試論地鐵能源管理存在的問題與能源管理系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：現(xiàn)階段，全國各大城市的地鐵系統(tǒng)全都是依靠電能驅(qū)動實現(xiàn)有效運營，因此，城市地鐵對于電力資源的需求十分龐大，電能消耗也成為了其主要的成本支出內(nèi)容之一。但遺憾的是，目前國內(nèi)各大城市的地鐵系統(tǒng)在電力資源管理方面依然存在一些短板，如何進(jìn)一步提升電力資源的使用效率，從而降低地鐵系統(tǒng)的運營成本，是一個值得地鐵行業(yè)關(guān)注的問題。本文以此為背景，針對城市地鐵能源管理存在的問題進(jìn)行了深入的剖析，同時給出了兩種常見的能源管理系統(tǒng)的設(shè)計思路，結(jié)合作者自身的實踐工作經(jīng)驗，給出了一套具體的設(shè)計方案，希望可以幫助國內(nèi)城市地鐵進(jìn)一步提升自身的電力資源管理能力。

關(guān)鍵詞：能源;城市地鐵;管理系統(tǒng)

1? 引言

隨著人類整體工業(yè)文明水準(zhǔn)的不斷進(jìn)步，世界各國對于能源的需求也在不斷增長，由此也造成了地球能源開采過度，以及自然生態(tài)環(huán)境逐漸惡化等諸多問題，作為一個負(fù)責(zé)任的大國，中國更是將節(jié)能減排列入了國家發(fā)展的重要目標(biāo)。與此同時，國內(nèi)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多的地鐵線路投入到運營中，為城市交通發(fā)展帶來了巨大便利，但在這一過程中，地鐵系統(tǒng)也成為了電力資源消耗的大戶，并且在實際的地鐵系統(tǒng)運營過程中，依然存在諸多環(huán)節(jié)，電能的使用效率還沒有完全達(dá)到預(yù)期，這在造成電力資源浪費的同時，也增加了地鐵系統(tǒng)的運營成本[1]。因此，在城市地鐵系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計科學(xué)合理的能源管理系統(tǒng)，可以有效提升地鐵系統(tǒng)中各項設(shè)備的電能使用效率，如此既是符合國家節(jié)能減排戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，同時也能有效降低地鐵系統(tǒng)的運營成本，而能源管理系統(tǒng)的設(shè)計首先要對于地鐵能源管理現(xiàn)存的主要問題進(jìn)行深入剖析。

2? 地鐵能源管理存在的問題

2.1以事后統(tǒng)計為主，缺乏主動管理

目前，國內(nèi)大部分城市的地鐵系統(tǒng)，能源管理方面普遍缺乏主動管理，往往都是采用相對粗獷的方式，被動統(tǒng)計每天的電能消耗，這種事后統(tǒng)計為主的管理方式，并不能真正有效對于地鐵運營系統(tǒng)的電力消耗實現(xiàn)管理和優(yōu)化。

2.2運行參數(shù)與能源消耗統(tǒng)計粗放

運行參數(shù)與能源消耗統(tǒng)計粗放是當(dāng)前國內(nèi)各大城市地鐵運營系統(tǒng)能源管理工作所存在的第二個問題，現(xiàn)有的管理模式通常只會對一些主要的能源消耗環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視，缺乏對于地鐵系統(tǒng)整體能耗的精確統(tǒng)計，而且普遍采用手工記錄的方式，這也使得在優(yōu)化電力資源使用率的時候，缺少精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的支撐[2]。

2.3管理系統(tǒng)功能單一

目前國內(nèi)各大城市地鐵項目所采用的能源管理系統(tǒng)還普遍存在功能單一的問題，大部分的能源管理系統(tǒng)只是簡單提供數(shù)據(jù)采集和顯示功能，卻無法對系統(tǒng)內(nèi)各項設(shè)備的能耗情況進(jìn)行有效的監(jiān)聽和預(yù)警，系統(tǒng)整體的自動化程度不高。

3? 兩種常見的能源管理系統(tǒng)的設(shè)計思路

3.1能源管理系統(tǒng)獨立自成系統(tǒng)方案

在城市地鐵系統(tǒng)中，設(shè)計能源管理系統(tǒng)存在兩種常見的思路，其中第一種思路就是讓能源管理系統(tǒng)獨立日程一整套系統(tǒng)方案，也就是能源管理系統(tǒng)擁有獨立的能源管理線路、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸通道。通過這一思路設(shè)計出來的能源管理系統(tǒng)，與地鐵的綜合監(jiān)控系統(tǒng)相互獨立，因此存在一定程度的功能疊加和系統(tǒng)資源浪費，不能夠充分利用地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)存在的各種軟硬件資源，因此，這一設(shè)計思路在實踐中的應(yīng)用并不多。

3.2能源管理系統(tǒng)與既有監(jiān)控系統(tǒng)資源共享方案

第二種設(shè)計思路則完全相反，能源管理系統(tǒng)與現(xiàn)有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行資源共享，電力資源數(shù)據(jù)將通過變電所綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行采集和傳輸，而其他類型的資源消耗則通過環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行采集傳輸，同時，能源管理系統(tǒng)還將利用地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的軟硬件來實現(xiàn)自身的中央級功能[3]。這種設(shè)計思路的方案有著顯而易見的好處，就是可以提升地鐵系統(tǒng)整體的資源利用效率，并且有效降低能源管理系統(tǒng)自身的建設(shè)成本。

