摘要：介紹了傳統軌道交通能源管理系統的構成及功能，指出現有能源管理系統在節能工作中的局限，提出能源數據應進(jìn)行精細化采集，構建多系統協(xié)同管控的能源管理大數據平臺，建立科學(xué)的能耗評價(jià)指標，制定合理的自動(dòng)化節能控制策略，實(shí)施多系統協(xié)同控制，大限度地降低能耗，發(fā)展為自動(dòng)控制節能的智慧能源管理系統。

0引言

城市軌道交通在中國人民的生產(chǎn)、生活中已成為無(wú)法取代的新型交通方式。截至2019年，中國已有40個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通，運營(yíng)線(xiàn)路208條，運營(yíng)線(xiàn)路總長(cháng)度6736.2km。由于軌道交通運量巨大，其能源消耗也相當驚人。與此同時(shí)，中國面臨非常嚴峻的能源安全和環(huán)境壓力。在2021年的工作報告中，“做好碳達峰、碳中和工作"被列為2021年重點(diǎn)任務(wù)之一。軌道交通作為用能大戶(hù)，其節能工作是一項長(cháng)期、艱巨的任務(wù)。城市軌道交通能源消耗種類(lèi)主要包括電、水、燃氣、油、冷量等，其中，電能消耗大，占總能源消耗的85%～98%。能源消耗種類(lèi)占比如圖1所示。能耗成本控制是地鐵運營(yíng)成本控制的重要環(huán)節。建立完善的能源管理體系既是企業(yè)減少自身能源消耗、降低生產(chǎn)成本的需要，又是響應節能號召和全球減排溫室氣體的需要。

1能源管理系統的現狀

能源管理系統在很多城市軌道交通工程中已應用，能源管理系統初設立的目的主要是實(shí)現遠程抄表，減少運營(yíng)人工成本，并用于能源數據的采集、統計、報表等。

1.1能源管理系統構成

能源管理系統架構包括能源管理系統、骨干網(wǎng)及現場(chǎng)數據采集表計。能源管理系統通過(guò)全線(xiàn)骨干網(wǎng)，從各車(chē)站、場(chǎng)段、主變電所和控制等現場(chǎng)表計自動(dòng)獲取能源數據，實(shí)現對全線(xiàn)能源數據的集中監管。能源管理系統架構圖如圖2所示。

1.1.1能源管理系統

能源管理系統設主備數據服務(wù)器、磁盤(pán)陣列、交換機、工作站、打印機等設備。主備數據服務(wù)器、磁盤(pán)陣列用于處理、存儲全線(xiàn)能源管理系統的歷史數據，能源管理工作站作為數據庫服務(wù)器的客戶(hù)端，在工作站上通過(guò)能源管理系統軟件，可實(shí)時(shí)顯示系統所有智能電、水表等的運行狀態(tài)及參數，查詢(xún)服務(wù)器歷史數據，進(jìn)行統計、分析，生成各類(lèi)能耗報表等。

1.1.2骨干網(wǎng)

將綜合監控系統或通信系統骨干網(wǎng)作為底層設備與能源管理的通信通道，將底層表計數據上傳至能源管理系統。

1.1.3現場(chǎng)表計

能源管理系統根據能源的種類(lèi)配置相應的能源計量表計，如電表、水表等智能表計，采集電能、水能等能源數據，表計應具有通信功能，將數據通過(guò)骨干網(wǎng)上傳至能源管理系統。

1.2能源管理系統功能

能源管理系統對末端設備的能耗與能效數據進(jìn)行采集、存儲、統計，并形成報表，為地鐵運營(yíng)管理工作提供了有效的能耗計量工具和能源管理工具。

1.2.1數據采集及存儲功能

能源管理系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)采集終端智能表計各類(lèi)數據，并將采集到的原始數據以一定的間隔周期上傳并存儲至數據庫。

