《自动化博览》

    摘要：充分利用城市轨道交通综合监控系统跨专业平台，监控信息庞大的特点，着重数据采集、统计和综合分析各种地铁设备能耗数据，结合行业内最新物理设备节能技术，打破各专业单独管理模式，为城市轨道交通运营方面提供更加信息化、综合化、精细化的能耗管理方案，对未来长期运营节约能源和成本具有重要的意义。

   关键词：轨道交通；综合监控系统；能耗管理

   1 引言

   当前我国轨道交通正在经历着跨越式发展的阶段，多条地铁线路的开通运营方便了广大市民的出行。然而，轨道交通也是一个系统设备种类繁多，耗电量巨大、运行成本很高的行业。节能降耗和能源管理是响应国家节能减排号召的需要，也是创建绿色地铁、降低营运成本、实现企业可持续发展和节能环保的需要。目前，国内地铁线路都存在着能耗信息化和精细化程度不高，对地铁重要用电设备的动态用电记录和历史用电记录的统计、分析功能不强，各专业单独管理，综合管理化方案匮乏的情况。

  综合监控系统自2002年开始步入轨道交通监控领域，其最核心的目的就是利用国际最先进的计算机，数据库，网络等技术，打破传统地铁中各专业单独监控的专业壁垒，消除轨道交通中的信息孤岛，打造一个车站一个方案，整个地铁一盘棋的全数字化设备信息管控平台，提高整个地铁的运营自动化水平，降低成本。

   经过多年的项目实施和经验积累，综合监控系统渐成规模，日趋成熟，以广州地铁5号线为例，目前已经做到集成互联地铁，包括电力监控系统（PSCADA）、环境与设备控制系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、信号监视系统（SIG）、自动售检票系统（AFC）、门禁系统（ACS）、屏蔽门监控系统（PSD）、防烟门系统（FG）、广播系统（PA）、闭路电视系统（CCTV）、车载信息系统（TIS）、乘客信息显示系统（PIDS）、调度电话系统（DLT）、通讯集中告警系统（TEL/ALARM）、时钟系统（CLK）等15个地铁重要专业系统，监视数据点达到36万点，监控全线各专业设备上万个。地铁跨专业监控平台已经搭建完毕，专业壁垒已经逐步消除，综合监控目前需要加载更加专业化，实用化的方案来体现其技术优势，来实现地铁多专业整体综合管理。

   当前综合监控系统与地铁能耗系统的需求相结合，通过信息化手段提高能耗管理的水平，为节能减排提供有效的数据和分析平台，完成并优化综合管理调控方案，以达到最终降低地铁能量损耗。本文在分析目前能耗管理的现状后，就如何利用综合监控系统对地铁设备进行能耗管理提出了相关方案的浅析。

   2 轨道交通设备能耗及管理现状

   2.1 轨道交通能耗设备

   轨道交通能耗主要分为两个部分。

   （1）运营车辆所消耗的电能，包括列车运营消耗的电能和车辆段列车出/入库消耗的电能，以及列车试车和试验所消耗的电能。

  （2）动力照明设备所消耗的电能，包括为提供良好乘车环境的设备系统和保证车站安全正常运转的设备系统、车站的商业区照明系统设备，以及运营单位办公所需要的照明设备，其中牵引电能消耗一般占总能耗的20%左右，80%是其他动力照明设备所消耗的电能。

   2.2 当前设备能耗管理现

   为响应国家节能降耗的号召，创建绿色、环保、低碳地铁，国内外最新的节能设备在轨道交通行业内已经有着大量的应用，如：

   （1）电能质量提高技术，如在400V低压侧设置的APF和主变电站中压侧设置的SVG动态无功综合补偿装置。

   （2）制动能量再利用技术，如列车再生制动的能量逆变装置和双向变流器装置。

   （3）变频技术，如电动扶梯变频调速技术，环控设备的变频技术。

   （4）高效节能照明技术，如高效节能的LED灯管的使用。通过这些新设备、新技术的应用不难看出，轨道交通集中于设备方面的能耗管理应用已经小有成效，同时如果能够改变目前局部节能技术的利用和单专业的管理方式，根据整体环境设备情况，综合调节各专业节能设备和模式，对于能耗的节约还有很大潜力可挖掘。综合监控系统就是目前最合适的“挖宝人”。

