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能源管理系统在城市轨道交通中的应用 安科瑞鲍静君
1 地铁能耗分析
地铁是大运量的城市轨道交通运输系统，也是耗电量的大户。地铁运营过程中消耗能源的主要形式是电能。根据对地铁用电负荷的统计分析，能耗主要分布在列车牵引用电和各种动力照明设备用电，如通风空调、自动扶梯、照明、弱电设备等方面。图1是地铁各系统耗能分布图。
图1 地铁各系统耗能分布图
从图1中可见，地铁列车牵引用电和各种动力照明用电量比例约各占50%。牵引供电、通风空调、电扶梯、照明等能耗占地铁总能耗的90%左右，是节能工作的。因此，应对地铁中主要用电设备以及持续性运转的大负荷容量设备加强能源管理和监控，并对采用变频等节能技术措施的设备做好经济技术考核和对比分析工作。
2 地铁能源管理系统的可行性分析
目前，综合监控系统已在全世界范围内的城市轨道交通工程中成功应用，并且带来了良好的经济效益和社会效益。综合监控系统是一个大型的综合自动化系统，它采用通用的软件平台、一致的硬件架构、统一的人机界面，通过对相关系统的集成和互联，建立了一个高度共享的信息平台，实现地铁各系统间的信息互通与资源共享，从而提高了日常管理与调度工作的效率和地铁运营的整体服务水平。
另外，新建地铁的低压配电柜和环控电控柜已采用智能开关柜设计方案。低压配电柜、环控电控柜内智能网络的构成是柜内智能仪表通过冗余的现场总线，同时通过智能通信管理器将数据信息上传至综合监控系统。采用这种方式不仅能确保采集的设备电能数据能够及时发送到监控系统，而且可靠性高、系统构成简单、经济，便于集中管理。
地铁综合监控系统的工业以太网络等硬件和底层现场总线等基础构架，为能源管理系统的实施创造了非常有利的条件。在此基础上，采用可靠的能源管理软件、硬件，完全可以建立一套完整的、具有水平的地铁能源管理系统。
3 地铁能源管理系统在轨道交通11号线安亭站地块的应用
3.1 项目概述
安亭站位于上海嘉定区安亭镇曹安公路墨玉路，为上海轨道交通11号线的高架岛式车站，于2010年3月29日启用。上海安科瑞电气股份有限公司于2011年8月承接轨道交通11号线能源管理系统的设计及施工。实现了对配电室内的高压，低压进线、电容补偿、联络、出线回路进行远程监控。Acrel-5000型能源管理系统预留了扩展接口，可方便进行扩展。
整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于监控中心值班室（位于中心变配电室内）内，系统采用开放的通讯协议，通过RS-485现场总线与高低压配电系统等相连，实现数据通讯功能。
3.2 组网结构
该系统主要采用分层分布式计算机网络结构，如图2所示共分为三层：站控管理层、网络通讯层和现场设备层。
图2 组网结构图
现场设备层主要是连接于网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表和保护装置等，也是构建该配电系统必要的基本组成元素。该项目中包括M5系列综保、ACR系列网络仪表及WHD系列温湿度控制器，共实现对407个现场设备进行监测和管理。
网络通讯层是由通讯服务器、接口转换器及总线网络等组成。该层是数据信息交换的桥梁。
站控管理层是针对配电网络的管理人员，该层直接面向用户。该层也是系统的较上层部分，主要由能源管理系统软件和必要的硬件设备如计算机、打印机、UPS等组成。
3.3 设备参数列表
3.4 系统设计参数
3.5 系统功能及软件界面
3.5.1 分类、分项能耗数据统计
系统具备历史数据、报警信息等的存储功能，存储历史数据保存时间大于三年。系统同时具备将分类、分项能耗数据按“需要发送至上级数据中心的能源数据”的要求发送至上级数据中心的功能。界面如图3。
3.5.2 能耗数据的实时监测
系统具备良好的开放性，可对用户需求进行功能扩展，在基本分析功能的基础上为用户定制个性化报表和分析模板；系统具有报警管理功能，负责报警及事件的传送、报警确认及报警记录功能以便告知用户或供用户查询；系统具备权限管理、系统日志及系统参数设置等功能。界面如图4。
3.5.3 用能情况的同、环比分析
对各分类、分项能耗（标准煤量或千瓦时）和单位面积能耗（标准煤量或千瓦时）进行按月、年同比或环比分析。可预置、显示、查询和打印常用建筑能耗统计报表。界面如图5。
3.5.4 建筑能耗数据分析
系统对分类、分项能耗数据进行采集汇总后，可生成各种数据图表、饼图、柱状图等，实时反映和对比各项采集数据和统计数据的数值、趋势和分布情况。系统可按总能耗和单位面积能耗进行逐日、逐月、逐年汇总，并以坐标曲线等各形式显示、查询和打印。界面如图6。
