轨道交通信息化电能管理系统的构建

蒋永兵

轨道交通信息化电能管理系统的构建

蒋永兵

通过对地铁电能管理现状和功能需求的分析，研究了基于综合监控系统的信息化电能管理系统的构建，并提出了具体构建方案。

轨道交通；电能管理；综合监控

0 引言

地铁运营过程中消耗的能源主要是电能，为了降低能耗，减少运营成本，地铁建设和运营管理部门从各个方面和环节采取了一些节能措施，但由于缺少分项能耗数据及用电分析资料的支撑，没有全面系统化的电能管理体系和完善的管理制度、手段，运营部门对地铁设备的电能消耗和节能效果缺乏有效的管理，深入节能挖潜工作存在瓶颈。因此，建立能够定量描述能耗的具体状况、为节能管理提供科学管理工具和技术手段的地铁信息化电能管理系统已经势在必行，这也是开展地铁节能工作的重要基础。

1 地铁电能管理现状

目前，在地铁运营过程中，一般只在主变电所110 kV进线、35 kV牵引变压器及动力变压器高压侧和0.4 kV个别主要馈线回路采集电度计量信息，对低压配电系统的各类负荷用电没有详细分项计量或上送监控系统的信息不够具体、全面，控制中心不能全面监测地铁电能质量和车站、区间的风、水、电各种负荷的电能消耗和耗能分配状况。地铁的进一步节能降耗由于信息化综合电能管理的不完善而存在一定的困难。

地铁传统的电能管理比较粗放，对各设备耗能情况和耗能过程缺乏细致的管理，主要表现有：运行参数和电能消耗统计粗放；电能管理存在盲区；对各系统电能消耗缺乏细致分析；电能管理不成系统、信息化程度不高。

同时，目前电能管理系统的实现方式也各有特点，如北京地铁、上海地铁、南京地铁等地一般是独立设置的电能管理系统或能耗监测系统，广州地铁、长沙地铁等地电能管理系统拟在现场级与变电所综合自动化系统整合，车站级和中心级与综合监控系统进行整合。

总的来说，已经采用电能管理系统或能耗监测系统的地铁线路，不论是采用单独构建系统还是由综合监控系统实现数据分析，其主要功能都是简单的电能消耗数据的采集、监测、分类、统计分析、报表管理、电能质量监测等。

2 信息化电能管理系统功能需求

2.1 基本功能

信息化电能管理系统应具备基本的电能管理功能，主要功能需求如下：

（1）数据采集和存储功能。按设定的采集周期，自动采集多功能智能仪表的数据以及设备运行状态，并自动存储到数据库中。

（2）实时监测功能。对各系统用电实时在线监测，实现对电能的分类、分项、分户计量等。

（3）数据查询和显示功能。用棒图、曲线等显示按日、月、季度、年和时段的电度累积值；用趋势曲线显示电压、电流等模拟量的变化情况；用饼图显示分类、分项能耗的比例。

（4）报表和打印功能。根据用户管理需求生成各类报表并可自动打印存档。

（5）用户权限管理功能。可设置管理员级、操作员级、普通用户权限等。

（6）设备管理功能。对所有监测中的仪表和网络状况进行报警管理，一旦仪表和网络出现异常情况，在设备管理画面立刻显示，并可手动对报警信息进行处理。

（7）数据发布及远传功能。电能数据可在地铁公司内部信息平台予以发布，还可向线网指挥平台上传相关信息。

2.2 高级功能

为实现信息化电能管理，该系统还应具备如下高级功能：

（1）用电及用电指标知识库功能。通过知识库积累的各种工况能耗，分析节能潜力、找到节能重点，通过负荷提前预测，优化各系统运行模式。

（2）能耗综合分析功能。结合行车数据、客流数据、票务收入数据及车站建筑面积等数据生成各种电能消耗指标，用于能耗综合分析。

（3）能耗计划与考核评价功能。根据制定的能耗计划及具体分解指标，自动生成用电报表，根据节能管理考核评价指标对各类电能消耗进行自动评价。

（4）负荷预测功能。根据负荷变化规律，提前进行负荷预测。

（5）节能管理分析功能。将能耗现状与客流、通风空调、电扶梯等系统的运行工况结合起来，从电能分单元能耗分析、电能分类能耗分析、电能利用同比/环比分析等多方面开展节能管理分析。

（6）节能管理辅助决策功能。利用电能数据的分析和考核、评价功能，发现节能空间比较大的用电负荷，促使其进一步采取更加高效的节能措施，并为评估节能措施和节能设备的实际效果提供支持。同时，可通过节能管理辅助决策系统探索新的系统运行方式和管理模式。