1.2.2數據統計及報表功能

能源管理系統對采集的數據進(jìn)行能源的分類(lèi)、分項和分戶(hù)統計，以報表、柱狀圖、餅圖、趨勢曲線(xiàn)等形式顯示能源數據和信息。各站分戶(hù)用電占比如圖3所示。

1.2.3實(shí)時(shí)監測功能

能源管理系統可以實(shí)時(shí)監測電表的三相電流/電壓、頻率、有功/無(wú)功功率、功率因數、有功電能、電表綜合變比等實(shí)時(shí)數據。

1.2.4能耗異常監控功能

能源管理系統可查詢(xún)系統監控到的電表和用電異常記錄，可新增、修改、刪除設置的被監控電表記錄，查詢(xún)設置的電表增量限額。

2能源管理系統在節能工作中的局限性

現有的城市軌道交通能源管理系統多用于遠程抄表、能源數據監測、統計等，并沒(méi)有在能源管理和節能控制方面很好地發(fā)揮作用。

2.1管理粗放統計粗略

現有的能源管理系統管理粗放，運行參數與能耗統計不準確、不精細，缺乏對實(shí)際能耗使用細節的關(guān)注，能耗數據與運行參數流于形式，存在能耗管理盲區。部分工程采用繼電保護裝置的測量功能采集能耗數據，負載率較低時(shí)能耗數據無(wú)法顯示。

2.2能源管理與節能控制脫節

現有能源管理系統的主要作用是對能源數據進(jìn)行采集、統計，只監測不管控，能源管理與節能控制脫節。

2.2.1環(huán)控設備運行狀態(tài)與客流量脫節

據統計，大多數城市軌道交通環(huán)控系統按大設計值處于長(cháng)期滿(mǎn)負荷運行狀態(tài)，無(wú)法根據客流量調節設備運行，甚至存在過(guò)度供冷等問(wèn)題。

2.2.2個(gè)別設備房溫度過(guò)低

個(gè)別設備房機電設備低負荷運行，發(fā)熱量遠低于額定負荷，而空調系統按額定負荷發(fā)熱量運行，造成設備房溫度過(guò)低。

2.2.3照明設備全天處于高照度狀態(tài)

軌道交通列車(chē)行車(chē)密度在全天運行中存在很大差異，公共區照明全天運行時(shí)段均處于高照度，而無(wú)節能管控措施。

3基于大數據平臺的智慧能源管理系統

針對能源管理系統在節能工作中存在的問(wèn)題，應對能源數據進(jìn)行精細化采集，構建多系統協(xié)同管控的能源管理大數據平臺，建立科學(xué)的能耗評價(jià)指標，制定合理的自動(dòng)化節能控制策略。

3.1能源管理系統分類(lèi)分項分戶(hù)模型的建立

能源管理系統分類(lèi)、分項、分戶(hù)模型的建立應從便于能源的統計、對比分析、節能考核及貿易結算等角度考慮，對采集到的數據按照時(shí)段、日、月、年計算分類(lèi)、分項和分戶(hù)能耗數據以及均值（人均、單位面積均、車(chē)均等），為節能管控提供決策依據。能源管理系統發(fā)展路線(xiàn)如圖4所示。

3.1.1能源分類(lèi)

能源分類(lèi)主要指能源消耗的種類(lèi)，包括電力、燃氣、燃油、燃煤、熱力以及水資源等。

3.1.2能源分項

能源分項是指根據各類(lèi)能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理，其目的是區分、管理各類(lèi)能源消耗，并為節能分析提供基礎數據。

能源分項主要分為車(chē)輛牽引用電和動(dòng)力照明用電，動(dòng)力照明用電又可分為通風(fēng)空調用電、動(dòng)力用電、設備用電、照明用電、商業(yè)用電、物業(yè)用電等小項。通風(fēng)空調系統設備所消耗的電能約占整個(gè)車(chē)站動(dòng)力耗電量的50%，存在很大的節能空間，此類(lèi)需要進(jìn)行節能分析的用電負荷，應劃分用電細項進(jìn)行統計。用電分項模型如圖5所示。

