周穎
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：城市軌道交通可以填補(bǔ)市民出行方式的空缺，它的運(yùn)行需要有持續(xù)的電能提供支持,。為了給軌道交通營(yíng)造穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境,，迫切需要建立相應(yīng)的電能管理系統(tǒng),，以此實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電能供給,。在本文中,，將對(duì)應(yīng)的電能管理系統(tǒng)作為基礎(chǔ),，對(duì)其運(yùn)行機(jī)制做以解析，并提出針對(duì)性方案,，以此增強(qiáng)電能管理系統(tǒng)的運(yùn)作效率,。
關(guān)鍵詞：軌道交通；電能建設(shè),；質(zhì)量管理系統(tǒng),；評(píng)估機(jī)制
盡管各類交通方式穿梭于城市的各個(gè)街道，但當(dāng)屬軌道交通*為理想,。在低碳環(huán)保的時(shí)代,，它的地位尤為突出，不僅能夠顯著降低能耗,，還擁有更強(qiáng)大的運(yùn)輸能力,。這也警醒我們應(yīng)當(dāng)注重對(duì)軌道交通的建設(shè)，作為基礎(chǔ)動(dòng)力,，電能是一大因素,，相關(guān)人員需要對(duì)電能進(jìn)行高質(zhì)管理，這是軌道交通得以運(yùn)作的前提,。
1 研究現(xiàn)狀
整車的運(yùn)行需要從牽引機(jī)上獲得動(dòng)力,，因此這也是用電比例*大的一個(gè)環(huán)節(jié)。此外,，不同的氣候要求列車需要對(duì)溫度加以調(diào)整,，因此空調(diào)系統(tǒng)緊隨其次。而后,，諸如照明等環(huán)節(jié)也需要一定電量,，但所占比例較少。
2 架構(gòu)設(shè)計(jì)
電能監(jiān)管系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,，EMS電能數(shù)據(jù)和BAS電能數(shù)據(jù)通過(guò)車站/停車場(chǎng)的FEP進(jìn)行采集,，電能監(jiān)管系統(tǒng)服務(wù)端程序定時(shí)輪詢FEP采集電能數(shù)據(jù)；PSCADA子系統(tǒng)的電能數(shù)據(jù)通過(guò)ISCS系統(tǒng)采集記錄到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù),。各個(gè)車站和停車場(chǎng)的電能數(shù)據(jù)采集后,，存儲(chǔ)在本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)同步到中央歷史數(shù)據(jù)庫(kù),。全線級(jí)別的統(tǒng)計(jì),、報(bào)表生成通過(guò)對(duì)中央歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的全線電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電能監(jiān)管系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示,。
圖2
車站的FEP從EMS和BAS子系統(tǒng)中采集電能數(shù)據(jù),。EmsAgent從FEP獲取到能數(shù)據(jù)后,，傳送到MicsRdbAgent。MicsRdbAgent對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，根據(jù)業(yè)規(guī)則生成報(bào)警和事件,，并且把報(bào)警發(fā)送到MicsAlarmAgent模塊，事件發(fā)送到MicsDataAgent模塊,。MicsAlarmAgent模塊負(fù)責(zé)把報(bào)警推送到工作站,，把報(bào)警數(shù)據(jù)記錄到車站數(shù)據(jù)庫(kù)中。MicsDataAgent負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)點(diǎn)狀態(tài)事件推送到工作站,，把事件和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)記錄到車站數(shù)據(jù)庫(kù)中,。車站ISCS負(fù)責(zé)采集PSCADA的電能數(shù)據(jù)，記錄到車站數(shù)據(jù)庫(kù),，實(shí)時(shí)同步到中央歷史數(shù)據(jù)庫(kù),。
3 具體應(yīng)用
在以往的檢測(cè)模式中，檢測(cè)部門獲取到的信息需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)長(zhǎng)后,，軌道管理部門才能接收到對(duì)應(yīng)的內(nèi)容,，這就意味著信息的傳輸存在明顯的滯后性。當(dāng)引入信息技術(shù)后,，全新的管理系統(tǒng)可以將當(dāng)下獲取的數(shù)據(jù)第一時(shí)間傳送給軌道部門,。此后相關(guān)人員能夠針對(duì)實(shí)時(shí)性的信息對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，可以創(chuàng)造更穩(wěn)定的軌道交通運(yùn)行環(huán)境,。
3.1電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與分析
從功能層面探討,，可將管理系統(tǒng)劃分為兩個(gè)層面：①監(jiān)測(cè)。此環(huán)節(jié)需要依賴于遠(yuǎn)程終端而進(jìn)行,，對(duì)電能的評(píng)估可從兩方面考慮,，一個(gè)是電壓，另一個(gè)則是電流,，因此終端便要獲取以上兩方面的實(shí)時(shí)信號(hào),，為了將其更直觀地呈現(xiàn)在用戶面前，還能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化,，*終形成相應(yīng)的波形圖,。顯然這是一個(gè)多環(huán)節(jié)相協(xié)調(diào)的過(guò)程，因此設(shè)計(jì)到的模塊自然不少,，除了基本的采集模塊外,，還需配有圖形處理、傳輸?shù)饶K,。當(dāng)然,，從細(xì)節(jié)上分析，遠(yuǎn)程監(jiān)控并非只是電壓與電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)這么簡(jiǎn)單,，它具體涉及到諧波,、頻率等各個(gè)具體內(nèi)容,。②分析。在得到上述信息后,，系統(tǒng)能夠以此為基準(zhǔn),，展開(kāi)具體的分析。綜合衡量各項(xiàng)指標(biāo),，*終判斷出電能的具體情況，而后將所得結(jié)果在第一時(shí)間傳送至用戶手中,。
具體可參見(jiàn)圖3,。
圖3 電能質(zhì)量系統(tǒng)運(yùn)作流程圖
數(shù)字技術(shù)的深度進(jìn)步，為電能質(zhì)量分析工作創(chuàng)造了更多的可能,。以此技術(shù)為基礎(chǔ)衍生出的方法多種多樣,，具體可分為如下三種：
①頻域分析法，所涉及到的參量有頻率掃描以及混合諧波潮流等內(nèi)容,；②時(shí)域分析方法,，這是一種*為普遍的方法，它的環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單,，運(yùn)作效率高,，可直接對(duì)波形展開(kāi)分析，為用戶呈現(xiàn)直觀的結(jié)果,；③以傅里葉變換為首的變換法,。
