关于西安站能源智能管理系统的应用研究

关于西安站能源智能管理系统的应用研究

石泉平

中国铁路西安局集团有限公司科学技术研究所 陕西西安市 710054

摘要：能源智能管理系统将西安站原有南、北站房2套BAS系统，2套智能照明系统，1套能源监测系统整合在一个平台上进行管理（5处终端5人值守变为1处终端1人值守）。该系统对不同区域各类设备能耗及状态（包括：空调通风、供水排污、电梯扶梯、智能照明）进行实时在线监视与控制，并通过各种形式的图表直观展示，同时可进行分项计量管理和分区域管理。通过数据分析给使用方提供能源管控重点区域，为节支降耗提供决策依据，并对各区域当前能耗水平评价考核，同时对设备进行实时监控，及时发现设备异常和低效运行现象，并推送至维修部门处置，处理完毕形成闭环。

关键词：能源智能管理系统，西安站，能耗及状态，在线监视与控制，分项及分区域管理，决策依据。

一、能效监测分析子系统

1.建设目标

系统对设备日常运行维护及耗能方式实施有效的管理，对能耗信息、环境信息、设备信息及运营信息进行统计、分析，得出与能源消耗及能源效率相关的决策性数据，帮助管理人员了解历史和当前的能源使用状况，辅助其做出正确的能源改善策略，形成客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，减少能源管理的成本，提高能源管理的效率，及时了解各区域的真实能耗情况。

能效监测分析子系统可达到以下目标：

（1）对各类能耗设备进行实时在线监视，对能耗数据进行自动采集、储存及查询，并通过各种形式的图表直观展示。

（2）实时监测车站能源消耗指标，根据各区域的用能特性进行能耗统计分析。

（3）能够对重要耗能设备的用电负荷实现统计分析，便于用户掌握设备的用能规律。

（4）结合候车厅人流密度数据，实现人均能耗的实时展示，响应“碳中和”国家战略，厉行碳排放管理，落实集团公司中型车站客运标准化建设。

2.界面展示

（1）根据建筑模型进行3D可视化设计，实现多维度数据信息直观展示。

（2）通过多层次节能分析为设备管控提供依据，实现透明化、精细化管理。

（3）实现节能效果验证和持续改善的整体解决方式。

能耗对比分析、能耗同比分析、能耗环比分析、报警分析、设备报警统计、报警工单、电费报表、电价设置

3D建模模型

设备运行状况

系统事件管理

分类能耗分析

总能耗分析

图1 能源智能管理系统主界面

图2 分层设备实时监控

3.系统功能

（1）通过可视化数据图表，实现分类分项能耗分析、系统运行状态分析、参数预测分析、指标管理等，对比同类设备运行参数，寻找运行管理方面的异常，为车站精细化调节策略提供依据，提高能源管理水平。

（2）利用能源数据来分析用能特点及运行策略，从系统、行为方面来挖掘节能空间，通过相关智能硬件和软件工具来实现系统安全高效运行。

（3）支持能耗分类分级的多种分析算法，如对比、同比、环比、排名等方式，可实现对区域能耗、能耗类型、设备能耗进行分析，自动计算阶段电费，同时可提供任意指定时段内的数据分析，为制定节能计划提供依据。

图3 能耗对比分析

图4 能耗同比分析

图5 能耗环比分析

二、能源管理控制子系统

1.建设目标

系统将建筑电气设备与控制子系统（空调机组监控系统、给排水系统、电梯系统、照明系统等）进行分散控制、集中监视管理，实现一体化控制，以较低的能源消耗来维持系统和设备的正常运行，取得最低的车站运作成本；通过优化控制提高管理水平，极大的方便了设备的操作与维修，减少了管理和维护人员，达到节约能源与人力资源的目的，创造了更高的经济效益。

2.系统功能

（1）空调机组监控系统

系统可随时对各子设备发送指令进行监控与控制，经系统判断后发出相应的联动控制信号，同时提供各设备的日启停状态，高低峰值，实时运行值等数据，并以表格和曲线等形式记录。DDC控制器控制就近冷冻水（热水）回水管上安装的电动调节阀。当DDC控制器接受的回风温度与设定值有偏差时，通过在现场DDC控制器内置的控制算法，如PID（比例积分微分）和优化PID算法，DDC控制器发出控制信号到电动调节阀，调节盘管内的水流量，这样构成闭环控制，保持送风温度在要求的控制范围内，当空调机组停止运行时，调节阀即关闭。每台空调机组的过滤网处均设有压差开关，由此来测定过滤网是否淤塞，此信号通过DDC控制器反映在中央控制器中，通知维护人员进行清理。

通过室外温湿度，室内重点区域温湿度的变化趋势与空调总能耗的对比，可以分析出之间的线性关联，为合理设定温度提供数据支撑。PID数据参数可以依据趋势图细化不同区域空调机组的设定温度，同时分析系统是否存在运行异常、操作不当、控制低效等运行问题。

