試論地鐵能源管理存在的問題與能源管理系統設計

摘 要：現階段，全國各大城市的地鐵系統全都是依靠電能驅動實現有效運營，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容之一。但遺憾的是，目前國內各大城市的地鐵系統在電力資源管理方面依然存在一些短板，如何進一步提升電力資源的使用效率，從而降低地鐵系統的運營成本，是一個值得地鐵行業關注的問題。本文以此為背景，針對城市地鐵能源管理存在的問題進行了深入的剖析，同時給出了兩種常見的能源管理系統的設計思路，結合作者自身的實踐工作經驗，給出了一套具體的設計方案，希望可以幫助國內城市地鐵進一步提升自身的電力資源管理能力。

關鍵詞：能源;城市地鐵;管理系統

1? 引言

隨著人類整體工業文明水準的不斷進步，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，以及自然生態環境逐漸惡化等諸多問題，作為一個負責任的大國，中國更是將節能減排列入了國家發展的重要目標。與此同時，國內城市化進程的不斷推進，越來越多的地鐵線路投入到運營中，為城市交通發展帶來了巨大便利，但在這一過程中，地鐵系統也成為了電力資源消耗的大戶，并且在實際的地鐵系統運營過程中，依然存在諸多環節，電能的使用效率還沒有完全達到預期，這在造成電力資源浪費的同時，也增加了地鐵系統的運營成本[1]。因此，在城市地鐵系統內部設計科學合理的能源管理系統，可以有效提升地鐵系統中各項設備的電能使用效率，如此既是符合國家節能減排戰略發展目標，同時也能有效降低地鐵系統的運營成本，而能源管理系統的設計首先要對于地鐵能源管理現存的主要問題進行深入剖析。

2? 地鐵能源管理存在的問題

2.1以事后統計為主，缺乏主動管理

目前，國內大部分城市的地鐵系統，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，被動統計每天的電能消耗，這種事后統計為主的管理方式，并不能真正有效對于地鐵運營系統的電力消耗實現管理和優化。

2.2運行參數與能源消耗統計粗放

運行參數與能源消耗統計粗放是當前國內各大城市地鐵運營系統能源管理工作所存在的第二個問題，現有的管理模式通常只會對一些主要的能源消耗環節進行監視，缺乏對于地鐵系統整體能耗的精確統計，而且普遍采用手工記錄的方式，這也使得在優化電力資源使用率的時候，缺少精準數據的支撐[2]。

2.3管理系統功能單一

目前國內各大城市地鐵項目所采用的能源管理系統還普遍存在功能單一的問題，大部分的能源管理系統只是簡單提供數據采集和顯示功能，卻無法對系統內各項設備的能耗情況進行有效的監聽和預警，系統整體的自動化程度不高。

3? 兩種常見的能源管理系統的設計思路

3.1能源管理系統獨立自成系統方案

在城市地鐵系統中，設計能源管理系統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獨立日程一整套系統方案，也就是能源管理系統擁有獨立的能源管理線路、數據采集和數據傳輸通道。通過這一思路設計出來的能源管理系統，與地鐵的綜合監控系統相互獨立，因此存在一定程度的功能疊加和系統資源浪費，不能夠充分利用地鐵綜合監控系統中已經存在的各種軟硬件資源，因此，這一設計思路在實踐中的應用并不多。

3.2能源管理系統與既有監控系統資源共享方案

第二種設計思路則完全相反，能源管理系統與現有的綜合監控系統進行資源共享，電力資源數據將通過變電所綜合自動化系統進行采集和傳輸，而其他類型的資源消耗則通過環境設備監控系統進行采集傳輸，同時，能源管理系統還將利用地鐵綜合監控系統中的軟硬件來實現自身的中央級功能[3]。這種設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整體的資源利用效率，并且有效降低能源管理系統自身的建設成本。

4? 城市地鐵能源管理系統的設計方案

4.1系統架構設計

電能質量管理系統整體架構采用分布式網絡結構，系統由中央層、車站層能源管理的計算機網絡、主干通信傳輸網絡、車站設備層現場控制網絡組成。現場層設備可通過智能儀表、馬達保護器、變頻器、軟啟動設備數據實對低壓開關、風機、冷水機組、電扶梯等設備電量采集。系統可以實時監控能源管理設備的狀態信息，包括設備的實時數據、報警狀態，可以對各類用電數據進行對比分析;系統可根據實際需求形成各類用電報表，系統同時提供車站分類能耗匯總界面。

4.2能耗數據監測

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控設備表計，其中，環控設備部分按5級劃分，軟件功能實現可實現電力開關的設備狀態監視及各級設備電能數據顯示。各級設備用電數據包括正向有功電度、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、設備實時用電情況。

4.2.2 實時電能趨勢

能源管理系統可以實時記錄并顯示電能趨勢，系統通過對于電能瞬間值的實時采集，以及所積累的歷史數據，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的電能消耗趨勢進行預測，從而實現電力資源的合理分配，滿足不同用戶對于電能數據的使用需求。

4.2.3 能耗數據查詢

系統設置能耗數據查詢功能，可顯示車站指定回路開關查詢時間段內記錄的所有能耗數據，包括有功、無功電度等，選擇條件包括車站、分類、分項、設備、時刻、時間段，支持分組設備查詢、數據列表、數據導出Excel文件等功能，方便用戶對任意能耗數據的查詢。

4.2.4 數據統計

該功能提供對采集的電能質量數據，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，電流和功率實現最大值、最小值，電度實現累加值，可實現最小周期1小時進行統計。

4.2.5 報表功能

能源管理系統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，這不僅可以提升數據記錄和報表展現的準確性，同時，系統自動的數據記錄可以到達非常精細的顆粒度，因此系統的報表功能也可以任意切分到不同層面，無論是電量統計報表、負荷統計報表等，都可以自動輸出與之對應的日報和月報，并且系統還支持將報表轉為標準的Excel文件，方便管理者隨時進行下載。

5? 結束語

綜上所述，目前國內各大城市的地鐵運營項目普遍存在能源管理系統不完備的情況，傳統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，可以實現對于地鐵系統內部，列車牽引用電、車站動力用電、商業用電和照明用電所有能源消耗維度的自動監控，從而形成詳實且充分量化的能源管理數據。系統按照考核指標的相關內容生成報表，并自動分析當前用能達標與否，并對能耗異常情況進行報警，及時排除異常或采取相應的措施，同時根據各部門的能耗發展趨勢，對能耗增長過快的部分進行預警。最終可以幫助地鐵系統構建合理有效的KPI指標體系，結合單位考核管理，促進各部門及其員工行為節能，減少能耗，降低用能支出，提高運營效益。

參考文獻：

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

[2]胡蜜.區域能源系統在地鐵車站的應用分析[J].建筑熱能通風空調，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建設分析[J].交通企業管理，2019，34（01）：82-84.

作者簡介：

徐達（1986-11-09），男，蘇州軌道交通集團有限公司運營二分公司綜合監控工程師，本科學歷，中級工程師，研究方向為城市軌道交通綜合監控系統、環境與設備監控系統。