摘要：充分利用城市軌道交通綜合監控系統跨專(zhuān)業(yè)平臺，監控信息龐大的特點(diǎn)，著(zhù)重數據采集、統計和綜合分析各種地鐵設備能耗數據，結合行業(yè)內最新物理設備節能技術(shù)，打破各專(zhuān)業(yè)單獨管理模式，為城市軌道交通運營(yíng)方面提供更加信息化、綜合化、精細化的能耗管理方案，對未來(lái)長(cháng)期運營(yíng)節約能源和成本具有重要的意義。

   關(guān)鍵詞：軌道交通；綜合監控系統；能耗管理

   1 引言

   當前我國軌道交通正在經(jīng)歷著(zhù)跨越式發(fā)展的階段，多條地鐵線(xiàn)路的開(kāi)通運營(yíng)方便了廣大市民的出行。然而，軌道交通也是一個(gè)系統設備種類(lèi)繁多，耗電量巨大、運行成本很高的行業(yè)。節能降耗和能源管理是響應國家節能減排號召的需要，也是創(chuàng )建綠色地鐵、降低營(yíng)運成本、實(shí)現企業(yè)可持續發(fā)展和節能環(huán)保的需要。目前，國內地鐵線(xiàn)路都存在著(zhù)能耗信息化和精細化程度不高，對地鐵重要用電設備的動(dòng)態(tài)用電記錄和歷史用電記錄的統計、分析功能不強，各專(zhuān)業(yè)單獨管理，綜合管理化方案匱乏的情況。

  綜合監控系統自2002年開(kāi)始步入軌道交通監控領(lǐng)域，其最核心的目的就是利用國際最先進(jìn)的計算機，數據庫，網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)，打破傳統地鐵中各專(zhuān)業(yè)單獨監控的專(zhuān)業(yè)壁壘，消除軌道交通中的信息孤島，打造一個(gè)車(chē)站一個(gè)方案，整個(gè)地鐵一盤(pán)棋的全數字化設備信息管控平臺，提高整個(gè)地鐵的運營(yíng)自動(dòng)化水平，降低成本。

   經(jīng)過(guò)多年的項目實(shí)施和經(jīng)驗積累，綜合監控系統漸成規模，日趨成熟，以廣州地鐵5號線(xiàn)為例，目前已經(jīng)做到集成互聯(lián)地鐵，包括電力監控系統（PSCADA）、環(huán)境與設備控制系統（BAS）、火災報警系統（FAS）、信號監視系統（SIG）、自動(dòng)售檢票系統（AFC）、門(mén)禁系統（ACS）、屏蔽門(mén)監控系統（PSD）、防煙門(mén)系統（FG）、廣播系統（PA）、閉路電視系統（CCTV）、車(chē)載信息系統（TIS）、乘客信息顯示系統（PIDS）、調度電話(huà)系統（DLT）、通訊集中告警系統（TEL/ALARM）、時(shí)鐘系統（CLK）等15個(gè)地鐵重要專(zhuān)業(yè)系統，監視數據點(diǎn)達到36萬(wàn)點(diǎn)，監控全線(xiàn)各專(zhuān)業(yè)設備上萬(wàn)個(gè)。地鐵跨專(zhuān)業(yè)監控平臺已經(jīng)搭建完畢，專(zhuān)業(yè)壁壘已經(jīng)逐步消除，綜合監控目前需要加載更加專(zhuān)業(yè)化，實(shí)用化的方案來(lái)體現其技術(shù)優(yōu)勢，來(lái)實(shí)現地鐵多專(zhuān)業(yè)整體綜合管理。

   當前綜合監控系統與地鐵能耗系統的需求相結合，通過(guò)信息化手段提高能耗管理的水平，為節能減排提供有效的數據和分析平臺，完成并優(yōu)化綜合管理調控方案，以達到最終降低地鐵能量損耗。本文在分析目前能耗管理的現狀后，就如何利用綜合監控系統對地鐵設備進(jìn)行能耗管理提出了相關(guān)方案的淺析。