3.2電能質(zhì)量評(píng)估
從功能角度看，質(zhì)量管理系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是電能,，具體涉及到諧波,、偏差等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)接入點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),，能夠在第一時(shí)間獲得相應(yīng)信息,，并同步傳輸至用戶手中。綜合各類電能質(zhì)量評(píng)測(cè)案例可知,，無(wú)外乎兩種方法：①對(duì)具有針對(duì)性地對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)展開(kāi)分析,；②對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全面分析。
圖4 電能質(zhì)量評(píng)估環(huán)節(jié)
以圖4為基礎(chǔ),，由上至下對(duì)各環(huán)節(jié)展開(kāi)分析,。在數(shù)據(jù)采集方面，需要借助遠(yuǎn)程終端而實(shí)現(xiàn),，此時(shí)可獲取各類所需的指標(biāo),，諸如諧波、偏差等,，這是后續(xù)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ),，對(duì)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性提出了嚴(yán)苛的要求,。接著將進(jìn)行兩方面的分析，若對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)逐一分析,，便可稱之為單向指標(biāo)評(píng)估環(huán)節(jié),；此外，各項(xiàng)指標(biāo)*終需要構(gòu)成整體,，因此綜合性評(píng)估也不必可少,，這便是綜合評(píng)估環(huán)節(jié)。*終,，綜合兩個(gè)維度的評(píng)估環(huán)節(jié),，可以得出更為完善的評(píng)估結(jié)果，這便是評(píng)估結(jié)論環(huán)節(jié),。*終,，以所得結(jié)論為基礎(chǔ)，綜合軌道交通系統(tǒng)的實(shí)際情況,，制定出相應(yīng)的策略,，為運(yùn)輸提供保障。
引入層次分析法,，可以高效地對(duì)電能質(zhì)量展開(kāi)評(píng)估,。其具體流程為：選定所需測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)，并逐一加以賦權(quán),，在此基礎(chǔ)上再引入模糊數(shù)學(xué)法,，*終實(shí)現(xiàn)全面評(píng)估。同時(shí),，在權(quán)重的確定上,，采用的是區(qū)間數(shù)逼近法，此時(shí)需要引入嫡權(quán)理論,，它能獲得更理想的權(quán)重?cái)?shù)據(jù),，不受人為因素的干擾。在過(guò)去,，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的采集過(guò)程中,，市場(chǎng)伴有間斷現(xiàn)象的出現(xiàn)，而引入新方法后,，可以獲得更理想的連續(xù)性,，使得評(píng)定結(jié)果能夠更加準(zhǔn)確。
3.3智能化數(shù)據(jù)展示及預(yù)警
需要充分肯定的是,，電能質(zhì)量管理系統(tǒng)具備優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性,，無(wú)論是與電能質(zhì)量有關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)，還是具體的能耗情況，都可在此系統(tǒng)作用下完好地呈現(xiàn)出來(lái),。它的時(shí)效性更加理想,，同時(shí)數(shù)據(jù)展示更加直觀，對(duì)于軌道系統(tǒng)工作者而言,，無(wú)需花費(fèi)大量的心思,，只需根據(jù)所呈現(xiàn)的內(nèi)容便可對(duì)具體的電能情況做以深度了解。
系統(tǒng)采集設(shè)備狀態(tài)事件信息產(chǎn)生報(bào)警事件,，報(bào)警信息包含通信故障,、設(shè)備故障、2進(jìn)線失壓段相,、2進(jìn)線相序錯(cuò)誤,、過(guò)負(fù)荷報(bào)警、電流不平衡等信息,。報(bào)警信息依據(jù)等級(jí)顯示不同顏色，不同等級(jí)的報(bào)警播放不同的報(bào)警聲,。報(bào)警產(chǎn)生時(shí)報(bào)警欄顯示設(shè)備報(bào)警信息,，報(bào)警關(guān)閉時(shí)報(bào)警欄刪除相應(yīng)報(bào)警。報(bào)警處理流程如圖5,。
圖5
4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
4.1概述
用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能,，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全,、節(jié)約用電有十分重要的意義,。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推廣用戶端智能儀表,、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案,，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：先進(jìn)的表計(jì),，智能樓宇,、智能電器、增值服務(wù),、客戶用電管理系統(tǒng),、需求側(cè)管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì),，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(xiàng)用電的使用消耗情況,，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約電能,，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；
（2）商業(yè)建筑（商場(chǎng),、金融機(jī)構(gòu)建筑等）,；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)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(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站,、碼頭建筑等）,。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓,、電流、功率,、功率因數(shù),、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器,、隔離開(kāi)關(guān),、地刀等合、分狀態(tài),，以及有關(guān)故障,、告警等信號(hào)。
4.4.2電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性,。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能,，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表,。該功能使得用電可視透明,，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性,。
