操作台	钢木结构含一椅	套	1	上海祥明
能耗分析软件	系统组态软件Acrel-5000	套	1	安科瑞
能耗分析软件	数据存储软件Acrel-dbSQL	套	1	安科瑞
能耗分析软件	电能管理软件Acrel-EnerSys	套	1	安科瑞
能耗分析软件	设备驱动软件Acrel-Driver	套	1	安科瑞
能耗分析软件	报表分析软件	套	1	安科瑞
能耗分析软件	环境监控软件	套	1	安科瑞
网络通讯层
工业网络交换机	D-LINK 8口	台	1	D-LINK
工业串口服务器	NPORT5630-16 RS485接口×16	套	2	MOXA

　　3.4 系统设计参数

遥测正确率：	≥99.9%
模拟量测量综合误差：	＜0.5%
遥测更新周期：	15min（最小分辨率1min可调）
调用画面响应时间：	＜2S
事故推画面时间：	＜2S
网络速率：	10M/100M
工作环境温度范围：	-20℃~+55℃
相对温度：	≤95%（25℃）
历史曲线日报，月报储存时间	≥1年
系统使用寿命：	≥5年
系统平均无故障时间MTBF：	≥30000小时

　　3.5 系统功能及软件界面
3.5.1 分类、分项能耗数据统计
　　系统具备历史数据、报警信息等的存储功能，存储历史数据保存时间大于三年。系统同时具备将分类、分项能耗数据按“需要发送至上级数据中心的能源数据”的要求发送至上级数据中心的功能。界面如图3。
　　3.5.2 能耗数据的实时监测
　　系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板;系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询;系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。界面如图4。
　　3.5.3 用能情况的同、环比分析
　　对各分类、分项能耗(标准煤量或千瓦时)和单位面积能耗(标准煤量或千瓦时)进行按月、年同比或环比分析。可预置、显示、查询和打印常用建筑能耗统计报表。界面如图5。
　　3.5.4 建筑能耗数据分析
　　系统对分类、分项能耗数据进行采集汇总后，可生成各种数据图表、饼图、柱状图等，实时反映和对比各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况。系统可按总能耗和单位面积能耗进行逐日、逐月、逐年汇总，并以坐标曲线等各形式显示、查询和打印。界面如图6。
　　3.5.5 远程网络访问功能
　　系统以Web发布后可进行远程网络访问。基于.Net平台，使用ASP.Net、JQuery技术开发，可通过Internet访问，具有跨平台的特性，用户可通过各种移动终端(笔记本、平板电脑、手机等)访问。界面如图7。


　　4 结语
　　“只有可被测量的才是可被管理的。”地铁能源管理系统的总目标是建立一个全线性或者整个城市轨道交通网络的能源管理系统，构建一个覆盖列车牵引用电、各车站动力照明设备用电，以及车辆段电能、燃气、自来水等能源介质的自动监控系统。地铁在满足公共交通功能需求的同时，应按照合理用能的原则，推进先进节能技术的应用，加强节能管理和能耗控制，以提高能源利用效率，降低运营成本。