   2 軌道交通設備能耗及管理現狀

   2.1 軌道交通能耗設備

   軌道交通能耗主要分為兩個(gè)部分。

   （1）運營(yíng)車(chē)輛所消耗的電能，包括列車(chē)運營(yíng)消耗的電能和車(chē)輛段列車(chē)出/入庫消耗的電能，以及列車(chē)試車(chē)和試驗所消耗的電能。

  （2）動(dòng)力照明設備所消耗的電能，包括為提供良好乘車(chē)環(huán)境的設備系統和保證車(chē)站安全正常運轉的設備系統、車(chē)站的商業(yè)區照明系統設備，以及運營(yíng)單位辦公所需要的照明設備，其中牽引電能消耗一般占總能耗的20%左右，80%是其他動(dòng)力照明設備所消耗的電能。

   2.2 當前設備能耗管理現

   為響應國家節能降耗的號召，創(chuàng )建綠色、環(huán)保、低碳地鐵，國內外最新的節能設備在軌道交通行業(yè)內已經(jīng)有著(zhù)大量的應用，如：

   （1）電能質(zhì)量提高技術(shù)，如在400V低壓側設置的APF和主變電站中壓側設置的SVG動(dòng)態(tài)無(wú)功綜合補償裝置。

   （2）制動(dòng)能量再利用技術(shù)，如列車(chē)再生制動(dòng)的能量逆變裝置和雙向變流器裝置。

   （3）變頻技術(shù)，如電動(dòng)扶梯變頻調速技術(shù)，環(huán)控設備的變頻技術(shù)。

   （4）高效節能照明技術(shù)，如高效節能的LED燈管的使用。通過(guò)這些新設備、新技術(shù)的應用不難看出，軌道交通集中于設備方面的能耗管理應用已經(jīng)小有成效，同時(shí)如果能夠改變目前局部節能技術(shù)的利用和單專(zhuān)業(yè)的管理方式，根據整體環(huán)境設備情況，綜合調節各專(zhuān)業(yè)節能設備和模式，對于能耗的節約還有很大潛力可挖掘。綜合監控系統就是目前最合適的“挖寶人”。

   3 綜合監控系統進(jìn)行綜合能耗管理方案

   綜合監控系統進(jìn)行綜合能耗管理需要在以下方面著(zhù)手。

   3.1 加強采集數據準確性，為設計綜合控制方案提供“水源”

   對于調度員和管理人員來(lái)說(shuō)，不能全面監測地鐵設備耗能分配狀況。不能全面監測地鐵電能質(zhì)量和車(chē)站/區間的風(fēng)、水、電各種負荷的電能消耗和耗能分配狀況，不能對主要用電設備的能耗信息進(jìn)行統計、分析，從而無(wú)法為用戶(hù)和管理者提供準確、量化的各類(lèi)設備耗能統計分析結果和節能管理的決策依據，也就無(wú)法做到更加專(zhuān)業(yè)的精細綜合控制。

   綜合監控系統本身已經(jīng)具備了進(jìn)行數據分析統計的大量數據源，如車(chē)站各變電所動(dòng)力，牽引饋線(xiàn)用電量數據，站廳、站臺、房間、出入口溫濕度數據，各風(fēng)機、風(fēng)閥設備當前運轉情況，各扶梯、電梯運營(yíng)狀態(tài)，各照明區間開(kāi)關(guān)/亮度狀態(tài)，人流信息，視頻信息等，這些數據已經(jīng)能為綜合分析提供較為詳實(shí)的數據。

   為了更加準確地進(jìn)行精細控制，可考慮在原檢測數據基礎上，對于重要控制設備增加檢測裝置，進(jìn)行專(zhuān)項采集，如低壓400V各回路用電量數據（照明，空調等），增加后的設備由原綜合監控FEP（通訊處理器）直接進(jìn)行采集，傳送至車(chē)站和中心服務(wù)器，即可納入到綜合監控數據庫中，使分析數據更準確，同時(shí)做到改動(dòng)成本最小。