4? 城市地鐵能源管理系統(tǒng)的設(shè)計方案

4.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

電能質(zhì)量管理系統(tǒng)整體架構(gòu)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由中央層、車站層能源管理的計算機網(wǎng)絡(luò)、主干通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、車站設(shè)備層現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)組成。現(xiàn)場層設(shè)備可通過智能儀表、馬達(dá)保護(hù)器、變頻器、軟啟動設(shè)備數(shù)據(jù)實對低壓開關(guān)、風(fēng)機、冷水機組、電扶梯等設(shè)備電量采集。系統(tǒng)可以實時監(jiān)控能源管理設(shè)備的狀態(tài)信息，包括設(shè)備的實時數(shù)據(jù)、報警狀態(tài)，可以對各類用電數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析;系統(tǒng)可根據(jù)實際需求形成各類用電報表，系統(tǒng)同時提供車站分類能耗匯總界面。

4.2能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測

4.2.1 電能表計用電量顯示

電能表計分為電力智能儀表和環(huán)控設(shè)備表計，其中，環(huán)控設(shè)備部分按5級劃分，軟件功能實現(xiàn)可實現(xiàn)電力開關(guān)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及各級設(shè)備電能數(shù)據(jù)顯示。各級設(shè)備用電數(shù)據(jù)包括正向有功電度、正向無功電度、反向有功電度、反向無功電度，用戶可通過軟件實時查看各級系統(tǒng)、設(shè)備實時用電情況。

4.2.2 實時電能趨勢

能源管理系統(tǒng)可以實時記錄并顯示電能趨勢，系統(tǒng)通過對于電能瞬間值的實時采集，以及所積累的歷史數(shù)據(jù)，可以將電能的實時消耗趨勢圖直接展示出來，同時又基于人工智能算法，可以對未來一段時間內(nèi)的電能消耗趨勢進(jìn)行預(yù)測，從而實現(xiàn)電力資源的合理分配，滿足不同用戶對于電能數(shù)據(jù)的使用需求。

4.2.3 能耗數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)設(shè)置能耗數(shù)據(jù)查詢功能，可顯示車站指定回路開關(guān)查詢時間段內(nèi)記錄的所有能耗數(shù)據(jù)，包括有功、無功電度等，選擇條件包括車站、分類、分項、設(shè)備、時刻、時間段，支持分組設(shè)備查詢、數(shù)據(jù)列表、數(shù)據(jù)導(dǎo)出Excel文件等功能，方便用戶對任意能耗數(shù)據(jù)的查詢。

4.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

該功能提供對采集的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，主要包含電流、功率（包含有功功率、無功功率、視在功率）、電度等，電流和功率實現(xiàn)最大值、最小值，電度實現(xiàn)累加值，可實現(xiàn)最小周期1小時進(jìn)行統(tǒng)計。

4.2.5 報表功能

能源管理系統(tǒng)的最后一項重要功能就是自動生成各種報表，通過這一功能可以擺脫傳統(tǒng)電力資源管理模式中，依靠人工記錄的工作方式，這不僅可以提升數(shù)據(jù)記錄和報表展現(xiàn)的準(zhǔn)確性，同時，系統(tǒng)自動的數(shù)據(jù)記錄可以到達(dá)非常精細(xì)的顆粒度，因此系統(tǒng)的報表功能也可以任意切分到不同層面，無論是電量統(tǒng)計報表、負(fù)荷統(tǒng)計報表等，都可以自動輸出與之對應(yīng)的日報和月報，并且系統(tǒng)還支持將報表轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的Excel文件，方便管理者隨時進(jìn)行下載。

5? 結(jié)束語

綜上所述，目前國內(nèi)各大城市的地鐵運營項目普遍存在能源管理系統(tǒng)不完備的情況，傳統(tǒng)的管理模式無法有效提升電力資源的使用效率，通過本文所提出的地鐵能源管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對于地鐵系統(tǒng)內(nèi)部，列車牽引用電、車站動力用電、商業(yè)用電和照明用電所有能源消耗維度的自動監(jiān)控，從而形成詳實且充分量化的能源管理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)按照考核指標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容生成報表，并自動分析當(dāng)前用能達(dá)標(biāo)與否，并對能耗異常情況進(jìn)行報警，及時排除異?；虿扇∠鄳?yīng)的措施，同時根據(jù)各部門的能耗發(fā)展趨勢，對能耗增長過快的部分進(jìn)行預(yù)警。最終可以幫助地鐵系統(tǒng)構(gòu)建合理有效的KPI指標(biāo)體系，結(jié)合單位考核管理，促進(jìn)各部門及其員工行為節(jié)能，減少能耗，降低用能支出，提高運營效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]褚紅健，李佑文，李寅.地鐵能源管理系統(tǒng)中基于模型的設(shè)備數(shù)據(jù)查詢展示方法分析[J].無線互聯(lián)科技，2019，16（23）：53-55.

[2]胡蜜.區(qū)域能源系統(tǒng)在地鐵車站的應(yīng)用分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2019，38（07）：54-56+78.

[3]趙廣嶺，王英龍，譚銀玲，王釗.哈爾濱地鐵能源管理系統(tǒng)建設(shè)分析[J].交通企業(yè)管理，2019，34（01）：82-84.

作者簡介：

徐達(dá)（1986-11-09），男，蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司運營二分公司綜合監(jiān)控工程師，本科學(xué)歷，中級工程師，研究方向為城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。