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摘 要：现阶段，全国各大城市的地铁系统全都是依靠电能驱动实现有效运营，因此，城市地铁对于电力资源的需求十分庞大，电能消耗也成为了其主要的成本支出内容之一。但遗憾的是，目前国内各大城市的地铁系统在电力资源管理方面依然存在一些短板，如何进一步提升电力资源的使用效率，从而降低地铁系统的运营成本，是一个值得地铁行业关注的问题。本文以此为背景，针对城市地铁能源管理存在的问题进行了深入的剖析，同时给出了两种常见的能源管理系统的设计思路，结合作者自身的实践工作经验，给出了一套具体的设计方案，希望可以帮助国内城市地铁进一步提升自身的电力资源管理能力。
关键词：能源;城市地铁;管理系统
1 引言
随着人类整体工业文明水准的不断进步，世界各国对于能源的需求也在不断增长，由此也造成了地球能源开采过度，以及自然生态环境逐渐恶化等诸多问题，作为一个负责任的大国，中国更是将节能减排列入了国家发展的重要目标。与此同时，国内城市化进程的不断推进，越来越多的地铁线路投入到运营中，为城市交通发展带来了巨大便利，但在这一过程中，地铁系统也成为了电力资源消耗的大户，并且在实际的地铁系统运营过程中，依然存在诸多环节，电能的使用效率还没有完全达到预期，这在造成电力资源浪费的同时，也增加了地铁系统的运营成本[1]。因此，在城市地铁系统内部设计科学合理的能源管理系统，可以有效提升地铁系统中各项设备的电能使用效率，如此既是符合国家节能减排战略发展目标，同时也能有效降低地铁系统的运营成本，而能源管理系统的设计首先要对于地铁能源管理现存的主要问题进行深入剖析。
2 地铁能源管理存在的问题
2.1以事后统计为主，缺乏主动管理
目前，国内大部分城市的地铁系统，能源管理方面普遍缺乏主动管理，往往都是采用相对粗犷的方式，被动统计每天的电能消耗，这种事后统计为主的管理方式，并不能真正有效对于地铁运营系统的电力消耗实现管理和优化。
2.2运行参数与能源消耗统计粗放
运行参数与能源消耗统计粗放是当前国内各大城市地铁运营系统能源管理工作所存在的第二个问题，现有的管理模式通常只会对一些主要的能源消耗环节进行监视，缺乏对于地铁系统整体能耗的精确统计，而且普遍采用手工记录的方式，这也使得在优化电力资源使用率的时候，缺少精准数据的支撑[2]。
2.3管理系统功能单一
目前国内各大城市地铁项目所采用的能源管理系统还普遍存在功能单一的问题，大部分的能源管理系统只是简单提供数據采集和显示功能，却无法对系统内各项设备的能耗情况进行有效的监听和预警，系统整体的自动化程度不高。
3 两种常见的能源管理系统的设计思路
3.1能源管理系统独立自成系统方案
在城市地铁系统中，设计能源管理系统存在两种常见的思路，其中第一种思路就是让能源管理系统独立日程一整套系统方案，也就是能源管理系统拥有独立的能源管理线路、数据采集和数据传输通道。通过这一思路设计出来的能源管理系统，与地铁的综合监控系统相互独立，因此存在一定程度的功能叠加和系统资源浪费，不能够充分利用地铁综合监控系统中已经存在的各种软硬件资源，因此，这一设计思路在实践中的应用并不多。
3.2能源管理系统与既有监控系统资源共享方案
第二种设计思路则完全相反，能源管理系统与现有的综合监控系统进行资源共享，电力资源数据将通过变电所综合自动化系统进行采集和传输，而其他类型的资源消耗则通过环境设备监控系统进行采集传输，同时，能源管理系统还将利用地铁综合监控系统中的软硬件来实现自身的中央级功能[3]。这种设计思路的方案有着显而易见的好处，就是可以提升地铁系统整体的资源利用效率，并且有效降低能源管理系统自身的建设成本。
4 城市地铁能源管理系统的设计方案
4.1系统架构设计
电能质量管理系统整体架构采用分布式网络结构，系统由中央层、车站层能源管理的计算机网络、主干通信传输网络、车站设备层现场控制网络组成。现场层设备可通过智能仪表、马达保护器、变频器、软启动设备数据实对低压开关、风机、冷水机组、电扶梯等设备电量采集。系统可以实时监控能源管理设备的状态信息，包括设备的实时数据、报警状态，可以对各类用电数据进行对比分析;系统可根据实际需求形成各类用电报表，系统同时提供车站分类能耗汇总界面。
4.2能耗数据监测
4.2.1 电能表计用电量显示
电能表计分为电力智能仪表和环控设备表计，其中，环控设备部分按5级划分，软件功能实现可实现电力开关的设备状态监视及各级设备电能数据显示。各级设备用电数据包括正向有功电度、正向无功电度、反向有功电度、反向无功电度，用户可通过软件实时查看各级系统、设备实时用电情况。
4.2.2 实时电能趋势
