综合监控系统能源管理功能的节能分析

雷海英

（中铁建昆仑地铁投资建设管理有限公司，四川成都 610100）

针对城市轨道交通系统能耗特点，文章设计了地铁综合监控系统的能源管理功能方案，提出能源管理方式、节能控制方法及控制策略，详细阐述能源管理方式、能耗统计、节能控制策略的详细软件配置。

1 能源管理简介

能源管理是监测、分析供电系统能耗的工具，能源管理系统由控制中央级、车站级的能源管理模块以及连接两者的骨干网络三部分组成。供电系统中的能耗参数、监测的数据分析，可以通过采集变电所开关柜、车站环控电控柜各回路及弱电UPS馈出回路中智能监测仪表中的数据实现。能源管理模块通过通信接口与骨干网络连接，在控制中心实现能源监测管理功能。

2 综合监控系统软件对实现能源管理的技术支撑

综合监控系统软件应具有良好的扩展功能。系统采用模块化设计，可以实现灵活拼装，易于扩展，根据用户需求可以进行二次开发。

（1）开放的接口通信协议，支持不同的子系统接口协议，进行开放式应用开发。

（2）开放的软件组态开发平台，允许用户离线进行实时数据库的设备类以及IO点、历史库、HMI图像、报表的配置与修改。

（3）可以根据用户的特定功能需求，定制开发针对性的功能。

（4）车站及变电所FEP采用模块化软件结构，具有可扩展的驱动开发框架和统一的数据管理，可以方便地扩展驱动模块，完成本站所有仪表数据的采集，根据各用电负荷特点对各种用能设备进行节能管理分析及节能控制。

（5）BAS集成于车站综合监控系统，控制器根据综合监控系统设置通风空调系统的参数，采集现场环境参数，通过优化控制和智能调节对通风空调系统进行节能控制。

（6）通过骨干网可以将与能源管理相关的数据传输至中心服务器。

（7）中心服务器采用模块化软件结构，提供CORBA通信软总线、Tcl脚本和可扩展的面向对象数据结构。中心服务器可以方便地扩展能耗管理软件模块，完成能源管理相关的统计、分析、显示和报表服务功能。

（8）中心操作员站采用模块化软件结构，支持脚本开发和图符定义，能够方便地实现能源管理相关的曲线、报表和显示功能。

3 能源统计及管理方案

能源管理系统通过通信接口与车站/车辆段通信系统连接，在控制中心实现能源监测管理功能。

3.1 硬件配置

能源管理方案将充分利用综合监控系统的可扩展性，利用统一的系统硬件和网络结构配置实现能耗管理功能。

智能监测仪表配置方案如图1所示。

图1 智能监测仪表配置方案

（1）供电层。

在供电局进线处配置带能耗分析的关口表，在公共连接点处配置该类型的仪表装置，可以提供很好的计量精度，进行用电结算，有效记录供电线路的能耗情况，便于后台分析供电故障来源和原因。

（2）配电层。

根据需要选配计量仪表，在配电层安装计量仪表的好处为可以统计供电线路线损。

（3）用电层。

在牵引线路可以根据需要安装能耗仪表或计量仪表，只关注计量信息时，可以安装计量仪表；在低压总进线安装低压计量仪表，若变压器上层线路也安装有计量仪表，可以统计变损；在低压中应关注负荷回路安装能耗仪表，可以实时查看负荷用电情况，其他回路按照统计要求安装计量仪表。车站环控电控柜总进线安装计量仪表，各变频风机回路安装计量仪表，用于计量变频运行累计电量；弱电UPS馈出回路安装计量仪表，用于能耗计量。

3.2 功能分配

能耗管理功能涉及车站FEP、骨干网、中心FEP、中心服务器和中心操作站。

（1）车站FEP完成本站所有仪表数据的采集，车站FEP用于车站能耗监测装置数据采集、计量仪表数据采集、能耗监测装置的录波事件和记录文件采集与存储。

（2）通过骨干网和中心FEP将与能耗管理相关的数据传输至中心服务器。

（3）中心服务器扩展能耗管理软件模块，完成能耗管理相关的统计、分析、显示和报表服务功能。

（4）中心操作员工作站对能耗进行实时监视，管理所辖范围内供电系统的电能，可以实现能耗管理相关软件系统的维护、系统运行参数和数据库的编辑、定义、增扩人机界面等工作。

