地铁能源管理系统建设分析

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城市轨道交通作为公共交通服务项目几乎是不盈利的，其建设投资高、运营成本高，是一个高亏损、高补贴的行业。城市轨道交通是大运量的交通运输系统，也是耗能大户，包括电能在内的能源消耗成本通常占运营直接成本的30%以上。同时，我国还面临着非常严峻的能源消耗和环境压力，我国政府正大力推行节能减排战略。为了响应政府的节能减排号召，推进绿色城市轨道交通，提高城市轨道交通用能效率，降低轨道交通运营成本，建立地铁能源管理系统成为当务之急。该系统注重节能数据统计分析，挖掘节能潜力，能帮助地铁运营单位方便地取得各类、各项、各用能部门的用能数据，从中找出各用能环节存在的问题，并制定行之有效的节能措施。

一、地铁耗能种类及专业耗能分析

地铁使用的能源主要有电、水、煤气、油、制冷、制热等，运营过程中消耗的能源主要是电能。通过对地铁的各专业耗能情况进行统计分析发现，列车牵引、动力照明、通风空调、电扶梯等专业耗能较多，牵引供电、通风空调、电扶梯、动力照明能耗占总能耗的80%左右，是节能工作分析并制定改进措施的重点。经统计分析，水、煤气、油、制冷的消耗也呈现逐年递增的趋势。分析具体原因，有利于制定解决措施，进而全方位制定耗能解决方案。

二、能源消耗管理存在的问题

目前，能源消耗的统计比较粗放，只能从宏观方面进行统计，被动地进行原因分析，被动地采取措施，事后弥补，而不能事前预测，事中判定。制定的改进目标也是主观制定，缺乏科学性，至于是否达到预期目标也缺乏科学的评判标准，且各部门、各专业各自为政，缺乏系统性。问题产生的原因就是对各项能耗数据不能系统、科学地进行采集，数据不能做到精细化统计和智能分析，更谈不上智能节能。

三、智慧能源管理系统建设

哈尔滨地铁集团有限公司（以下简称地铁公司）拟对哈尔滨地铁建立一个智慧能源管理系统，对数据采集、分析、判断、节能实施智能化管理，具体实施如下。1.建立智慧能源管理系统平台。智慧能源管理系统平台的建设必须结合当前大数据的运行模式，必须具备强大的数据采集及智能化分析处理能力，进行数据定量分析、科学研判和自动实施节能措施，要具有很好的系统性、兼容性及可扩展性，要把哈尔滨地铁1号线及未来运行的几条线都要包含进去，且该平台要具有较好的经济性。2.系统构成。智慧能源管理系统具有模块化功能，考虑到可扩展性，该系统需具有用户自定义模块功能，应至少由以下模块组成。如图1所示。（1）数据采集模块。通过传感器信息转化及信息采集技术，系统应能够采集和识别各专业、各种类型设备耗能的信息数据，并对采集的耗能数据信息进行存储。（2）人机交互模块。系统必须能识别人输入的各种信息指令，并理解、执行人的意图，这样才能更好地进行人机交互，智能地执行节能措施。（3）智能数据统计分析模块。该模块需对采集的数据进行比较，对数据进行定量分析，生成当前的各项数据节能指标。（4）智能控制模块。通过大数据研判，生成科学的节能指标，通过与实际的节能指标对比，智能判断是否需实行节能指令，以控制相关设备自行节能。（5）报表生成模块。该模块需要按人的意图、通过多样的格式把系统实行的节能预期结果展现出来。（6）数据查询模块。通过人机交互，能输出人想要的结果。（7）预警及报警模块。通过文字提示，声光报警能提示哪些设备或部位能耗超标，提示人员采取措施。（8）地图导航模块。通过地图导航，对各线路、各开关、各设备能耗进行精确定位，以实现能耗精准分析。（9）能耗趋势分析模块。该模块要能根据一段时期能耗的统计分析，横向比较，纵向比较等方式，对未来的耗能趋势进行智能判断，并给出趋势图，以提示人员采取相关改进措施。（10）用户自定义模块。能源消耗的设备具有可变性，能源消耗的种类也具有可变性，人的节能期望值也是不断变化的，通过自定义，用户能实现不断变化的期望和意图。以上各模块不是独立的，是系统性的，各模块各司其职，协调配合，共同实现预期功能。3.系统功能。（1）各种能耗类型数据的采集功能。该系统不仅能对电力能源数据进行采集，而且对哈尔滨地铁涉及的煤气、水、油、制冷、制热等能源消耗进行采集，以便全面系统地对哈尔滨地铁能耗进行管理。（2）强大的报表功能。系统要能输出全部能耗的日报表、月报表、季度报表、年报表，能输出某个专业、某条电气回路、某块表、某个电气设备各个时期的报表。总之，要达到按照人的期望，输出各种样式的符合预期的报表。（3）精准的定位功能。系统通过地图导航、各种定位设备及各种开关量，要对各节能采集点进行精确定位，要具体到每个工班、每座车站、每个仪表、每条回路、每个水管，只有这样，才能更好地进行准确比较，更好地进行趋势判断，更好地建立科学的节能指标，才能对能源进行精细化管理。（4）强大的智能管理和数据研判功能。系统应有各种算法模型，通过对采集的各类数据进行计算，并通过大数据统计目前全国地铁的运行能耗情况，制定一个科学的节能指标。该指标也可人为定义，系统通过实际存在的数据与该科学指标进行比较，以判断目前的能耗是否符合要求，并将判断结果送到系统智能控制模块，实现对能源的智能管理，所以要求该系统需具有先进的智能管理功能及强大的数据研判功能。（5）先进的智能控制功能。系统的最终目标是实现智能化管理，实现节能，这就需要系统具有很好的智能控制功能。通过该功能对一些超出能耗指标的设备、开关、控制阀等进行自动关闭，或者自动调节相关阀门的开启程度，控制流量。这就需要系统传输信号数据准确，控制方式准确可靠。（6）准确的能耗趋势分析功能。系统建设的初衷就是进行能源有效管理，进行事前分析预测是防范能源非预期消耗的一项重要措施。只有做到事前预判，采取的措施才更符合实际、更有效。通过该智能管理平台，进行大数据分析，进行智能比较，结合相关数据量准确地进行能耗趋势分析，给出未来一定时期的能耗走势图，并给出相关预警信息和建议，以提示用户采取相关防范措施。（7）强大的自适应功能。能源消耗不但具有多样性，还具有社会性。节能的形式、概念及社会对节能的指标、要求是随着时间的变化不断变化的，所以在建设开始就要考虑上述情况，要做出预判，事先预留接口，让使用系统具有自适应功能。