能源管理系统可以实时记录并显示电能趋势，系统通过对于电能瞬间值的实时采集，以及所积累的历史数据，可以将电能的实时消耗趋势图直接展示出来，同时又基于人工智能算法，可以对未来一段时间内的电能消耗趋势进行预测，从而实现电力资源的合理分配，满足不同用户对于电能数据的使用需求。
4.2.3 能耗数据查询
系统设置能耗数据查询功能，可显示车站指定回路开关查询时间段内记录的所有能耗数据，包括有功、无功电度等，选择条件包括车站、分类、分项、设备、时刻、时间段，支持分组设备查询、数据列表、数据导出Excel文件等功能，方便用户对任意能耗数据的查询。
4.2.4 数据统计
该功能提供对采集的电能质量数据，主要包含电流、功率（包含有功功率、无功功率、视在功率）、电度等，电流和功率实现最大值、最小值，电度实现累加值，可实现最小周期1小时进行统计。
4.2.5 报表功能
能源管理系统的最后一项重要功能就是自动生成各种报表，通过这一功能可以摆脱传统电力资源管理模式中，依靠人工记录的工作方式，这不仅可以提升数据记录和报表展现的准确性，同时，系统自动的数据记录可以到达非常精细的颗粒度，因此系统的报表功能也可以任意切分到不同层面，无论是电量统计报表、负荷统计报表等，都可以自动输出与之对应的日报和月报，并且系统还支持将报表转为标准的Excel文件，方便管理者随时进行下载。
5 结束语
综上所述，目前国内各大城市的地铁运营项目普遍存在能源管理系统不完备的情况，传统的管理模式无法有效提升电力资源的使用效率，通过本文所提出的地铁能源管理系统，可以实现对于地铁系统内部，列车牵引用电、车站动力用电、商业用电和照明用电所有能源消耗维度的自动监控，从而形成详实且充分量化的能源管理数据。系统按照考核指标的相关内容生成报表，并自动分析当前用能达标与否，并对能耗异常情况进行报警，及时排除异常或采取相应的措施，同时根据各部门的能耗发展趋势，对能耗增长过快的部分进行预警。最终可以帮助地铁系统构建合理有效的KPI指标体系，结合单位考核管理，促进各部门及其员工行为节能，减少能耗，降低用能支出，提高运营效益。
参考文献：
[1]褚红健，李佑文，李寅.地铁能源管理系统中基于模型的设备数据查询展示方法分析[J].无线互联科技，2019，16（23）：53-55.
[2]胡蜜.区域能源系统在地铁车站的应用分析[J].建筑热能通风空调，2019，38（07）：54-56+78.
[3]赵广岭，王英龙，谭银玲，王钊.哈尔滨地铁能源管理系统建设分析[J].交通企业管理，2019，34（01）：82-84.
作者简介：
徐达（1986-11-09），男，苏州轨道交通集团有限公司运营二分公司综合监控工程师，本科学历，中级工程师，研究方向为城市轨道交通综合监控系统、环境与设备监控系统。
关键词：能源;城市地铁;管理系统
1 引言
随着人类整体工业文明水准的不断进步，世界各国对于能源的需求也在不断增长，由此也造成了地球能源开采过度，以及自然生态环境逐渐恶化等诸多问题，作为一个负责任的大国，中国更是将节能减排列入了国家发展的重要目标。与此同时，国内城市化进程的不断推进，越来越多的地铁线路投入到运营中，为城市交通发展带来了巨大便利，但在这一过程中，地铁系统也成为了电力资源消耗的大户，并且在实际的地铁系统运营过程中，依然存在诸多环节，电能的使用效率还没有完全达到预期，这在造成电力资源浪费的同时，也增加了地铁系统的运营成本[1]。因此，在城市地铁系统内部设计科学合理的能源管理系统，可以有效提升地铁系统中各项设备的电能使用效率，如此既是符合国家节能减排战略发展目标，同时也能有效降低地铁系统的运营成本，而能源管理系统的设计首先要对于地铁能源管理现存的主要问题进行深入剖析。
2 地铁能源管理存在的问题
2.1以事后统计为主，缺乏主动管理
目前，国内大部分城市的地铁系统，能源管理方面普遍缺乏主动管理，往往都是采用相对粗犷的方式，被动统计每天的电能消耗，这种事后统计为主的管理方式，并不能真正有效对于地铁运营系统的电力消耗实现管理和优化。
2.2运行参数与能源消耗统计粗放
运行参数与能源消耗统计粗放是当前国内各大城市地铁运营系统能源管理工作所存在的第二个问题，现有的管理模式通常只会对一些主要的能源消耗环节进行监视，缺乏对于地铁系统整体能耗的精确统计，而且普遍采用手工记录的方式，这也使得在优化电力资源使用率的时候，缺少精准数据的支撑[2]。
2.3管理系统功能单一
目前国内各大城市地铁项目所采用的能源管理系统还普遍存在功能单一的问题，大部分的能源管理系统只是简单提供数據采集和显示功能，却无法对系统内各项设备的能耗情况进行有效的监听和预警，系统整体的自动化程度不高。
3 两种常见的能源管理系统的设计思路
3.1能源管理系统独立自成系统方案