3.5.5 远程网络访问功能
系统以Web发布后可进行远程网络访问。基于.Net平台，使用、JQuery技术开发，可通过Internet访问，具有跨平台的特性，用户可通过各种移动终端（笔记本、平板电脑、手机等）访问。界面如图7。
图7 远程网络访问功能
4 结语
“只有可被测量的才是可被管理的。”地铁能源管理系统的总目标是建立一个全线性或者整个城市轨道交通网络的能源管理系统，构建一个覆盖列车牵引用电、各车站动力照明设备用电，以及车辆段电能、燃气、自来水等能源介质的自动监控系统。地铁在满足公共交通功能需求的同时，应按照合理用能的原则，推进节能技术的应用，加强节能管理和能耗控制，以提高能源利用效率，降低运营成本。
参考文献
[1]GB50157—2003 地铁设计规范[S].
[2]JGJ16—2008 民用建筑电气设计规范[S].
[3]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
电力需求侧管理及智能电力监控技术在通用及**设备制造行业错峰限电中的应用 安科瑞鲍静君
一、 行业用户用电特性分析
通用及**设备制造业按国民生产行业可细分为：锅炉及原动机制造、金属加工机械制造、起重运输设备制造、泵阀门压缩机及类似机械的制造、轴承齿轮传动和驱动部件的制造、烘炉熔炉及电炉制造、风机衡器包装设备等通用设备制造、金属铸锻加工制造；矿山冶金建筑**设备制造、化工木材非金属加工**设备制造、食品饮料**及饲料生产**设备制造、印刷制药日化生产**设备制造、纺织服装和皮革工业**设备制造、电子和电工机械**设备制造、农林牧渔**机械制造、医疗仪器设备及器械制造、环保社会公共安全及其他**设备制造等制造行业。
通用及**设备制造业的范围特别广泛，基本都属于非连续性生产单位。通用及**设备制造业的用户数目众多，负荷大小从几十千瓦到几千千瓦都有，个别企业甚至还**过一万千瓦。
该行业用户生产时间为8：00～21：00，也有24小时连续生产的。早峰时间段是全天的生产高峰和用电高峰；深夜产量较小是用电低谷。用电峰谷差率特别大，日负荷曲线属于典型的“中间高、两头低”形态。少部分连续生产的通用及**设备制造业用户其负荷曲线相对较平稳，约有20％左右的波动。
在高温或严寒季节，随着温度的变化，该类企业的用电需求也随着空调的使用有显着上升。从全年来看，该类企业年用电曲线呈现夏、冬季负荷高，春、秋季负荷小的特点。其中，夏季出现全年较高负荷的概率较大。
通用及**设备制造行业用户设备分类表
由通用及**设备制造业用户的主要用电设备可看出，该类用户的绝大部分用电设备都是可以中断用电的，可限负荷比例为80～90%。
二、 行业用户参与错峰限电能力分析
1. 为**人民群众生活及电网的安全运行，在电网出现缺口时，可以对通用及**设备制造业用户进行错峰限电。
2. 由通用及**设备制造业用户可中断生产的负荷特性及通用及**设备制造业用户数量众多的特点决定，通用及**设备制造业用户是除钢铁、水泥、高能耗企业以外错避峰的行业。
3. 通用及**设备制造业用户只要提前通知（15~30分钟），措施得当，完全可以充当错峰限电的主力。
4. 通用及**设备制造业用户参与错峰限电有利方面：
1) 限电只减少产量，而不会造成人员和设备的损伤与损坏。
2) 限电比例可很大，春、秋、冬季较大可按实时用电负荷的80%~90%进行限电。
3) 错峰负荷可 “快上快下”。
5. 通用及**设备制造业用户参与错峰限电不利方面：
1) 由于每户负荷不大，限电效果不明显，要想限下一定数量的负荷需动用相当多的用户参加。
2) 因每户负荷不大，调日作息时间与调休息日错峰效果不明显，但影响人数众多，组织交通、女工上下班安全问题多。
3) 该行业人均用电负荷低，每限1万千瓦负荷会造成3000~5000工人没活干，若限电时间长、周期频繁易出事。
4) 气温**32℃时限电，在厂房内需留有部分通风与降温负荷。
6. 行业用户错峰的方法
对于通用及**设备制造业来讲，大部分用电设备都可以参与错峰限电，错峰的主要办法有：
1) 将空调温度设定在26℃～28℃；
2) 减少部分照明、办公空调的负荷等；
3) 调整上下班时间，避免高峰时段限电后没电用的状况；
4) 将用电大设备安排在负荷高峰时段进行检修；
5) 安排放假或轮休（生产一周、停产一周；也可执行开三停四）；
6) 关停部分用电设备。
三、 行业用户参与错峰限电技术方案
（一） 缺口等级IV级参与方案
1. 阶段性错峰：
