摘要：本文針對地鐵工程車站進行了低壓變電智能化電能管理系統(tǒng)設計。首先，對地鐵工程中的車站低壓智能系統(tǒng)做了詳細介紹，其次，從硬件與軟件兩方面進行了電能管理系統(tǒng)整體結構設計，再次，基于頻率管理、電能質量控制和報警、諧波管理、節(jié)能與設備優(yōu)化管理等角度深入分析了管理系統(tǒng)功能。通過研究表明，此系統(tǒng)實用性與可靠性良好，能夠基于網(wǎng)絡集中化管理實現(xiàn)設備用電信息優(yōu)化管理與控制，從而科學有效管理能源消耗，提高能源利用率，節(jié)約車站運營成本，因此值得大力推廣與應用。

關鍵詞：地鐵車站；低壓；變電；智能化；電能管理

 

     地鐵工程中車站低壓配電變電系統(tǒng)的作用是為地鐵除了牽引負荷之外運營所需機電設備提供低壓電源電力。就功能可以劃分為兩大類，即降壓變電所與環(huán)控電控，其中，降壓變電所的任務是針對車站通信與監(jiān)控提供電源，環(huán)控電控的任務是為風機與冷卻塔等供電。如果不能確保供電的穩(wěn)定性與可靠性，那么勢必會影響地鐵的有序運行。

 

2.1 降壓變電低壓系統(tǒng)

      降壓變電低壓智能系統(tǒng)的控制對象為母聯(lián)斷路器、進線短路器、三級負荷低壓總開關。現(xiàn)階段，我國地鐵車站降壓變電低壓智能系統(tǒng)的形式是，基于控制對象遙測與遙控，增加全部饋出回路遙測。智能低壓系統(tǒng)是由以太網(wǎng)、智能化開關、PLC、數(shù)字儀表等所構成的，其中系統(tǒng)控制對象的遙控是以斷路器為輔助加以實現(xiàn)的，而遙測與遙信則是以數(shù)字化儀表為載體加以實現(xiàn)的。降壓變電低壓智能系統(tǒng)結構具體如圖1所示。

 

圖1 降壓變電低壓智能系統(tǒng)結構

2.2 環(huán)控電控低壓系統(tǒng)

      環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)，不僅可以綜合保障并監(jiān)測具備軟啟動與變頻器的電機回路，還能夠綜合保護與監(jiān)測全部饋出回路。環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)結構具體如圖2所示。

 

圖2 環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)結構

       從圖可以看出，環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)的任務是全面保護電動機。低壓布置配有單獨的通信控制器，以此搜集通風空調的相關數(shù)據(jù)信息，并調整匯總，加以計算分析，然后實時傳輸?shù)綑C電設備自動化控制系統(tǒng)的PLC中，就PLC的通風模式為依據(jù)加強有效控制。特別是在出現(xiàn)火災情況的時候，地鐵車站機電設備自動化控制系統(tǒng)接收到火災自動化報警系統(tǒng)的命令，落實各種類型環(huán)控設施設備的火災運行模式，并把命令下達到環(huán)控柜低壓智能系統(tǒng)。

 

       系統(tǒng)基于Trans Active軟件平臺得以開發(fā)設計。Trans Active軟件平臺利用了C++軟件技術，通過模塊化結構，依據(jù)系統(tǒng)功能需要，將系統(tǒng)功能模塊化，軟件組件化，進而靈活銜接并調取，適應性與可靠性都十分突出。

3.1 硬件結構

       電能管理系統(tǒng)硬件結構具體如3所示。其一，系統(tǒng)服務器的作用是接收并處理數(shù)據(jù)信息；其二，管理工作站的作用是為系統(tǒng)管理者提供更加便利、完善的環(huán)境；其三，網(wǎng)絡設施設備實際上等同于網(wǎng)絡交換機；其四，存儲設備實際上就是磁盤陣列，任務是儲存系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)信息。此外，電能管理系統(tǒng)基于網(wǎng)絡交換機與局域網(wǎng)，和外部接口系統(tǒng)之間進行交互數(shù)據(jù)信息管理、分析。

 

圖3 電能管理系統(tǒng)硬件結構

3.2 軟件結構

      電能管理系統(tǒng)的軟件結構具體如圖4所示。

 

圖4 電能管理系統(tǒng)的軟件結構

 

      電能管理系統(tǒng)功能具體如圖5所示。

 

圖5 電能管理系統(tǒng)功能

 

