摘要：本文設(shè)計(jì)了地鐵工程車站的低壓變電智能電能管理系統(tǒng)。首先，詳細(xì)介紹了地鐵工程車站的低壓智能系統(tǒng)。其次，從硬件和軟件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)了電能管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。第三，從頻率管理、電能質(zhì)量控制和報(bào)警、諧波管理、節(jié)能設(shè)備優(yōu)化管理等角度深入分析了管理系統(tǒng)的功能。研究表明，該系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性和可靠性，可以基于網(wǎng)絡(luò)集中管理實(shí)現(xiàn)設(shè)備電力信息的優(yōu)化管理和控制，科學(xué)有效地管理能耗，提高能源利用率，節(jié)約車站運(yùn)行成本，值得大力推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵站；低壓；變電；智能化；電能管理；

引言

  車站低壓配電變電系統(tǒng)在地鐵工程中的作用是為地鐵除牽引負(fù)荷外運(yùn)行所需的機(jī)電設(shè)備提供低壓電源。功能可分為降壓變電站和環(huán)境控制電控兩類。其中，降壓變電站的任務(wù)是為車站的通信和監(jiān)控提供電源，環(huán)境控制電控的任務(wù)是為風(fēng)扇和冷卻塔供電。如果不能保證供電的穩(wěn)定性和可靠性，必然會(huì)影響地鐵的有序運(yùn)行。

一地鐵工程中車站低壓智能系統(tǒng)

1降壓變電低壓系統(tǒng)

  降壓變電智能系統(tǒng)的控制對(duì)象為母聯(lián)斷路器、進(jìn)線短路器和三級(jí)負(fù)載低壓總開(kāi)關(guān)。目前，我國(guó)地鐵站降壓變電智能系統(tǒng)的形式是基于控制對(duì)象的遙控和遙控，增加所有饋出電路的遙控。智能低壓系統(tǒng)由以太網(wǎng)、智能開(kāi)關(guān)、PLC、數(shù)字儀表等。，其中系統(tǒng)控制對(duì)象的遙控是在斷路器的幫助下實(shí)現(xiàn)的，而遙控和遙信是以數(shù)字儀表為載體實(shí)現(xiàn)的。降壓變電器低壓智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1降壓變電低壓智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2環(huán)控電控低壓系統(tǒng)

  環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)不僅可以全面保護(hù)和監(jiān)控軟啟動(dòng)和變頻器的電機(jī)電路，還可以全面保護(hù)和監(jiān)控所有饋出電路。環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2環(huán)控電控低壓智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  從圖中可以看出，環(huán)境控制低壓智能系統(tǒng)的任務(wù)是全面保護(hù)電機(jī)。低壓布局配備單獨(dú)的通信控制器，收集通風(fēng)空調(diào)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，調(diào)整總結(jié)，計(jì)算分析，然后實(shí)時(shí)傳輸?shù)綑C(jī)電設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC，根據(jù)PLC的通風(fēng)模式加強(qiáng)有效控制。特別是發(fā)生火災(zāi)時(shí)，地鐵站機(jī)電設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)接到火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的命令，實(shí)施各類環(huán)境控制設(shè)施和設(shè)備的火災(zāi)運(yùn)行模式，并向環(huán)境控制柜低壓智能系統(tǒng)下達(dá)命令。

二變電智能電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  該系統(tǒng)是基于Transactive軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。Transactive軟件平臺(tái)采用C++軟件技術(shù)，通過(guò)模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，將系統(tǒng)功能模塊化，軟件組件化，然后靈活連接和轉(zhuǎn)移，適應(yīng)性和可靠性都非常突出。

1硬件結(jié)構(gòu)

  電能管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如3所示。一是系統(tǒng)服務(wù)器的功能是接收和處理數(shù)據(jù)信息；二是管理工作站的功能是為系統(tǒng)管理者提供更方便、更完善的環(huán)境；第三，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備實(shí)際上相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；第四，存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)際上是磁盤陣列，任務(wù)是存儲(chǔ)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)信息。此外，電能管理系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和局域網(wǎng)以及外部接口系統(tǒng)之間的交互數(shù)據(jù)信息管理和分析。

圖3電能管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2軟件結(jié)構(gòu)

電能管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4電能管理系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