在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用基本保安负荷的同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段释放部分设备负荷。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
本级可停的用电设备有：电开水炉、厂区道路照明、食堂、宿舍、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、喷漆机、空锤机、空压机、切割机、剪板机、烘干机、电镀机、行吊、电焊机、拉丝机、镀锌机、鼓风机等。
（二） 缺口等级III级参与方案
1. 阶段性错峰：
1) 在错峰时段内首先投入错峰可限负荷高，响应时间快的可限负荷设备；同时逐步投入响应时间慢的可限负荷，保证所有可限负荷全部参与错峰；
2) 在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用基本保安负荷的同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段释放部分设备负荷。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
本级可停的用电设备有：热处理、溶化炉、高频炉、喷漆机、烘干机、电镀机、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、空锤机、空压机、切割机、剪板机、电开水炉、厂区道路照明、食堂、宿舍、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、鼓风机、锅炉、水泵、行吊、电焊机、拉丝机、镀锌机等。
（三） 缺口等级II级参与方案
1. 阶段性错峰：
1) 除留用基本保安负荷外，全时段投入所有可参与错峰负荷；
2) 对于响应时间慢的设备需提前做好参与错峰准备，保证所有可限负荷全额全时段参与错峰。
2. 紧急错峰：
接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
本级可停的用电设备有：热处理、溶化炉、高频炉、喷漆机、烘干机、电镀机、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、空锤机、空压机、切割机、剪板机、厂区道路照明、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、鼓风机、锅炉、水泵、行吊、食堂、宿舍、电开水炉、电焊机、拉丝机、镀锌机、数控机床、生产流水线、组装线等。
（四） 缺口等级I级参与方案
1. 阶段性错峰：
缺口等级I级时通用及**设备制造业应通过每周“开三停四”的方法、“生产一周停产一周”的方法、以及“将生产班次全部调到夜间生产”的方法实现错峰限电。
2. 紧急错峰：
在15~30分钟内停除保安外的一切用电设备与所有生产线。
四、 行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 遇到突然停电，会使工作中的行车失去平衡，可能产生倾斜、脱落，机体本身可能损坏、报废地面的设施，作业人员也可能被砸伤，造成损害和人员伤亡。
2. 一些在高精密数控设备上进行的设备设施，突然停电会造成系统数据丢失，产品报废，设备严重损伤，恢复正常生产需要较长时间，产生重大经济损伤。
3. 溶化炉、高频炉、锅炉等设备如遇突然停电，会使炉膛报废，溶炼的金属溶液报废，且存在发生火灾的隐患。
因此，该行业用户参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，主动承担社会责任同时将损失降到较低。
五、智能电力监控的功能与应用
5.1项目概况
武汉重型机床集团有限公司(原武汉重型机床厂，简称武重)是生产重型、**重型机床规格较大、品种较全的大型骨干企业。重型机床产品全部实现数控化。大部分产品达到九十年代水平，**重型数控立式车床、**重型卧式车床、**重型数控龙门移动镗铣床达到当代水平。也是世界一能生产多品种**重型机床产品的厂家。
安科瑞电气股份有限公司承接武汉重型机床集团远程自动抄表系统项目的设计与实施。采用Acrel-3000型电力监控系统， 本监控系统的监控范围：威泰立车公司、数控镗床公司、数控铣床公司、武汉善福公司、武重铸锻公司、大件加工厂、中小件加工厂、办公大楼8个单位13个配电室的电力仪表。
按照武汉重型机床集团的实际需求和智能元器件的功能，完成系统的设计，主要功能为：一次主接线图界面显示；电参量遥测及电参量越限报警；事件记录，系统运行异常监测；故障报警及操作记录；电能报表查询与打印；系统负荷、谐波的实时、历史曲线，用户权限管理等主要功能，实际细化功能卖方可以根据买方的使用习惯和需求做可行性修改。
