綜合監控系統能源管理功能的節能分析

雷海英

（中鐵建昆侖地鐵投資建設管理有限公司，四川成都 610100）

針對城市軌道交通系統能耗特點，文章設計了地鐵綜合監控系統的能源管理功能方案，提出能源管理方式、節能控制方法及控制策略，詳細闡述能源管理方式、能耗統計、節能控制策略的詳細軟件配置。

1 能源管理簡介

能源管理是監測、分析供電系統能耗的工具，能源管理系統由控制中央級、車站級的能源管理模塊以及連接兩者的骨干網絡三部分組成。供電系統中的能耗參數、監測的數據分析，可以通過采集變電所開關柜、車站環控電控柜各回路及弱電UPS饋出回路中智能監測儀表中的數據實現。能源管理模塊通過通信接口與骨干網絡連接，在控制中心實現能源監測管理功能。

2 綜合監控系統軟件對實現能源管理的技術支撐

綜合監控系統軟件應具有良好的擴展功能。系統采用模塊化設計，可以實現靈活拼裝，易于擴展，根據用戶需求可以進行二次開發。

（1）開放的接口通信協議，支持不同的子系統接口協議，進行開放式應用開發。

（2）開放的軟件組態開發平臺，允許用戶離線進行實時數據庫的設備類以及IO點、歷史庫、HMI圖像、報表的配置與修改。

（3）可以根據用戶的特定功能需求，定制開發針對性的功能。

（4）車站及變電所FEP采用模塊化軟件結構，具有可擴展的驅動開發框架和統一的數據管理，可以方便地擴展驅動模塊，完成本站所有儀表數據的采集，根據各用電負荷特點對各種用能設備進行節能管理分析及節能控制。

（5）BAS集成于車站綜合監控系統，控制器根據綜合監控系統設置通風空調系統的參數，采集現場環境參數，通過優化控制和智能調節對通風空調系統進行節能控制。

（6）通過骨干網可以將與能源管理相關的數據傳輸至中心服務器。

（7）中心服務器采用模塊化軟件結構，提供CORBA通信軟總線、Tcl腳本和可擴展的面向對象數據結構。中心服務器可以方便地擴展能耗管理軟件模塊，完成能源管理相關的統計、分析、顯示和報表服務功能。

（8）中心操作員站采用模塊化軟件結構，支持腳本開發和圖符定義，能夠方便地實現能源管理相關的曲線、報表和顯示功能。

3 能源統計及管理方案

能源管理系統通過通信接口與車站/車輛段通信系統連接，在控制中心實現能源監測管理功能。

3.1 硬件配置

能源管理方案將充分利用綜合監控系統的可擴展性，利用統一的系統硬件和網絡結構配置實現能耗管理功能。

智能監測儀表配置方案如圖1所示。

圖1 智能監測儀表配置方案

（1）供電層。

在供電局進線處配置帶能耗分析的關口表，在公共連接點處配置該類型的儀表裝置，可以提供很好的計量精度，進行用電結算，有效記錄供電線路的能耗情況，便于后臺分析供電故障來源和原因。

（2）配電層。

根據需要選配計量儀表，在配電層安裝計量儀表的好處為可以統計供電線路線損。

（3）用電層。

在牽引線路可以根據需要安裝能耗儀表或計量儀表，只關注計量信息時，可以安裝計量儀表；在低壓總進線安裝低壓計量儀表，若變壓器上層線路也安裝有計量儀表，可以統計變損；在低壓中應關注負荷回路安裝能耗儀表，可以實時查看負荷用電情況，其他回路按照統計要求安裝計量儀表。車站環控電控柜總進線安裝計量儀表，各變頻風機回路安裝計量儀表，用于計量變頻運行累計電量；弱電UPS饋出回路安裝計量儀表，用于能耗計量。

3.2 功能分配

能耗管理功能涉及車站FEP、骨干網、中心FEP、中心服務器和中心操作站。

（1）車站FEP完成本站所有儀表數據的采集，車站FEP用于車站能耗監測裝置數據采集、計量儀表數據采集、能耗監測裝置的錄波事件和記錄文件采集與存儲。

（2）通過骨干網和中心FEP將與能耗管理相關的數據傳輸至中心服務器。

（3）中心服務器擴展能耗管理軟件模塊，完成能耗管理相關的統計、分析、顯示和報表服務功能。

（4）中心操作員工作站對能耗進行實時監視，管理所轄范圍內供電系統的電能，可以實現能耗管理相關軟件系統的維護、系統運行參數和數據庫的編輯、定義、增擴人機界面等工作。

