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    摘要：充分利用城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)跨專業(yè)平臺(tái)，監(jiān)控信息龐大的特點(diǎn)，著重?cái)?shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和綜合分析各種地鐵設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，結(jié)合行業(yè)內(nèi)最新物理設(shè)備節(jié)能技術(shù)，打破各專業(yè)單獨(dú)管理模式，為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)方面提供更加信息化、綜合化、精細(xì)化的能耗管理方案，對(duì)未來(lái)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)節(jié)約能源和成本具有重要的意義。

   關(guān)鍵詞：軌道交通；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；能耗管理

   1 引言

   當(dāng)前我國(guó)軌道交通正在經(jīng)歷著跨越式發(fā)展的階段，多條地鐵線路的開(kāi)通運(yùn)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(tǒng)設(shè)備種類繁多，耗電量巨大、運(yùn)行成本很高的行業(yè)。節(jié)能降耗和能源管理是響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召的需要，也是創(chuàng)建綠色地鐵、降低營(yíng)運(yùn)成本、實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能環(huán)保的需要。目前，國(guó)內(nèi)地鐵線路都存在著能耗信息化和精細(xì)化程度不高，對(duì)地鐵重要用電設(shè)備的動(dòng)態(tài)用電記錄和歷史用電記錄的統(tǒng)計(jì)、分析功能不強(qiáng)，各專業(yè)單獨(dú)管理，綜合管理化方案匱乏的情況。

  綜合監(jiān)控系統(tǒng)自2002年開(kāi)始步入軌道交通監(jiān)控領(lǐng)域，其最核心的目的就是利用國(guó)際最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，打破傳統(tǒng)地鐵中各專業(yè)單獨(dú)監(jiān)控的專業(yè)壁壘，消除軌道交通中的信息孤島，打造一個(gè)車站一個(gè)方案，整個(gè)地鐵一盤棋的全數(shù)字化設(shè)備信息管控平臺(tái)，提高整個(gè)地鐵的運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化水平，降低成本。

   經(jīng)過(guò)多年的項(xiàng)目實(shí)施和經(jīng)驗(yàn)積累，綜合監(jiān)控系統(tǒng)漸成規(guī)模，日趨成熟，以廣州地鐵5號(hào)線為例，目前已經(jīng)做到集成互聯(lián)地鐵，包括電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）、環(huán)境與設(shè)備控制系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、信號(hào)監(jiān)視系統(tǒng)（SIG）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（AFC）、門禁系統(tǒng)（ACS）、屏蔽門監(jiān)控系統(tǒng)（PSD）、防煙門系統(tǒng)（FG）、廣播系統(tǒng)（PA）、閉路電視系統(tǒng)（CCTV）、車載信息系統(tǒng)（TIS）、乘客信息顯示系統(tǒng)（PIDS）、調(diào)度電話系統(tǒng)（DLT）、通訊集中告警系統(tǒng)（TEL/ALARM）、時(shí)鐘系統(tǒng)（CLK）等15個(gè)地鐵重要專業(yè)系統(tǒng)，監(jiān)視數(shù)據(jù)點(diǎn)達(dá)到36萬(wàn)點(diǎn)，監(jiān)控全線各專業(yè)設(shè)備上萬(wàn)個(gè)。地鐵跨專業(yè)監(jiān)控平臺(tái)已經(jīng)搭建完畢，專業(yè)壁壘已經(jīng)逐步消除，綜合監(jiān)控目前需要加載更加專業(yè)化，實(shí)用化的方案來(lái)體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)地鐵多專業(yè)整體綜合管理。

   當(dāng)前綜合監(jiān)控系統(tǒng)與地鐵能耗系統(tǒng)的需求相結(jié)合，通過(guò)信息化手段提高能耗管理的水平，為節(jié)能減排提供有效的數(shù)據(jù)和分析平臺(tái)，完成并優(yōu)化綜合管理調(diào)控方案，以達(dá)到最終降低地鐵能量損耗。本文在分析目前能耗管理的現(xiàn)狀后，就如何利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)地鐵設(shè)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(shè)備能耗及管理現(xiàn)狀

   2.1 軌道交通能耗設(shè)備

   軌道交通能耗主要分為兩個(gè)部分。

   （1）運(yùn)營(yíng)車輛所消耗的電能，包括列車運(yùn)營(yíng)消耗的電能和車輛段列車出/入庫(kù)消耗的電能，以及列車試車和試驗(yàn)所消耗的電能。

  （2）動(dòng)力照明設(shè)備所消耗的電能，包括為提供良好乘車環(huán)境的設(shè)備系統(tǒng)和保證車站安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備系統(tǒng)、車站的商業(yè)區(qū)照明系統(tǒng)設(shè)備，以及運(yùn)營(yíng)單位辦公所需要的照明設(shè)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(shè)備所消耗的電能。

   2.2 當(dāng)前設(shè)備能耗管理現(xiàn)

   為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召，創(chuàng)建綠色、環(huán)保、低碳地鐵，國(guó)內(nèi)外最新的節(jié)能設(shè)備在軌道交通行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有著大量的應(yīng)用，如：

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

   （2）制動(dòng)能量再利用技術(shù)，如列車再生制動(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(diào)速技術(shù)，環(huán)控設(shè)備的變頻技術(shù)。

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

   3 綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜合能耗管理方案

   綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜合能耗管理需要在以下方面著手。

   3.1 加強(qiáng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為設(shè)計(jì)綜合控制方案提供“水源”