   3 综合监控系统进行综合能耗管理方案

   综合监控系统进行综合能耗管理需要在以下方面着手。

   3.1 加强采集数据准确性，为设计综合控制方案提供“水源”

   对于调度员和管理人员来说，不能全面监测地铁设备耗能分配状况。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，不能对主要用电设备的能耗信息进行统计、分析，从而无法为用户和管理者提供准确、量化的各类设备耗能统计分析结果和节能管理的决策依据，也就无法做到更加专业的精细综合控制。

   综合监控系统本身已经具备了进行数据分析统计的大量数据源，如车站各变电所动力，牵引馈线用电量数据，站厅、站台、房间、出入口温湿度数据，各风机、风阀设备当前运转情况，各扶梯、电梯运营状态，各照明区间开关/亮度状态，人流信息，视频信息等，这些数据已经能为综合分析提供较为详实的数据。

   为了更加准确地进行精细控制，可考虑在原检测数据基础上，对于重要控制设备增加检测装置，进行专项采集，如低压400V各回路用电量数据（照明，空调等），增加后的设备由原综合监控FEP（通讯处理器）直接进行采集，传送至车站和中心服务器，即可纳入到综合监控数据库中，使分析数据更准确，同时做到改动成本最小。

   3.2 数据统计与分析，为设计综合控制方案提供依据

   综合监控系统是大型监控系统，其本身软件即可提供优秀的统计分析功能，如报表数据、棒图、曲线等，如图1所示。
  
                     
                
                        图1 某车站2006年10月1日动力用电量日报表

   根据图1，可以清晰地看到当天该车站每小时动力用电量，全天用电趋势，如在辅助分析其他低压设备如风机、电灯等用电量及设备运转情况时，可得出各设备相关时段电耗，从而可分析是否可以在某时段对某设备进行节能处理，依据分析结论，可完善调整优化目前方案。
  
                    

                                图2 能耗管理数据矢量分析图 

   如图2、图3所示，对供电系统谐波和曲线分析，可供运营人员定位是造成系统能耗的主要原因，并依据此分析结果进行相应调节和设备调换，使能耗最小化。
    
                     

                          图3 谐波电压含有率变化曲线 

   4 能耗综合处理方案的执行，与综合监控系统控制结合

   根据全面的数据和分析资源，经过有经验的运营设计人员研究优化后，会得出有针对性、实用性强的综合调控节能方案，该方案可以是针对全线的统一方案，也可以是根据某一车站环境特点定制的具体方案，通过综合监控的实时控制功能，使这些方案顺利实施，并可随时修订调节方案。其中先期工作可以从以下几方面考虑。

   （1）牵引用电根据早晚发车收车，借助综合监控PSCADA系统单控、程控、并控功能，根据用电时间及时切断，投入用电负荷，保证车辆运营同时减少设备用电时间，达到降低能耗的目的，并给隧道设备检修提供充足时间。

   （2）动力用电充分考虑用电高峰和低谷区别，利用BAS系统单控、模式控制、时间表控制功能，按需及时启动/停止车站照明、通风模式，大小系统模式，并可定制适合于单个车站特点的能耗调节方案，保证日常运营/检修任务的同时，尽可能优化方案，在少用设备情况下达到相同效果，减少能耗浪费。

   （3）监视人流信息，分析各站早中晚高峰期特点，利用综合监控系统实时控制方式，采用峰谷调节方案在客流稀少时，减少无用设备投入量，降低能耗。

   （4）充分研究各站各子专业设备控制特点，通过综合监控系统对可远程开关设备进行精细控制，停运时关闭无用设备，减少无用设备带电损耗。

   5 结论

   综合监控系统在信息采集和数据的统计、分析、信息共享方面具有独特优势，在能耗管理方面的信息采集、分类汇总、数理统计、综合分析、信息管理、综合方案实时等方面大有可为，同时责无旁贷。相信综合监控系统在近期内必将引领城市轨道交通综合能耗管理变革，对未来长期运营时节约能源、节约成本具有重要的意义，必将提高地铁电能管理的信息化和自动化水平。

   参考文献

   [1] 魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].北京:电子工业出版社,2004.   

   摘自《自动化博览》2012年第二期