城市轨道交通自动化节能控制系统的研究

范建华

(山西省信息产业技术研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

随着城市的快速发展，速度快、承载量大、无交通拥堵等诸多优点的城市轨道交通越来越受到人们的青睐，全国各地也都加大了城市轨道交通项目的建设。

目前，部分城市已经采取了一些能源管理措施和节能改造，但由于没有能耗数据的支撑，更多的只是一种经验性的节能尝试，也无法对节能工作效果进行验证，节能方向不明确，所以需要以一套完善的节能控制系统为手段，在系统产生的详实能耗数据基础上采取针对性强的节能措施，为城市轨道交通采用全新的节能控制模式铺垫了基石。

1 系统目标

研究开发先进的、可靠的、安全的、可持续发展的地铁车站自动化节能控制系统，对地铁车站的供配电系统、空调通风系统、照明系统、给排水系统、电梯系统等机电设备进行全自动化监控，在确保地铁安全运行、保证服务质量的前提下，对各类机电设备进行节能控制。

2 系统设计

研究开发先进的、可靠的、安全的、可持续发展的城市轨道交通车站自动化节能控制系统。其网络结构采用分布式结构，由中心端管理级计算机网络、主干通信网、车站管理级网络及现场控制级网络组成。

系统车站管理级网络集成空调与通风系统节能控制、照明节能控制、电梯节能控制、给排水系统、供配电系统节能控制、办公设备节能控制等各子系统[1]。

系统由城市轨道交通车站自动化节能监管中心、远程传输网、现场能源控制网以及接入系统的能源计量装置、网关、数据采集器、通用输入输出模块、控制终端等产品组成，以“分布式高速实时控制网络系统”为系统的核心技术。

系统主干网采用高速单模光纤冗余环网。现场控制网络采用基于分布式、开放式的LonWorks现场控制网络。用路由器连接LonWorks和TCP/IP Ethernet，使得LonWorks现场控制网络和TCP/IP Ethernet能无缝链接。底层利用LonWorks现场控制网络技术具有的分布式、高可靠性、开放性、支持多种网络拓扑结构、不需要主机干预的对等通信、支持多种通信媒介、低成本等特性。

在软件上，采用适合现场控制方面的高速实时数据库代替普通商业数据库，充分利用上述各方面的优点，通过自行研制智能网关、单机监控终端、低压供电回路监控终端、协议转换软件、现场监控终端控制软件、系统自动控制软件、人机接口软件、系统网管软件等组成分布式高速实时控制网络系统[2]。

3 系统研究

3.1 空调与通风系统节能控制研究

1) 制冷机节能控制：实时监测车站冷热负荷需求量，按需量投入制冷机台数，实时监测制冷机的能效。

2) 冷冻泵/冷却泵节能控制：根据空调末端的负荷需求或冷冻机/冷水机回水与出水的温差，实时调节水泵流量。

3) 冷却塔节能控制：根据冷却塔进出水温度差，实时调节风机转速。

4) 空调机/新风机节能控制：根据空调末端的冷热负荷需求，实时调节风门、水阀及风机转速，以及过滤器报警。

5) 空调未端节能控制：风机盘管或变风量终端的节能控制。

6) 风机节能控制：根据城市轨道交通车站的人流量，通过变频器自动调节风量。

7) 蓄冰与蓄水池节能控制：根据空调末端的冷热负荷需求，自动控制蓄冰与蓄冷水系统，节能控制全过程。

3.2 照明节能控制研究

1) 照明分组/分区节能控制。

2) 照明定时节能控制。

3) 照明线性调光节能控制。

4) 照明分级调光节能控制。

3.3 给排水节能控制研究

1) 水泵节能控制：生活水泵的变频节能控制。

2) 水箱节能控制：水箱水位实时监测，防止水箱溢出。

3) 水管网节能控制：水管网节点计量，管网漏水报警。

3.4 电梯/扶梯节能控制研究

1) 自动测量所载乘客重量。

2) 自动调节电梯/扶梯的电机出力与所载重量相匹配。

3.5 供配电系统节能控制研究

城市轨道交通车站供配电系统节能控制研究主要包括电力负荷节能控制、低压电网功率因数节能控制、低压电网谐波监测与节能控制等方面。

3.5.1 电力负荷节能控制

电力负荷节能控制主要从以下五个方面进行研究。

1) 电力负荷的实时监测，计算，预测，管理。

2) 显示电力负荷趋势，负荷定量，超量报警。

3) 记录电力负荷超定量电量。

4) 电力负荷超定量自动断电和回归复电。

5) 电力负荷控制。

3.5.2 低压电网功率因数节能控制

1) 能够实时监测城市轨道交通车站配电低压电网功率因数，变压器三相平衡度，补偿电容器投切状态。

2) 能够提高功率因数，降低线损。

3) 能够通过变压器和补偿电容器柜智能接口或测控装置对其实施遥测，遥信。

4) 能够进行随机补偿，随器补偿和跟踪补偿。

3.5.3 低压电网谐波监测与节能控制

1) 谐波源(谐波电流和谐波电压)，电压波动源监测。

2) 谐波产生源。

3) 谐波抑制、吸收。

4 小结

在全球能源危机日益紧张的情况下，节约能源降低能耗已经成为全社会共识。在保证城市轨道交通车站安全运营和不降低服务质量的前提下，对城市轨道交通自动化节能控制系统的研究，可以达到高效利用能源、降低运营成本的目的，同时，还能提高城市轨道交通车站运行的自动化管理程度及系统安全性，减少监控中心运行管理与维护人员，降低运行维护费用，使各系统协调运行，提高系统运行效率。

(本论文隶属于“省属科研院所技术开发实验室建设—安全检测机器人技术开发实验室”项目)