整个系统采用网络分布式结构，监控主机位于10KV监控室内，系统采用开放的通讯协议，通过现场总线连接到通讯服务器MOXA NPort5430 .13个配电室通过光纤组网与低压配电系统等相连，实现数据通讯功能。
5.2系统的结构
本系统采用分层分布式计算机网络结构即间隔层、通讯层和站控层如下图所示：
间隔层主要的设备为：多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
中间层主要为：通讯服务器，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、音响等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输。
5.3系统的主要功能
①数据采集与处理
数据采集是配电监控的基础，数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成，实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括：三相电压U、三相电流I、频率Hz、功率P、功率因数COSφ、电度Ep、远程设备运行状态等数据。
数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户，达到配电监控的自动化化和智能化要求，同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。
②人机交互
系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面，CAD图形显示低压配电系统电气一次主接线图，显示配电系统设备状态及相应实时运行参数；画面实时动态刷新；模拟量显示；开关量显示；报警记录显示等。
③故障报警及事故追忆
在配电系统发生运行故障时，会及时发出声报警提示用户及时响应故障回路，同时自动记录事件发生的时间地点，以被用户查询，追忆故障原因。
④数据库建立与查询
主要完成遥测量和遥信量定时采集，并且建立数据库，定期生成报表，以供用户查询打印。
⑤电能成本管理
自动进行日、月、年的电能统计，可以进行尖、峰、平、谷时段设定，实现具有电能分时计费功能，同时生成日、月、年报表，电流曲线图等。
⑥用户权限管理
可根据买方要求添加和删除软件的用户数量和设置用户的权限。针对不同级别的用户，设置不同的权限组，防止因人为误操作给生产，生活带来的损失，实现配电系统的安全，可靠运行。
六、主要监控产品
（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表
该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。
（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表
该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、较大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。
（3）低压出线柜选ARD系列
该表测量三相电流、定值查询、定值整定、过载、断相（不平衡）、堵转、欠载、外部故障、阻塞、欠压等保护功能、8DI+4DO、电能管理、漏电保护、SOE记录、多种起动模式、RS485通讯接口、MODbus协议/Profibus-DP协议可选。
（4）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置
照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。
ARD
DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的三相电能计量。
DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、较大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。
ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
七、设备清单
参考文献：
[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.
[2] 通用及**设备制造行业错峰限电技术指导.