4.4.3詳細(xì)電參量查詢
在配電一次圖中,，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量,，包括三相電流,、三相電壓、三相總有功功率,、總無(wú)功功率,、總功率因數(shù)、正向有功電能,，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線,。
4.4.4運(yùn)行報(bào)表
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù),、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù),，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等,，并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái),。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào),，支持導(dǎo)出Excel格式文件,，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。
4.4.5變壓器運(yùn)行監(jiān)視
系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線,、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視,，用曲線顯示電流,、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量,、有功功率,、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì),，分析變壓器負(fù)荷率及損耗,，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電安全可靠,。
4.4.6實(shí)時(shí)報(bào)警
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能,，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開(kāi)關(guān),、接地刀分,、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作,、事故跳閘,，以及電壓、電流、功率,、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)報(bào)警時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)報(bào)警窗口,，并發(fā)出聲音或語(yǔ)音提醒,。
4.4.7歷史事件查詢
系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作,、事故跳閘,，以及電壓,、電流,、功率,、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,，查詢統(tǒng)計(jì),、事故分析,。
4.4.8電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè),，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖,、報(bào)表掌握進(jìn)線,、變壓器、重要回路的電壓,、電流諧波畸變率,、諧波含量、電壓不平衡度等,，及時(shí)采取相應(yīng)的措施,，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測(cè)功能的電力儀表,，不需要可刪除,。
4.4.9遙控操作
系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān),、接地刀等進(jìn)行分,、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的密碼保護(hù)和操作權(quán)限管理功能,，對(duì)于每次遙控操作,，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人,、操作時(shí)間,、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持,。
4.4.10用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名,、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行,、維護(hù),、管理提供可靠的安全保障。
4.4.11通訊狀態(tài)圖
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài),，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位,。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài),，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,。
4.4.12視頻監(jiān)控
視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播）,，選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息,。
4.4.13用戶報(bào)告
用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù),，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量,、功率因數(shù),、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
4.4.14APP支持
電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)",、“設(shè)備檔案",、“待辦事項(xiàng)"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊,，支持一次圖、需量,、用電量,、視頻、曲線,、溫濕度,、同比、環(huán)比,、電能質(zhì)量,、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢,、待辦事件處理,、巡檢記錄查詢等,。
4.5系統(tǒng)硬件配置清單
5小結(jié)
某煤礦采用了電能管理系統(tǒng)的應(yīng)用使電能管理部門通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電能使用情況及用能單位的能耗數(shù)據(jù)提高了企業(yè)電能管理的及時(shí)性、準(zhǔn)確性及電能利用效率科學(xué)地提高了峰谷比值,。目前某礦用電峰谷比由應(yīng)用電能管理系統(tǒng)前的1:1:1提高到1:1:5,，平均每月節(jié)約電費(fèi)50多萬(wàn)元。
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作者簡(jiǎn)介：
周穎,，女，本科 安科瑞電氣股份有限公司,，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電
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