在城市地铁系统中，设计能源管理系统存在两种常见的思路，其中第一种思路就是让能源管理系统独立日程一整套系统方案，也就是能源管理系统拥有独立的能源管理线路、数据采集和数据传输通道。通过这一思路设计出来的能源管理系统，与地铁的综合监控系统相互独立，因此存在一定程度的功能叠加和系统资源浪费，不能够充分利用地铁综合监控系统中已经存在的各种软硬件资源，因此，这一设计思路在实践中的应用并不多。
3.2能源管理系统与既有监控系统资源共享方案
第二种设计思路则完全相反，能源管理系统与现有的综合监控系统进行资源共享，电力资源数据将通过变电所综合自动化系统进行采集和传输，而其他类型的资源消耗则通过环境设备监控系统进行采集传输，同时，能源管理系统还将利用地铁综合监控系统中的软硬件来实现自身的中央级功能[3]。这种设计思路的方案有着显而易见的好处，就是可以提升地铁系统整体的资源利用效率，并且有效降低能源管理系统自身的建设成本。
4 城市地铁能源管理系统的设计方案
4.1系统架构设计
电能质量管理系统整体架构采用分布式网络结构，系统由中央层、车站层能源管理的计算机网络、主干通信传输网络、车站设备层现场控制网络组成。现场层设备可通过智能仪表、马达保护器、变频器、软启动设备数据实对低压开关、风机、冷水机组、电扶梯等设备电量采集。系统可以实时监控能源管理设备的状态信息，包括设备的实时数据、报警状态，可以对各类用电数据进行对比分析;系统可根据实际需求形成各类用电报表，系统同时提供车站分类能耗汇总界面。
4.2能耗数据监测
4.2.1 电能表计用电量显示
电能表计分为电力智能仪表和环控设备表计，其中，环控设备部分按5级划分，软件功能实现可实现电力开关的设备状态监视及各级设备电能数据显示。各级设备用电数据包括正向有功电度、正向无功电度、反向有功电度、反向无功电度，用户可通过软件实时查看各级系统、设备实时用电情况。
4.2.2 实时电能趋势
能源管理系统可以实时记录并显示电能趋势，系统通过对于电能瞬间值的实时采集，以及所积累的历史数据，可以将电能的实时消耗趋势图直接展示出来，同时又基于人工智能算法，可以对未来一段时间内的电能消耗趋势进行预测，从而实现电力资源的合理分配，满足不同用户对于电能数据的使用需求。
4.2.3 能耗数据查询
系统设置能耗数据查询功能，可显示车站指定回路开关查询时间段内记录的所有能耗数据，包括有功、无功电度等，选择条件包括车站、分类、分项、设备、时刻、时间段，支持分组设备查询、数据列表、数据导出Excel文件等功能，方便用户对任意能耗数据的查询。
4.2.4 数据统计
该功能提供对采集的电能质量数据，主要包含电流、功率（包含有功功率、无功功率、视在功率）、电度等，电流和功率实现最大值、最小值，电度实现累加值，可实现最小周期1小时进行统计。
4.2.5 报表功能
能源管理系统的最后一项重要功能就是自动生成各种报表，通过这一功能可以摆脱传统电力资源管理模式中，依靠人工记录的工作方式，这不仅可以提升数据记录和报表展现的准确性，同时，系统自动的数据记录可以到达非常精细的颗粒度，因此系统的报表功能也可以任意切分到不同层面，无论是电量统计报表、负荷统计报表等，都可以自动输出与之对应的日报和月报，并且系统还支持将报表转为标准的Excel文件，方便管理者随时进行下载。
5 结束语
综上所述，目前国内各大城市的地铁运营项目普遍存在能源管理系统不完备的情况，传统的管理模式无法有效提升电力资源的使用效率，通过本文所提出的地铁能源管理系统，可以实现对于地铁系统内部，列车牵引用电、车站动力用电、商业用电和照明用电所有能源消耗维度的自动监控，从而形成详实且充分量化的能源管理数据。系统按照考核指标的相关内容生成报表，并自动分析当前用能达标与否，并对能耗异常情况进行报警，及时排除异常或采取相应的措施，同时根据各部门的能耗发展趋势，对能耗增长过快的部分进行预警。最终可以帮助地铁系统构建合理有效的KPI指标体系，结合单位考核管理，促进各部门及其员工行为节能，减少能耗，降低用能支出，提高运营效益。
参考文献：
[1]褚红健，李佑文，李寅.地铁能源管理系统中基于模型的设备数据查询展示方法分析[J].无线互联科技，2019，16（23）：53-55.
[2]胡蜜.区域能源系统在地铁车站的应用分析[J].建筑热能通风空调，2019，38（07）：54-56+78.
[3]赵广岭，王英龙，谭银玲，王钊.哈尔滨地铁能源管理系统建设分析[J].交通企业管理，2019，34（01）：82-84.
作者简介：
徐达（1986-11-09），男，苏州轨道交通集团有限公司运营二分公司综合监控工程师，本科学历，中级工程师，研究方向为城市轨道交通综合监控系统、环境与设备监控系统。