更新時(shí)間: 2023-04-12 點(diǎn)擊次數(shù): 505次
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(lèi)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,電能是的一大因素,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(chē)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(chē)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,具體可參照?qǐng)D1。
圖1 軌道交通各內(nèi)部環(huán)節(jié)的能耗情況
總的來(lái)說(shuō),電能的質(zhì)量不可能時(shí)長(zhǎng)處于高質(zhì)水平,它受多方面的影響,具體如下:①由于列車(chē)用電存在特殊性,加之內(nèi)部元器件的影響,使得整體電流與電壓均出現(xiàn)波動(dòng),而二者又是電能質(zhì)量的因素,所以必將帶來(lái)電能質(zhì)量的下降;②列車(chē)內(nèi)部含有豐富的PLC,作為一種工業(yè)計(jì)算機(jī),當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)后,普通質(zhì)量的電能將難以適用。
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(chē)站/停車(chē)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(xún)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(chē)站和停車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)站數(shù)據(jù)庫(kù)中。車(chē)站ISCS負(fù)責(zé)采集PSCADA的電能數(shù)據(jù),記錄到車(chē)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(mén)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(mén)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(mén)。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(lài)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)手中。綜合各類(lèi)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(lèi)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(chēng)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(hù)端消耗著整個(gè)電網(wǎng)80%的電能,用戶(hù)端智能化用電管理對(duì)用戶(hù)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(hù)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(hù)的雙向良性互動(dòng)。用戶(hù)端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括:的表計(jì),智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶(hù)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(hù)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(hù)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(chē)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(hù)可以自由查詢(xún)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(xún)
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(xún)界面中能夠自定義需要查詢(xún)的參數(shù)、時(shí)間或選擇查詢(xún)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(hù)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(hù)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(xún)
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(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢(xún)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(lèi)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(hù)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(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)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(chēng)修改等)。可以定義不同級(jí)別用戶(hù)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(hù)報(bào)告
用戶(hù)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(xún),設(shè)備檔案查詢(xún)、待辦事件處理、巡檢記錄查詢(xún)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(mén)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。
【參考文獻(xiàn)】
[1]吳曉楓.電能管理系統(tǒng)在智能軌道交通中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
[2]朱莉莉.電能質(zhì)量管理系統(tǒng)及其在城市軌道交通的應(yīng)用[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2017,26(5):69~72.
[3]謝名勇.能源管理系統(tǒng)在重慶軌道交通中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息,2016(03):25~26.
[4]朱微維,朱祁,陳穎峰.城市軌道交通電能質(zhì)量管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2014(09):55~56.
[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版