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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，監(jiān)控信息龐大的特點，著重數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計和綜合分析各種地鐵設備能耗數(shù)據(jù)，結(jié)合行業(yè)內(nèi)最新物理設備節(jié)能技術，打破各專業(yè)單獨管理模式，為城市軌道交通運營方面提供更加信息化、綜合化、精細化的能耗管理方案，對未來長期運營節(jié)約能源和成本具有重要的意義。

   關鍵詞：軌道交通；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；能耗管理

   1 引言

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

  綜合監(jiān)控系統(tǒng)自2002年開始步入軌道交通監(jiān)控領域，其最核心的目的就是利用國際最先進的計算機，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡等技術，打破傳統(tǒng)地鐵中各專業(yè)單獨監(jiān)控的專業(yè)壁壘，消除軌道交通中的信息孤島，打造一個車站一個方案，整個地鐵一盤棋的全數(shù)字化設備信息管控平臺，提高整個地鐵的運營自動化水平，降低成本。

   經(jīng)過多年的項目實施和經(jīng)驗積累，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)境與設備控制系統(tǒng)（BAS）、火災報警系統(tǒng)（FAS）、信號監(jiān)視系統(tǒng)（SIG）、自動售檢票系統(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）、時鐘系統(tǒng)（CLK）等15個地鐵重要專業(yè)系統(tǒng)，監(jiān)視數(shù)據(jù)點達到36萬點，監(jiān)控全線各專業(yè)設備上萬個。地鐵跨專業(yè)監(jiān)控平臺已經(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，實用化的方案來體現(xiàn)其技術優(yōu)勢，來實現(xiàn)地鐵多專業(yè)整體綜合管理。

   當前綜合監(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，完成并優(yōu)化綜合管理調(diào)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(xiàn)狀后，就如何利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)對地鐵設備進行能耗管理提出了相關方案的淺析。

   2 軌道交通設備能耗及管理現(xiàn)狀

   2.1 軌道交通能耗設備

   軌道交通能耗主要分為兩個部分。

   （1）運營車輛所消耗的電能，包括列車運營消耗的電能和車輛段列車出/入庫消耗的電能，以及列車試車和試驗所消耗的電能。

  （2）動力照明設備所消耗的電能，包括為提供良好乘車環(huán)境的設備系統(tǒng)和保證車站安全正常運轉(zhuǎn)的設備系統(tǒng)、車站的商業(yè)區(qū)照明系統(tǒng)設備，以及運營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%是其他動力照明設備所消耗的電能。

   2.2 當前設備能耗管理現(xiàn)

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

   （1）電能質(zhì)量提高技術，如在400V低壓側(cè)設置的APF和主變電站中壓側(cè)設置的SVG動態(tài)無功綜合補償裝置。

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

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

   （4）高效節(jié)能照明技術，如高效節(jié)能的LED燈管的使用。通過這些新設備、新技術的應用不難看出，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，同時如果能夠改變目前局部節(jié)能技術的利用和單專業(yè)的管理方式，根據(jù)整體環(huán)境設備情況，綜合調(diào)節(jié)各專業(yè)節(jié)能設備和模式，對于能耗的節(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)進行綜合能耗管理方案

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

   3.1 加強采集數(shù)據(jù)準確性，為設計綜合控制方案提供“水源”

   對于調(diào)度員和管理人員來說，不能全面監(jiān)測地鐵設備耗能分配狀況。不能全面監(jiān)測地鐵電能質(zhì)量和車站/區(qū)間的風、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行統(tǒng)計、分析，從而無法為用戶和管理者提供準確、量化的各類設備耗能統(tǒng)計分析結(jié)果和節(jié)能管理的決策依據(jù)，也就無法做到更加專業(yè)的精細綜合控制。

   綜合監(jiān)控系統(tǒng)本身已經(jīng)具備了進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計的大量數(shù)據(jù)源，如車站各變電所動力，牽引饋線用電量數(shù)據(jù)，站廳、站臺、房間、出入口溫濕度數(shù)據(jù)，各風機、風閥設備當前運轉(zhuǎn)情況，各扶梯、電梯運營狀態(tài)，各照明區(qū)間開關/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的數(shù)據(jù)。

   為了更加準確地進行精細控制，可考慮在原檢測數(shù)據(jù)基礎上，對于重要控制設備增加檢測裝置，進行專項采集，如低壓400V各回路用電量數(shù)據(jù)（照明，空調(diào)等），增加后的設備由原綜合監(jiān)控FEP（通訊處理器）直接進行采集，傳送至車站和中心服務器，即可納入到綜合監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中，使分析數(shù)據(jù)更準確，同時做到改動成本最小。

   3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，為設計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)計分析功能，如報表數(shù)據(jù)、棒圖、曲線等，如圖1所示。
  
                     
                
                        圖1 某車站2006年10月1日動力用電量日報表

   根據(jù)圖1，可以清晰地看到當天該車站每小時動力用電量，全天用電趨勢，如在輔助分析其他低壓設備如風機、電燈等用電量及設備運轉(zhuǎn)情況時，可得出各設備相關時段電耗，從而可分析是否可以在某時段對某設備進行節(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，對供電系統(tǒng)諧波和曲線分析，可供運營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)果進行相應調(diào)節(jié)和設備調(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)過有經(jīng)驗的運營設計人員研究優(yōu)化后，會得出有針對性、實用性強的綜合調(diào)控節(jié)能方案，該方案可以是針對全線的統(tǒng)一方案，也可以是根據(jù)某一車站環(huán)境特點定制的具體方案，通過綜合監(jiān)控的實時控制功能，使這些方案順利實施，并可隨時修訂調(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)用電時間及時切斷，投入用電負荷，保證車輛運營同時減少設備用電時間，達到降低能耗的目的，并給隧道設備檢修提供充足時間。

   （2）動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、時間表控制功能，按需及時啟動/停止車站照明、通風模式，大小系統(tǒng)模式，并可定制適合于單個車站特點的能耗調(diào)節(jié)方案，保證日常運營/檢修任務的同時，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(jiān)視人流信息，分析各站早中晚高峰期特點，利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)實時控制方式，采用峰谷調(diào)節(jié)方案在客流稀少時，減少無用設備投入量，降低能耗。

   （4）充分研究各站各子專業(yè)設備控制特點，通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)對可遠程開關設備進行精細控制，停運時關閉無用設備，減少無用設備帶電損耗。

   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、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、分類匯總、數(shù)理統(tǒng)計、綜合分析、信息管理、綜合方案實時等方面大有可為，同時責無旁貸。相信綜合監(jiān)控系統(tǒng)在近期內(nèi)必將引領城市軌道交通綜合能耗管理變革，對未來長期運營時節(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化水平。

   參考文獻

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

   摘自《自動化博覽》2012年第二期