城市轨道交通能源管理系统探讨

摘要：电能消耗是地铁运营成本的重要输出之一，目前各地铁均无完善的能源管理系统。如何合理布局能源设施配置和管控功能，实现电能有效利用、降低成本，是摆在地铁运营行业面前的全新课题。在这一背景下，本文论述一种能源管理系统的应用，通过对设备能耗进行监测，实时掌握各系统能耗状况，并对系统能耗进行科学分析，提高电能管理水平。

0引言

随着能源日益紧张和环境恶化，能源使用变成一个关系人类生存与可持续发展的急迫问题，寻找提高能源利用效率的解决之道成为小到社会家庭,大到企业与政府等全社会的共同责任。

广州地铁现已开通运营共计16条线路，总里程达531km，列车牵引用电、设备系统、照明等用电是日常运营成本的主要构成部分之一。目前地铁行业暂无完善的能源管理系统对电能进行科学的管理。

1系统介绍

1.1系统分类

能源管理系统将各主要电能用电系统、设备进行科学分类[1]后，通过能源在线计量、能源负荷和质量监测、能耗数据统计形成能耗数据基础数据，后期通过节能潜力分析、节能控制、节能效果验证、节能管理等多种手段，实现科学用能、合理用能，以提高电能管理水平。

电能质量管理系统将系统设备按用电特性分为六级。

1.2系统架构

电能质量管理系统整体架构[2]采用分布式网络结构，如图2所示，系统由中央层、车站层能源管理的计算机网络、主干通信传输网络、车站设备层现场控制网络组成，现场层设备可通过智能仪表、马达保护器、变频器、软启动设备数据实对低压开关、风机、冷水机组、电扶梯等设备电量采集;系统可以实时监控能源管理设备的状态信息，包括设备的实时数据、报警状态;系统可以对各类用电数据进行对比分析;系统可根据实际需求形成各类用电报表;系统同时提供车站分类能耗汇总界面。

1.3能耗数据监测

1.3.1电能表计用电量显示

电能表计分为电力智能仪表和环控设备表计，其中，环控设备部分按5级划分，软件功能实现可实现电力开关的设备状态监视及各级设备电能数据显示，各级设备用电数据包括正向有功电度、正向无功电度、反向有功电度、反向无功电度，用户可通过软件实时查看各级系统、设备实时用电情况。

1.3.2实时电能趋势

电能质量管理系统实时采集电能瞬时值，系统通过实时趋势图方式可展现电能数据，包括但不限于开关的三相电压、三相电流、功率、谐波、功率因数数据，有利于对电能质量的全过程进行分析，满足不同用户对电能数据的使用需求。

1.3.3能耗数据查询

系统设置能耗数据查询功能，可显示车站指定回路开关查询时间段内记录的所有能耗数据，包括有功、无功电度等，选择条件包括车站、分类、分项、设备、时刻、时间段，支持分组设备查询、数据列表、数据导出Excel文件等功能，方便用户对任意能耗数据的查询。

1.3.4电能趋势显示

针对电能质量数据，系统可根据不同的时段、变电所、供电区域等，生成所有相关数据曲线，可以显示实时或者历史模拟量的曲线(包括平均值、最大值、最小值等)。当进行实时曲线显示时，曲线按照一定周期自动刷新。可以选择曲线进行平移、无级缩放等操作。曲线画面中同时显示的数量、曲线颜色、显示比例可以由用户自行定义。

1.3.5数据统计

该功能提供对采集的电能质量数据，主要包含电流、功率(包含有功功率、无功功率、视在功率)、电度等，电流和功率实现最大值、最小值，电度实现累加值，可实现最小周期1小时进行统计。

1.3.6报表功能

系统可提供能源管理报表的格式有日报、月报、季报、年报等,包含但不限于用电量统计报表、分时电量统计报表、日负荷统计报表、电量原始数据报表等，系统报表可导出为Excel格式文件，各种报表可进行自动生成及存储。

2节能管理

2.1节能管控的总体思路

(1)充分利用能源管控平台，细化节能管控的颗粒度，制定车站的节能管控目标，做到精细节能。

(2)纵向的节能管控，依据各站过往的能耗数据，制定车站环控及照明等各分类能耗制定相应标准。

(3)横向的节能管控，针对同类的车站，进行能耗的对比分析，寻找差异原因，制定针对性的整改措施。

2.2节能管控标准

基于各线路牵引能耗以及车站能耗的实际情况，以能源管理系统中的相关分类能耗作为节能管控中的能耗指标制定基础，主要对车站分类制定能耗标准。

(1)线路车站各类能耗指标按不同车站制定，每个车站的每个分类能耗制定一个能耗指标。

(2)各车站根据不同情况分别制定能耗标准，以线路典型站为例制定节能标准。

2.3节能数据分析

2.3.1车站实时能耗分析

车站实时能耗是对车站的进线电表的电流、电压能耗以及电能质量进线实时监控，同时显示所选车站当天的分类能耗以及设备分组能耗数据，包括但不限于车站列表、车站进线数据、车站分类能耗数据、车站分时能耗数据、设备分组能耗，使用部门可根据实际需求查询导出相关数据进行能耗分析。

2.3.2分类能耗数据分析

车站分类电能已实现以车站为单位，统计分析照明用电、动力用电、商业用电、其他用电等各个大分类的电能对比饼图，显示各个分类的用电百分比，根据车站设施运营用电数据，对用电超标情况进行分析。

针对未达到能耗标准的类别，各系统责任部门需对能耗数据分析，结合各级系统间用电量占比，特定设备用电量与环境因素的关系，用户对用电量占比高的系统、用能耗量占比大的设备进行专项分析改进节能措施，提升电能有效利用率。

3应用前景

3.1提供数据依据

为地铁建设和运营、设计与工程实施等单位，规划、设计与建设(改造)城市轨道交通能源自动化、智能化管理，节能研究和科研等提供参考或决策依据。

3.2实现地铁能源有效管理

(1)能源能耗统计、分析、管理、考核提供依据;

(2)建立能耗定额管理制度，健全能耗定额管理与考核机制，制定或调整用能指标;

(3)按周期进行能耗公示和排序，促进节约用能。

3.3提升地铁经济和社会效益

(1)为站内民用通信、公安、商铺、自动售货机、ATM机、广告照明等提供用电、用水等计费依据，增加地铁运营单位经济收益;

(2)促进地铁集团整体系统性节能降耗;

(3)真实反映地铁路站等包括各类商铺能源状况及其用电、用水等能耗设备，掌握其实际用能和实时负荷，规范用能管理和秩序，尤其是安全用能消除隐患，切实保障地铁运行安全。

4结论

“凡是能被科学讨论的，必须是可以测量的。”，地铁能源管理系统是覆盖列车牵引用电、车站动力用电、照明用电、商业用电的自动监控系统。在满足正常交通运输需求的前提下,建立全网、各线路、各站点的能耗评价指标体系，依据各类能耗标准及定额对各线路、各站点用能系统进行考核。系统按照考核指标的相关内容生成报表，并自动分析当前用能达标与否，并对能耗异常情况进行报警，及时排除异常或采取相应的措施。同时根据各部门的能耗发展趋势，对能耗增长过快的部分进行预警。构建合理有效的KPI指标体系，结合单位考核管理，促进各部门及其员工行为节能，减少能耗，降低用能支出，提高运营效益。

参考文献：

[1]张韬.地铁能源管理系统现状及发展[J].仪器仪表标准化与计量，2012,(03).

[2]韩冶.城市轨道交通能源管理系统设计方案[J].铁道标准设计，2013,(06).