   對(duì)于調(diào)度員和管理人員來(lái)說(shuō)，不能全面監(jiān)測(cè)地鐵設(shè)備耗能分配狀況。不能全面監(jiān)測(cè)地鐵電能質(zhì)量和車站/區(qū)間的風(fēng)、水、電各種負(fù)荷的電能消耗和耗能分配狀況，不能對(duì)主要用電設(shè)備的能耗信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，從而無(wú)法為用戶和管理者提供準(zhǔn)確、量化的各類設(shè)備耗能統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和節(jié)能管理的決策依據(jù)，也就無(wú)法做到更加專業(yè)的精細(xì)綜合控制。

   綜合監(jiān)控系統(tǒng)本身已經(jīng)具備了進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的大量數(shù)據(jù)源，如車站各變電所動(dòng)力，牽引饋線用電量數(shù)據(jù)，站廳、站臺(tái)、房間、出入口溫濕度數(shù)據(jù)，各風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥設(shè)備當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)情況，各扶梯、電梯運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，各照明區(qū)間開(kāi)關(guān)/亮度狀態(tài)，人流信息，視頻信息等，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)能為綜合分析提供較為詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

   為了更加準(zhǔn)確地進(jìn)行精細(xì)控制，可考慮在原檢測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)于重要控制設(shè)備增加檢測(cè)裝置，進(jìn)行專項(xiàng)采集，如低壓400V各回路用電量數(shù)據(jù)（照明，空調(diào)等），增加后的設(shè)備由原綜合監(jiān)控FEP（通訊處理器）直接進(jìn)行采集，傳送至車站和中心服務(wù)器，即可納入到綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，使分析數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，同時(shí)做到改動(dòng)成本最小。

   3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，為設(shè)計(jì)綜合控制方案提供依據(jù)

   綜合監(jiān)控系統(tǒng)是大型監(jiān)控系統(tǒng)，其本身軟件即可提供優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)分析功能，如報(bào)表數(shù)據(jù)、棒圖、曲線等，如圖1所示。
  
                     
                
                        圖1 某車站2006年10月1日動(dòng)力用電量日?qǐng)?bào)表

   根據(jù)圖1，可以清晰地看到當(dāng)天該車站每小時(shí)動(dòng)力用電量，全天用電趨勢(shì)，如在輔助分析其他低壓設(shè)備如風(fēng)機(jī)、電燈等用電量及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況時(shí)，可得出各設(shè)備相關(guān)時(shí)段電耗，從而可分析是否可以在某時(shí)段對(duì)某設(shè)備進(jìn)行節(jié)能處理，依據(jù)分析結(jié)論，可完善調(diào)整優(yōu)化目前方案。
  
                    

                                圖2 能耗管理數(shù)據(jù)矢量分析圖 

   如圖2、圖3所示，對(duì)供電系統(tǒng)諧波和曲線分析，可供運(yùn)營(yíng)人員定位是造成系統(tǒng)能耗的主要原因，并依據(jù)此分析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)和設(shè)備調(diào)換，使能耗最小化。
    
                     

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

   4 能耗綜合處理方案的執(zhí)行，與綜合監(jiān)控系統(tǒng)控制結(jié)合

   根據(jù)全面的數(shù)據(jù)和分析資源，經(jīng)過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)人員研究?jī)?yōu)化后，會(huì)得出有針對(duì)性、實(shí)用性強(qiáng)的綜合調(diào)控節(jié)能方案，該方案可以是針對(duì)全線的統(tǒng)一方案，也可以是根據(jù)某一車站環(huán)境特點(diǎn)定制的具體方案，通過(guò)綜合監(jiān)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(diào)節(jié)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(jù)早晚發(fā)車收車，借助綜合監(jiān)控PSCADA系統(tǒng)單控、程控、并控功能，根據(jù)用電時(shí)間及時(shí)切斷，投入用電負(fù)荷，保證車輛運(yùn)營(yíng)同時(shí)減少設(shè)備用電時(shí)間，達(dá)到降低能耗的目的，并給隧道設(shè)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(qū)別，利用BAS系統(tǒng)單控、模式控制、時(shí)間表控制功能，按需及時(shí)啟動(dòng)/停止車站照明、通風(fēng)模式，大小系統(tǒng)模式，并可定制適合于單個(gè)車站特點(diǎn)的能耗調(diào)節(jié)方案，保證日常運(yùn)營(yíng)/檢修任務(wù)的同時(shí)，盡可能優(yōu)化方案，在少用設(shè)備情況下達(dá)到相同效果，減少能耗浪費(fèi)。

   （3）監(jiān)視人流信息，分析各站早中晚高峰期特點(diǎn)，利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制方式，采用峰谷調(diào)節(jié)方案在客流稀少時(shí)，減少無(wú)用設(shè)備投入量，降低能耗。

   （4）充分研究各站各子專業(yè)設(shè)備控制特點(diǎn)，通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)可遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)控制，停運(yùn)時(shí)關(guān)閉無(wú)用設(shè)備，減少無(wú)用設(shè)備帶電損耗。

   5 結(jié)論

   綜合監(jiān)控系統(tǒng)在信息采集和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、信息共享方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在能耗管理方面的信息采集、分類匯總、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、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(zé)無(wú)旁貸。相信綜合監(jiān)控系統(tǒng)在近期內(nèi)必將引領(lǐng)城市軌道交通綜合能耗管理變革，對(duì)未來(lái)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)時(shí)節(jié)約能源、節(jié)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(xiàn)

   [1] 魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)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