3 信息化电能管理系统的构建

3.1 系统总体架构

综合来看，信息化电能管理系统有独立自成系统建设、基于变电所综合自动化系统和综合监控系统资源共享建设2种方案。

（1）独立自成系统建设方案。该方案即由独立的线路级电能统计分析层、站级电能管理层、终端数据采集层及相应的数据传输通道组成。电能管理系统独立于综合监控系统，系统功能虽然完善，但站级管理层和线路级电能统计分析层与变电所综合自动化系统和综合监控系统设备有重复配置的情况，既有系统的潜力没有得到充分利用，而且系统投资较大，目前在全国各地未普遍推广。

（2）基于变电所综合自动化系统和综合监控系统资源共享建设方案。该方案可充分共享既有系统的软硬件资源，提高系统的性价比。另一方面，目前的地铁综合监控系统主要还是面向设备管理，为运营调度服务的监控功能型的系统，主要功能是监控各种设备的运行状态和故障恢复等。而随着轨道交通线网的逐渐形成，综合监控系统必然朝着面向运营管理、面向乘客服务、面向整个城市轨道交通综合指挥管理的方向发展，系统将由监控功能型向监控功能型和任务型结合的方向发展。

综合考虑信息化电能管理系统独立自成系统建设方案、基于变电所综合自动化系统和综合监控系统资源共享建设2种方案，从系统角度考虑，应有效利用既有资源，避免重复建设。因此，推荐利用变电所综合自动化系统和综合监控系统为基础构建信息化电能管理系统。

3.2 系统构成

信息化电能管理系统主要由中央级、车站级、现场级和通信网络构成。

（1）中央级电能管理系统。该系统即是系统应用层，设置在地铁控制中心，完成电能数据的采集、存储、分析和发布，主要硬件设备配置有服务器、工作站、交换机、打印机等。

中央级电能管理系统软、硬件配置有如下2种方案：

a.方案一是完全利用综合监控系统软、硬件设备。即中央级电能管理服务器、工作站、交换机、打印机等与既有综合监控系统完全共享，软件通过综合监控系统集成商基于现有的综合监控系统平台开发满足电能管理系统功能的应用软件。

该方案的优点是软、硬件高度共享，节省投资；缺点是电能管理以管理功能为主，而综合监控以调度、指挥功能为主，如工作站共享，电能管理相关数据在电调工作站显示意义不大，同时目前综合监控系统以国外软件平台为主，缺少基于综合监控软件平台开发信息化电能管理功能的经验，实施存在一定的风险。

b.方案二是与综合监控系统软硬件部分共享。即与综合监控系统共享服务器、交换机、打印机等网络设备，从方便电能管理角度考虑，工作站宜独立设置。软件系统综合监控集成商可采用基于综合监控平台开发的应用软件，也可采用采购已有类似应用经验的软件平台进行开发、优化。该方案资源共享程度高，便于管理。

综合以上分析，考虑系统资源的共享和管理的方便性、工程可实施性，方案二较为适宜。

（2）车站级电能管理系统。该系统设置在地铁车站控制室，完成车站电能数据实时动态采集、监控、趋势图显示和故障异常报警等功能。车站级电能管理系统软硬件与综合监控系统共享。

（3）现场级电能管理系统。该系统由安装于各车站变电所、环控电控室等用电回路的多功能智能仪表和通信处理器等构成，完成底层电能基础数据的采集及底层智能仪表的组网等工作。

现场级电能管理系统通过现场高、低压开关柜、环控电控柜内多功能智能仪表和多串口服务器或通信处理器完成系统组网，将信息上传到车站变电所控制室控制信号屏内，由综合自动化系统的通信处理器完成现场级数据的处理，并通过变电所综合自动化系统与车站级综合监控系统接口。

现场级电能管理系统采用分散、分层式结构设计，按间隔单元划分、模块化设计。

该系统结构如图1所示。

图1 电能管理系统结构示意图

（4）通信网络。电能管理车站级与中央级间的通信传输网络利用综合监控系统通信传输网。

4 结语

通过信息化电能管理系统的构建，对促进地铁在节能管理的分析、考核、评价、决策等方面意义重大，是通过标准化建设、精细化管理实现节能的又一创新手段，为地铁电能在线实时监测、能耗统计分析、节能潜力挖掘、节能管理、节能考核、评价及效果验证等提供了技术支持，能进一步提高地铁电能管理的精细化、信息化水平，也是切实贯彻国家节能减排方针的直接举措。

[1] 《综合监控系统在信息化综合电能管理方面的研究》科研报告. 广州市地下铁道总公司，中铁电气化勘测设计研究院有限公司[R]. 2013.

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[3] 沈静青，顾庆宜，白永保.电能管理在北京地铁中的应用[J].都市快轨交通，2010，23（3）：95-97.

Through the analysis of the status and functional requirements of power management system, this paper researches the construction of power management system based on integrated supervision and control system, and puts forward concrete construction scheme.

Rail transportation; power management; integrated monitoring and control system

U231.8

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：1007-936X(2015)05-0048-03

2015-01-28

蒋永兵.中铁电气化勘测设计研究院有限公司，工程师，电话：15522577118。