图6 空调设备状态显示

（2）给排水监控系统

给排水系统中水泵的启停由就近安装的DDC控制器控制，系统监视集水坑的溢流报警液位、停泵液位、启泵液位，监测排水泵的运行状态。当液位高于溢流液位、启停泵液位与泵的运行状态不对应时，发出报警。

图7 排污泵设备状态显示

（3）电梯监控系统

通过预留给电梯系统的触点接口监测电梯的运行状态，包括：故障报警，电梯上行、下行，楼层、门状态等。

图8 电梯设备状态显示

（4）智能照明系统

图9 智能照明系统拓扑图

智能照明系统是由现场数据总线构成的分布式照明管理平台。该系统由监控模块、控制模块、执行模块和网络模块等组成。可根据现场策略通过后台逻辑编程及数据源数据，实现对不同回路的自动开关控制，达到不同的灯光场景和控制效果。

以西安站为试点，围绕集团公司特大型、大型客运车站，提出智能照明节能技术方案，推进集团公司绿色站房建设，降低运营成本，实现照明智能管控。采用原线缆、原回路，仅更换原系统控制终端、节点控制器、系统网络模块、高能耗灯具，可在保证车站正常运转的情况下，对高架候车厅、风雨棚、站台层、外立面等实施分区域控制；在高架候车厅、站台层、风雨棚安装光照度传感器，结合时间、人流量、车次信息联动控制制定策略。一是定时策略。工作人员可以在上位机灵活定制时间策略，实现回路灯具的自动开合。二是传感器策略。利用光照度传感器采集光照强度，通过设置阈值自动调节回路灯具的开合。三是人流密度策略。通过获取摄像头人流数据，设置阈值自动调节回路灯具的开合。四是数据源策略。上位机从管控平台获取车次相关信息，自动调节回路灯具的开合。

以宝鸡站为切入点，形成了针对中型车站的标准化照明方案，解决了车站照明系统的智能化管控问题，达到节能降耗的目的，响应“碳中和”国家战略，厉行碳排放管理，落实集团公司中型车站客运标准化建设，为集团公司各中型车站标准化照明提供可复制的解决方案。该方案包括定时控制、光照度控制、红外感应控制、车次信息控制等，可依据车次信息进行智能分析，自动开启、关闭站台照明及应急照明，确保旅客密度较大时的充分光照条件；在候车厅安装光照度传感器，可根据光照强度，自动控制照明开闭，达到节能目的；能够实时监测照明系统分布于不同地点不同配电箱内的设备状态，发现异常后台实时报警，便于运营部门维护。

通过数据整合分析对照明设备进行自动化、标准化管控，大大降低了人工管控造成的能耗浪费，同时改善了旅客舒适度低的问题。集团公司在进行车站改造、大修时，可同步实施智能照明系统，采取一次性设计、施工方案。此项研究成果可提供于国铁工程公司进行转化实施，达到效益最大化。

安全指挥中心工作人员通过人工介入点击该系统不同区域手动控制按钮，实现该区域照明的全开与全关；若车站出现旅客滞留，可由该系统开启堵塞模式（全部照明），同时各区域本地控制面板设置紧急情况手动优先介入模式，人工介入优先级最高。

图10 区域照明设备状态显示

该系统依据车次信息同时结合人流密度数据，动态控制照明场景回路的开启与关闭，为智能照明的实现提供策略支持。

图11 人流密度摄像头状态显示

三、设备异常状态处置管理子系统

系统对设备进行实时监控，自动提示异常状态，形成报警工单并推送至维修部门处置，维修人员处理完毕并填写工单完成此项异常状态处置，形成闭环操作。

图12 报警工单统计

图13 报警工单编辑

结束语：

实践证明，能源管理系统不仅仅可以为地铁设备运行带来最直接的经济效益，同时也是大势所趋，能带来良好的社会效益，作为大型基础设施以及大型公共建筑建设管理，对能耗要求是必不可少的，随着轨道交通建设规模的逐步扩大，每一座车站都进行节能设计，用能管理，这样汇总起来将是客观的经济效益，能够在为人们出行提供便利的同时，推动轨道交通的进一步发展。

参考文献：

[1]王亚涛, 一种能源智能管理全系统. 天津市,易微电,2017-04-12.

[2]吕金都,王致杰,黄麒元,王浩清,杜彬,王东伟,江秀臣,盛戈皞. 地铁车站能源监控系统结构设计[J]. 自动化应用,2016,(08):55-58.

[3]沈文杰. 地铁车站能源管理系统设计应用[J]. 电气技术,2015,(10):63-67.

[4]陈波. 地铁车站能源管理系统技术改造方案探讨[J]. 科技创新与应用,2013,(08):95-96.

[5]高玉龙. 地铁系统能源流管理模型研究[D].河北工业大学,2012.