3.3 功能設計

（1）數據采集功能。

對各儀表數據進行準確、自動采集，可靠地傳送至主站進行綜合處理、分析；實現隨機和定時召喚兩種方式批量采集數據。召喚周期在5min～24h間任意調動，可以對采集數據進行存儲，存儲的間隔在5min～24h內可調。

若遇故障無法讀取數據，系統會發出報警，值班人員可進行人工招抄，系統恢復正常時，自動補測數據，確保數據的完整性和連續性。

為了確保數據的連續性和完整性，系統需要提供多種修補數據方法，如自動補采、人工補采、人工修改以及數據錄入等。

（2）顯示功能。

具有多畫面顯示數據，如表格，曲線、直方圖、餅狀圖以及矢量圖等，操作員通過數據查詢窗口，方便查看某一設備的統計數據、原始數據。

（3）統計曲線。

提供應用平臺，方便用戶對各種電能指標進行統計分析計算，可以根據不同的時段、變電所、供電區域以及不同部門等，生成相關數據曲線。實時數據支持自動刷新，刷新周期可配置。圖形分析允許自定義分析畫面，用戶可以自定義圖表、曲線、棒圖、矢量圖等數據的定義、曲線顏色、顯示比例，可以實現曲線平移、縮放等操作。

主要能耗統計分析圖形包括基波電流、電壓變化曲線及趨勢曲線圖、矢量圖；各次諧波的電流分量、電壓含有率長期趨勢曲線；電網頻率的變化曲線和趨勢曲線；短期閃變值（Pst）、長期閃變值（Plt）變化和趨勢曲線；電流、電壓三相不平衡度變化及趨勢曲線圖；功率因數的變化曲線和趨勢曲線；相序電流、電壓的分析曲線；有功、無功、視在功率的變化和趨勢曲線；ITIC、SEMI曲線分析；污染或超標源的統計分析曲線；超標能耗指標的百分比餅圖分析。

（4）換表以及歸零的處理。

能源管理系統按照電力管理流程，提供換表、換CT、電量追加等業務的處理應用軟件，詳細記錄所有業務操作的修改人、修改原因、修改時間、確認人等信息，統計計算時自動實現有效銜接。

（5）數據編輯及人工置數功能。

為了滿足業務的需要，擁有權限的用戶可以人工錄入、修改數據，詳細記錄操作的修改人、修改時間、修改的數據項等信息，可調閱原始數據與修改后的數據，修改后的數據參與統計計算，修改后的數據并做標志。

（6）數據統計功能。

報表類型模板對所選數據按照不同時段、不同區域、不同類別分別自動制作統計報表。

可以使用報表定制模板建立并保存所需要的模板，并方便地生成不同需求者需要的電能數據報表。

所有報表生成由系統自動完成，也可人工操作，報表按照用戶配置的方案生成各種時間的報表，可以按不同的結算點生成不同的時段報表，生成的報表存儲在配置好的路徑。所有報表格式均基于Excel格式，便于使用。報表格式有時間段、日報、月報、季報、年報，通過報表編輯器，操作者可以簡單地配置報表生成、打印方案，應用模塊依據方案自動生成和打印各種報表，也可以人工增加任務生成報表。

（7）報表瀏覽功能。

可以通過Web發布、訪問、查閱各種能耗數據，發布的信息包括原始數據、派生數據、參數數據、能耗報表、統計圖形（曲線圖、棒圖、餅圖、矢量圖）。

（8）報警功能。

事件可以采用不同的報警方式，包括彈出文字畫面、圖像閃爍、聲音等。發現異常數據和異常情況（包括儀表的異常信息）及時告警并記錄到事件數據庫中，長期保存。

4 結語

隨著城市發展需要，軌道交通的重要性越來越高，為了優化城市環境、提高乘客乘坐的舒適度，需要投入各種機電設備，導致了能耗的不斷增加。為了實現節能降耗，城市軌道交通的能耗分析和節能系統將逐漸發揮重要作用。文章對綜合監控系統的能源管理功能進行分析，闡述利用信息技術提高地鐵運營的能源效率，地鐵運營管理人員可以依據分析情況減少不必要的能源消耗，降低地鐵運營成本，促進地鐵運營的可持續發展。