3.3 功能设计

（1）数据采集功能。

对各仪表数据进行准确、自动采集，可靠地传送至主站进行综合处理、分析；实现随机和定时召唤两种方式批量采集数据。召唤周期在5min～24h间任意调动，可以对采集数据进行存储，存储的间隔在5min～24h内可调。

若遇故障无法读取数据，系统会发出报警，值班人员可进行人工招抄，系统恢复正常时，自动补测数据，确保数据的完整性和连续性。

为了确保数据的连续性和完整性，系统需要提供多种修补数据方法，如自动补采、人工补采、人工修改以及数据录入等。

（2）显示功能。

具有多画面显示数据，如表格，曲线、直方图、饼状图以及矢量图等，操作员通过数据查询窗口，方便查看某一设备的统计数据、原始数据。

（3）统计曲线。

提供应用平台，方便用户对各种电能指标进行统计分析计算，可以根据不同的时段、变电所、供电区域以及不同部门等，生成相关数据曲线。实时数据支持自动刷新，刷新周期可配置。图形分析允许自定义分析画面，用户可以自定义图表、曲线、棒图、矢量图等数据的定义、曲线颜色、显示比例，可以实现曲线平移、缩放等操作。

主要能耗统计分析图形包括基波电流、电压变化曲线及趋势曲线图、矢量图；各次谐波的电流分量、电压含有率长期趋势曲线；电网频率的变化曲线和趋势曲线；短期闪变值（Pst）、长期闪变值（Plt）变化和趋势曲线；电流、电压三相不平衡度变化及趋势曲线图；功率因数的变化曲线和趋势曲线；相序电流、电压的分析曲线；有功、无功、视在功率的变化和趋势曲线；ITIC、SEMI曲线分析；污染或超标源的统计分析曲线；超标能耗指标的百分比饼图分析。

（4）换表以及归零的处理。

能源管理系统按照电力管理流程，提供换表、换CT、电量追加等业务的处理应用软件，详细记录所有业务操作的修改人、修改原因、修改时间、确认人等信息，统计计算时自动实现有效衔接。

（5）数据编辑及人工置数功能。

为了满足业务的需要，拥有权限的用户可以人工录入、修改数据，详细记录操作的修改人、修改时间、修改的数据项等信息，可调阅原始数据与修改后的数据，修改后的数据参与统计计算，修改后的数据并做标志。

（6）数据统计功能。

报表类型模板对所选数据按照不同时段、不同区域、不同类别分别自动制作统计报表。

可以使用报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电能数据报表。

所有报表生成由系统自动完成，也可人工操作，报表按照用户配置的方案生成各种时间的报表，可以按不同的结算点生成不同的时段报表，生成的报表存储在配置好的路径。所有报表格式均基于Excel格式，便于使用。报表格式有时间段、日报、月报、季报、年报，通过报表编辑器，操作者可以简单地配置报表生成、打印方案，应用模块依据方案自动生成和打印各种报表，也可以人工增加任务生成报表。

（7）报表浏览功能。

可以通过Web发布、访问、查阅各种能耗数据，发布的信息包括原始数据、派生数据、参数数据、能耗报表、统计图形（曲线图、棒图、饼图、矢量图）。

（8）报警功能。

事件可以采用不同的报警方式，包括弹出文字画面、图像闪烁、声音等。发现异常数据和异常情况（包括仪表的异常信息）及时告警并记录到事件数据库中，长期保存。

4 结语

随着城市发展需要，轨道交通的重要性越来越高，为了优化城市环境、提高乘客乘坐的舒适度，需要投入各种机电设备，导致了能耗的不断增加。为了实现节能降耗，城市轨道交通的能耗分析和节能系统将逐渐发挥重要作用。文章对综合监控系统的能源管理功能进行分析，阐述利用信息技术提高地铁运营的能源效率，地铁运营管理人员可以依据分析情况减少不必要的能源消耗，降低地铁运营成本，促进地铁运营的可持续发展。