   3.2 數據統計與分析，為設計綜合控制方案提供依據

   綜合監控系統是大型監控系統，其本身軟件即可提供優(yōu)秀的統計分析功能，如報表數據、棒圖、曲線(xiàn)等，如圖1所示。
  
                     
                
                        圖1 某車(chē)站2006年10月1日動(dòng)力用電量日報表

   根據圖1，可以清晰地看到當天該車(chē)站每小時(shí)動(dòng)力用電量，全天用電趨勢，如在輔助分析其他低壓設備如風(fēng)機、電燈等用電量及設備運轉情況時(shí)，可得出各設備相關(guān)時(shí)段電耗，從而可分析是否可以在某時(shí)段對某設備進(jìn)行節能處理，依據分析結論，可完善調整優(yōu)化目前方案。
  
                    

                                圖2 能耗管理數據矢量分析圖 

   如圖2、圖3所示，對供電系統諧波和曲線(xiàn)分析，可供運營(yíng)人員定位是造成系統能耗的主要原因，并依據此分析結果進(jìn)行相應調節和設備調換，使能耗最小化。
    
                     

                          圖3 諧波電壓含有率變化曲線(xiàn) 

   4 能耗綜合處理方案的執行，與綜合監控系統控制結合

   根據全面的數據和分析資源，經(jīng)過(guò)有經(jīng)驗的運營(yíng)設計人員研究?jì)?yōu)化后，會(huì )得出有針對性、實(shí)用性強的綜合調控節能方案，該方案可以是針對全線(xiàn)的統一方案，也可以是根據某一車(chē)站環(huán)境特點(diǎn)定制的具體方案，通過(guò)綜合監控的實(shí)時(shí)控制功能，使這些方案順利實(shí)施，并可隨時(shí)修訂調節方案。其中先期工作可以從以下幾方面考慮。

   （1）牽引用電根據早晚發(fā)車(chē)收車(chē)，借助綜合監控PSCADA系統單控、程控、并控功能，根據用電時(shí)間及時(shí)切斷，投入用電負荷，保證車(chē)輛運營(yíng)同時(shí)減少設備用電時(shí)間，達到降低能耗的目的，并給隧道設備檢修提供充足時(shí)間。

   （2）動(dòng)力用電充分考慮用電高峰和低谷區別，利用BAS系統單控、模式控制、時(shí)間表控制功能，按需及時(shí)啟動(dòng)/停止車(chē)站照明、通風(fēng)模式，大小系統模式，并可定制適合于單個(gè)車(chē)站特點(diǎn)的能耗調節方案，保證日常運營(yíng)/檢修任務(wù)的同時(shí)，盡可能優(yōu)化方案，在少用設備情況下達到相同效果，減少能耗浪費。

   （3）監視人流信息，分析各站早中晚高峰期特點(diǎn)，利用綜合監控系統實(shí)時(shí)控制方式，采用峰谷調節方案在客流稀少時(shí)，減少無(wú)用設備投入量，降低能耗。

   （4）充分研究各站各子專(zhuān)業(yè)設備控制特點(diǎn)，通過(guò)綜合監控系統對可遠程開(kāi)關(guān)設備進(jìn)行精細控制，停運時(shí)關(guān)閉無(wú)用設備，減少無(wú)用設備帶電損耗。

   5 結論

   綜合監控系統在信息采集和數據的統計、分析、信息共享方面具有獨特優(yōu)勢，在能耗管理方面的信息采集、分類(lèi)匯總、數理統計、綜合分析、信息管理、綜合方案實(shí)時(shí)等方面大有可為，同時(shí)責無(wú)旁貸。相信綜合監控系統在近期內必將引領(lǐng)城市軌道交通綜合能耗管理變革，對未來(lái)長(cháng)期運營(yíng)時(shí)節約能源、節約成本具有重要的意義，必將提高地鐵電能管理的信息化和自動(dòng)化水平。

   參考文獻

   [1] 魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統與技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.   

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第二期