3.1.3能源分戶(hù)

能源分戶(hù)的主要目的是實(shí)現能耗統計、節能考核、貿易結算等，能源分戶(hù)可按不同能源消耗主體如車(chē)站、控制、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)及主變電所等進(jìn)行能耗數據的統計和整理，其中，車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)的每一處獨立單體可為一統計小戶(hù)。

為了便于軌道交通各車(chē)站的能源消耗對比分析，車(chē)站大戶(hù)用電一般指動(dòng)力照明用電，不包括牽引用電。

3.2建立能源管理系統大數據平臺

城市軌道交通應構建線(xiàn)網(wǎng)級能源管理系統，除了根據分類(lèi)、分項、分戶(hù)模型采集各線(xiàn)能源數據外，能源管理系統同時(shí)與AFC（AutomaticFareCollection，自動(dòng)收費）系統、信號系統、BAS等互聯(lián)互通，將運營(yíng)數據（客流、車(chē)次）、環(huán)控數據、車(chē)站數據等納入能源管理系統大數據平臺（見(jiàn)圖6），以報表、趨勢圖、柱形圖、餅圖等的形式顯示線(xiàn)路、車(chē)站、設備等的能耗趨勢，并計算出單位客運周轉量、單位運營(yíng)里程、單位面積等的能耗數據。

3.3建立能耗評價(jià)指標

能耗評價(jià)指標是能耗數據分析工作的直觀(guān)體現，也是檢驗能源管理工作的重要依據[7]。只有建立科學(xué)的能耗評價(jià)指標，才能更好地指導節能工作。能耗評價(jià)指標如表1所示。

3.4智慧能源管理系統

根據科學(xué)、合理的能源管理系統評價(jià)指標，制定合理的節能控制策略，與綜合監控系統聯(lián)動(dòng)，對列車(chē)運行模式、環(huán)控設備、照明設備等進(jìn)行自動(dòng)控制，及時(shí)、準確地調整設備運行狀態(tài)，達到自動(dòng)控制節能的目的。

a)在非高峰運營(yíng)時(shí)段，適當控制列車(chē)運行速度，采用大小交路套跑的行車(chē)組織模式控制列車(chē)運營(yíng)，降低單位運營(yíng)里程牽引電耗；b)根據客流情況和環(huán)控數據自動(dòng)調整通風(fēng)、空調設備運行工況，降低單位客運量電耗；c)根據列車(chē)車(chē)次自動(dòng)控制公共區照明設備啟停，降低運營(yíng)線(xiàn)公里電耗。

4 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。用戶(hù)僅需購買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

·       電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

·       能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用的數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

·       預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

·       充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

·       智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

·       安全用電

安全用電采用的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現一時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

·       智慧消防

通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。彌補了原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

（5）系統硬件配置

5結論

云平臺的發(fā)展和應用為城市軌道交通的綜合承載和數據共享提供了有力的技術(shù)支撐，具備建立能源管理系統大數據平臺的條件。但基于能源管理大數據平臺的節能控制策略尚不完善，需要多系統協(xié)同做進(jìn)一步研究。

城軌交通，智慧先行?！吨袊鞘熊壍澜煌ㄖ腔鄢擒壈l(fā)展綱要》指出智能能源系統體系是智慧城軌建設藍圖的目標之一。未來(lái)能源管理系統的發(fā)展方向必將是相關(guān)系統互聯(lián)互通，制定合理的自動(dòng)化控制策略，實(shí)施多系統協(xié)同控制，發(fā)揮能源管理系統在節能工作中的巨大潛力，使能源管理系統發(fā)展成為自動(dòng)控制節能的智慧能源管理系統。

參考文獻：

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［5］ 韓冶.城市軌道交通能源管理系統設計方案［J］.

［6］ 王文格，胡偉然，羅 蘭，朱雨婷.城市軌道交通智慧能源管理系統