四、智慧能源管理系统实施

数据采集与分析是系统建设的核心和关键，数据采集是基础，没有数据也就没有分析，如何正确进行数据采集是系统建设的关键。1.数据采集网络建设。地铁公司各部门要对目前的能耗数据采集网络进行全面梳理，特别是列车牵引、动力照明、通风空调、电扶梯等专业更应该仔细研究，找出目前存在的那些采集不到、采集不准、采集不全、无法采集、采集数据制式不对等问题，并对问题进行系统性分析，深入现场，广泛研究、编制哈尔滨地铁能耗数据采集表。该采集表内容要全面，并论证采集表的科学性及行车安全性。任何方式的数据采集均不能影响供电安全，均不能影响地铁正常运营，不能给地铁带来运营隐患，否则应进行风险评估，制定并落实风险防范措施。结合当前先进的传感、红外等技术，在采集点布放各种符合现场实际的传感器或采集器，对电、热、煤气、油等基础数据进行采集；并对原来不符合要求的采集或传感器进行更换。按项目管理的要求，进行数据采集网络建设。2.系统平台搭建。按系统容量准备符合要求的机房，购置数据库服务器、事务处理服务器、网络交换机、防火墙、磁盘阵列存储等硬件，搭建系统平台，并进行软件安装。3.系统调试。平台建设完成后，需要进行软、硬件调试，并对采集的数据按预期计划分析判断。此过程非常繁琐，需要反复细致地调试、推敲、比较才能完成，需要做包括大量修改程序代码的编程工作。只有反复推敲，全面的系统调试，处理的数据才会准确并符合实际，制定的科学目标才能科学，判断机制才有意义，系统自动控制的各种开关量才更合理，才能实现系统预期功能。4.系统试运行。系统调试完成后，进行3个月的试运行，验证能否实现预期功能。通过耗能数据比较，保证比较的结果更具直观性，可对耗能较大的专业进行一定时期的纵向、横向比较，以验证效果。试运行期间主要验证科学节能指标制定的合理性以及自动控制的正确性及智能性。此阶段非常关键，对于不符合预期的采集数据、开关量、联动逻辑进行记录，并进行正确修改和完善，并在此反复比较验证，以保证各项节能指标的科学性，并保证联动控制逻辑的正确性。5.系统正式运营经过系统试运行，并进行了修改完善，经广泛论证，符合预期功能后，便开始正式运营，实现智能节能控制。

五、结语

哈尔滨地铁能源管理系统建设是一个非常复杂的系统，涉及到大数据分析及智能控制，与当前最先进的理论及应用息息相关，因此也是一个发展的系统，不可能一蹴而就，需要不断研究、不断修改完善，才能更好地实现自动节能，才能建立真正意义上的绿色地铁。

作者:赵广岭 王英龙 谭银玲 王 钊 单位:哈尔滨地铁集团有限公司