三系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

電能管理系統(tǒng)的具體功能如圖5所示。

圖5電能管理系統(tǒng)功能

1頻率管理模塊

  對(duì)于低壓變電智能電能管理系統(tǒng)，頻率屬于其采集的主要監(jiān)控電能，可實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控頻率變化，并及時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)系統(tǒng)的越限報(bào)警功能，還可以設(shè)置上下閾值。當(dāng)出現(xiàn)越限情況時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并將報(bào)警信息存儲(chǔ)在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便快速查詢和解決故障。在故障情況下，當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，可以通過(guò)系統(tǒng)遙控控制能力，低頻減少負(fù)荷，自動(dòng)消除次要負(fù)荷。當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時(shí)，為了減少發(fā)電機(jī)處理，仍然可以通過(guò)遙控控制能力和高頻切割，促進(jìn)系統(tǒng)頻率快速恢復(fù)到額定值閾值，從而進(jìn)一步滿足頻率管理的具體需要。

2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與報(bào)警模塊

  通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)和站點(diǎn)的電能質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)了諧波、電壓偏移、變電系統(tǒng)事故等潛在威脅。同時(shí)，還可以挖掘系統(tǒng)的極限和能耗異常情況，及時(shí)發(fā)出電子郵件、短信、報(bào)警信號(hào)PDA、工作站等多種方式快速通知操作人員，有效降低設(shè)備誤操作概率，節(jié)約能源成本，幫助配電系統(tǒng)科學(xué)合理規(guī)劃，提高生產(chǎn)效率和水平，進(jìn)一步提供系統(tǒng)完善的能源視圖。

3諧波管理模塊

  諧波分量不是系統(tǒng)采集的基本監(jiān)測(cè)功率，但可以通過(guò)低壓變電系統(tǒng)采集諧波。然而，諧波檢測(cè)次數(shù)約為2-19次，并根據(jù)諧波源的特性適當(dāng)調(diào)整諧波測(cè)量區(qū)域。就負(fù)荷變化較快的諧波源而言，一般控制在31次以上，部分電路明確指出進(jìn)行63次諧波分量檢測(cè)。因此，諧波檢測(cè)數(shù)據(jù)量相對(duì)較大。

4節(jié)能與設(shè)備優(yōu)化模塊模塊

  通過(guò)收集能源數(shù)據(jù)信息，詳細(xì)分析設(shè)備狀態(tài)，獲得大節(jié)能空間區(qū)域的具體位置，評(píng)價(jià)節(jié)能措施和設(shè)備的具體效果，即再生制動(dòng)能源利用、諧波處理、照明控制等?；陔娔芄芾硐到y(tǒng)的參數(shù)顯示模塊，遠(yuǎn)程監(jiān)控變電配電電路電氣的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，生成電氣參數(shù)、能耗、分時(shí)計(jì)量等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)表。同時(shí)，對(duì)電能管理系統(tǒng)軟件收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)一步探索歷史負(fù)荷、能耗、裕度等，提高系統(tǒng)設(shè)備的利用率。此外，從時(shí)間、季度、部門等角度對(duì)年度具體能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以Microsoftexcel文件格式生成報(bào)表，自動(dòng)生成曲線圖，方便用戶快速生成詳細(xì)報(bào)告。

四安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

1概述

  用戶端消耗整個(gè)電網(wǎng)80%的電能，用戶端智能用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電具有重要意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，全面推進(jìn)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)的計(jì)算機(jī)、智能建筑、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。

  通過(guò)對(duì)用戶端用電情況的細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各種用電消耗情況，便于找出高能耗點(diǎn)或不合理的能耗習(xí)慣，有效節(jié)約用電，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)支持。

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(酒店、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）交通建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4系統(tǒng)功能

  電能統(tǒng)計(jì)報(bào)告、詳細(xì)電參查詢、運(yùn)行報(bào)告、變壓器運(yùn)行監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史事件查詢

  電能質(zhì)量監(jiān)控；遙控操作；用戶權(quán)限管理；通訊狀態(tài)圖；視頻監(jiān)控；用戶報(bào)告；APP支持；

5系統(tǒng)硬件配置清單

五結(jié)語(yǔ)

  綜上所述，在我國(guó)地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理中，節(jié)能降耗開(kāi)始受到高度重視。由于地鐵供電不能得到有效保障，將難以正常穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響人們的順利出行。因此，提高地鐵供電的可靠性和穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。智能低壓變電配電系統(tǒng)可為地鐵提供可靠、穩(wěn)定、安全的供電，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，本文設(shè)計(jì)了地鐵工程站的低壓變電智能電能管理系統(tǒng)。研究表明，該系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性和可靠性，可以基于網(wǎng)絡(luò)集中管理實(shí)現(xiàn)設(shè)備電力信息的優(yōu)化管理和控制，科學(xué)有效地管理能耗，提高能源利用率，節(jié)約車站運(yùn)營(yíng)成本，值得大力推廣應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]任曉娜，麥衛(wèi)華，變電站智能地鐵管理系統(tǒng)的應(yīng)用[J],電子世界，2018,557（23）；181-182

[2]李浩森，地鐵工程中車站低壓變電智能化電能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)            

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2022.05版