4.1 頻率管理模塊

      對于低壓變電智能化電能管理系統(tǒng)而言，頻率屬于其所采集的主要監(jiān)控電能，能夠對頻率實時變化進行全程跟蹤監(jiān)控，并及時把相關數(shù)據(jù)信息儲存到歷史數(shù)據(jù)庫。通過系統(tǒng)的越限報警功能，還可以設置上下閾限值，在出現(xiàn)越限狀況的時候，系統(tǒng)及時發(fā)出聲光告警信號，并把報警信息儲存到歷史數(shù)據(jù)庫，以便于快速查詢并解決故障。在故障狀況下，系統(tǒng)頻率降低的時候，可通過系統(tǒng)遙控操控能力，低頻率減負荷，自動摒除次要負荷。而在系統(tǒng)頻率上升的時候，為減少發(fā)電機處理，依舊可以通過遙控操控能力，高頻率切機，促使系統(tǒng)頻率快速恢復到額定值閾限內，從而進一步滿足頻率管理具體需求。

 4.2 電能質量監(jiān)控與報警模塊

      通過對系統(tǒng)與站點電能質量進行檢測，發(fā)現(xiàn)潛藏威脅，即諧波、電壓偏移、變電系統(tǒng)事故等等。同時，還能夠挖掘系統(tǒng)越限與能耗異常狀況，及時發(fā)出告警信號，以郵件、短信、PDA、工作站等多元化方式快速通知操作員工，以此有效降低設備誤動作幾率，節(jié)約能源成本，以助于配電系統(tǒng)科學合理規(guī)劃，提高生產(chǎn)效率與水平，并進一步提供系統(tǒng)的、完善的能源視圖。

4.3 諧波管理模塊 

      諧波分量并不是系統(tǒng)采集的基礎監(jiān)控電能電量，但是卻能夠通過低壓變電系統(tǒng)采集諧波。然而，所檢測諧波次數(shù)大約在2-19 次，就諧波源特性，適度調整諧波次數(shù)測量區(qū)域。就負荷變化比較快的諧波源來講，一般都會控制在31次以上，其中一些回路明確指出進行63次諧波分量檢測。所以，諧波檢測數(shù)據(jù)量都比較大。系統(tǒng)對于實時性與及時性要求非常高，把各回路諧波畸變率數(shù)據(jù)信息進行上傳處理分析，不僅會嚴重消耗系統(tǒng)資源，還會對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性與真實性造成直接性影響。因此，系統(tǒng)諧波質量主要通過關鍵回路實時性采集與一般性回路分批性定時采集、召喚采集相融合的方式加強優(yōu)化管理。其中，關鍵回路與變電配電系統(tǒng)電能質量息息相關，因此，選用實時采集與密切關注諧波數(shù)據(jù)信息的模式，這主要是由于此類型回路數(shù)量相對偏少，盡管單項回路數(shù)據(jù)量非常多，可是在科學合理化分配之后，對系統(tǒng)實時性的影響并不突出。而一般回路對系統(tǒng)電能質量的影響不顯著，因此，通過分批性定時采集方式，避免遇到資源利用高峰期，分批性定時獲取數(shù)據(jù)信息。其中定時的 

具體時間以回路性質與系統(tǒng)規(guī)模為基礎進一步明確，能夠有效促進系統(tǒng)資源利用率提升。而且出現(xiàn)故障的回路，還能夠召喚采集，在出現(xiàn)故障的時候，進行諧波數(shù)據(jù)信息實時采集，以助于詳細了解并分析故障發(fā)生的具體原因。

4.4 節(jié)能與設備優(yōu)化模塊 

      通過收集能源數(shù)據(jù)信息并詳細分析設備狀態(tài)，獲取節(jié)能空間較大區(qū)域具體位置，評估節(jié)能措施與設備具體成效，即再生制動能量利用、諧波治理、照明控制等等。基于電能管理系統(tǒng)的參數(shù)展示模塊，遠程監(jiān)控變電配電回路電氣實際運行狀態(tài)，生成電氣參數(shù)、能耗、分時計量等等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)報表。同時就電能管理系統(tǒng)軟件所采集數(shù)據(jù)信息，進一步探索歷史負荷、能耗、裕量等，以此提高系統(tǒng)設備利用率。此外，從時段、季度、部門等角度統(tǒng)計分析全年具體能耗，以Microsoft Excel文件格式存儲所生成報表，并自動化生成曲線圖，以便于用戶快速生成詳細報告。

 

5.1概述

        用戶端消耗著整個電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，全面推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：*的表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側管理等課題。

        安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，有效節(jié)約電能，為用戶進一步節(jié)能改造或設備升級提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

 5.2應用場所

        （1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

        （2）商業(yè)建筑（商場、金融機構建筑等）；

        （3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

        （4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、體育建筑等）；

        （5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)中心等）；

        （6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結構