城市軌道交通自動化節(jié)能控制系統(tǒng)的研究

范建華

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展，速度快、承載量大、無交通擁堵等諸多優(yōu)點的城市軌道交通越來越受到人們的青睞，全國各地也都加大了城市軌道交通項目的建設(shè)。

目前，部分城市已經(jīng)采取了一些能源管理措施和節(jié)能改造，但由于沒有能耗數(shù)據(jù)的支撐，更多的只是一種經(jīng)驗性的節(jié)能嘗試，也無法對節(jié)能工作效果進行驗證，節(jié)能方向不明確，所以需要以一套完善的節(jié)能控制系統(tǒng)為手段，在系統(tǒng)產(chǎn)生的詳實能耗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上采取針對性強的節(jié)能措施，為城市軌道交通采用全新的節(jié)能控制模式鋪墊了基石。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

研究開發(fā)先進的、可靠的、安全的、可持續(xù)發(fā)展的地鐵車站自動化節(jié)能控制系統(tǒng)，對地鐵車站的供配電系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等機電設(shè)備進行全自動化監(jiān)控，在確保地鐵安全運行、保證服務(wù)質(zhì)量的前提下，對各類機電設(shè)備進行節(jié)能控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計

研究開發(fā)先進的、可靠的、安全的、可持續(xù)發(fā)展的城市軌道交通車站自動化節(jié)能控制系統(tǒng)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分布式結(jié)構(gòu)，由中心端管理級計算機網(wǎng)絡(luò)、主干通信網(wǎng)、車站管理級網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場控制級網(wǎng)絡(luò)組成。

系統(tǒng)車站管理級網(wǎng)絡(luò)集成空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能控制、照明節(jié)能控制、電梯節(jié)能控制、給排水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)節(jié)能控制、辦公設(shè)備節(jié)能控制等各子系統(tǒng)[1]。

系統(tǒng)由城市軌道交通車站自動化節(jié)能監(jiān)管中心、遠程傳輸網(wǎng)、現(xiàn)場能源控制網(wǎng)以及接入系統(tǒng)的能源計量裝置、網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集器、通用輸入輸出模塊、控制終端等產(chǎn)品組成，以“分布式高速實時控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”為系統(tǒng)的核心技術(shù)。

系統(tǒng)主干網(wǎng)采用高速單模光纖冗余環(huán)網(wǎng)?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)采用基于分布式、開放式的LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。用路由器連接LonWorks和TCP/IP Ethernet，使得LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP Ethernet能無縫鏈接。底層利用LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有的分布式、高可靠性、開放性、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、不需要主機干預(yù)的對等通信、支持多種通信媒介、低成本等特性。

在軟件上，采用適合現(xiàn)場控制方面的高速實時數(shù)據(jù)庫代替普通商業(yè)數(shù)據(jù)庫，充分利用上述各方面的優(yōu)點，通過自行研制智能網(wǎng)關(guān)、單機監(jiān)控終端、低壓供電回路監(jiān)控終端、協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件、現(xiàn)場監(jiān)控終端控制軟件、系統(tǒng)自動控制軟件、人機接口軟件、系統(tǒng)網(wǎng)管軟件等組成分布式高速實時控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[2]。

3 系統(tǒng)研究

3.1 空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能控制研究

1) 制冷機節(jié)能控制：實時監(jiān)測車站冷熱負荷需求量，按需量投入制冷機臺數(shù)，實時監(jiān)測制冷機的能效。

2) 冷凍泵/冷卻泵節(jié)能控制：根據(jù)空調(diào)末端的負荷需求或冷凍機/冷水機回水與出水的溫差，實時調(diào)節(jié)水泵流量。

3) 冷卻塔節(jié)能控制：根據(jù)冷卻塔進出水溫度差，實時調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速。

4) 空調(diào)機/新風(fēng)機節(jié)能控制：根據(jù)空調(diào)末端的冷熱負荷需求，實時調(diào)節(jié)風(fēng)門、水閥及風(fēng)機轉(zhuǎn)速，以及過濾器報警。

5) 空調(diào)未端節(jié)能控制：風(fēng)機盤管或變風(fēng)量終端的節(jié)能控制。

6) 風(fēng)機節(jié)能控制：根據(jù)城市軌道交通車站的人流量，通過變頻器自動調(diào)節(jié)風(fēng)量。

7) 蓄冰與蓄水池節(jié)能控制：根據(jù)空調(diào)末端的冷熱負荷需求，自動控制蓄冰與蓄冷水系統(tǒng)，節(jié)能控制全過程。

3.2 照明節(jié)能控制研究

1) 照明分組/分區(qū)節(jié)能控制。

2) 照明定時節(jié)能控制。

3) 照明線性調(diào)光節(jié)能控制。

4) 照明分級調(diào)光節(jié)能控制。

3.3 給排水節(jié)能控制研究

1) 水泵節(jié)能控制：生活水泵的變頻節(jié)能控制。

2) 水箱節(jié)能控制：水箱水位實時監(jiān)測，防止水箱溢出。

3) 水管網(wǎng)節(jié)能控制：水管網(wǎng)節(jié)點計量，管網(wǎng)漏水報警。

3.4 電梯/扶梯節(jié)能控制研究

1) 自動測量所載乘客重量。

2) 自動調(diào)節(jié)電梯/扶梯的電機出力與所載重量相匹配。

3.5 供配電系統(tǒng)節(jié)能控制研究

城市軌道交通車站供配電系統(tǒng)節(jié)能控制研究主要包括電力負荷節(jié)能控制、低壓電網(wǎng)功率因數(shù)節(jié)能控制、低壓電網(wǎng)諧波監(jiān)測與節(jié)能控制等方面。

3.5.1 電力負荷節(jié)能控制

電力負荷節(jié)能控制主要從以下五個方面進行研究。

1) 電力負荷的實時監(jiān)測，計算，預(yù)測，管理。

2) 顯示電力負荷趨勢，負荷定量，超量報警。

3) 記錄電力負荷超定量電量。

4) 電力負荷超定量自動斷電和回歸復(fù)電。

5) 電力負荷控制。

3.5.2 低壓電網(wǎng)功率因數(shù)節(jié)能控制

1) 能夠?qū)崟r監(jiān)測城市軌道交通車站配電低壓電網(wǎng)功率因數(shù)，變壓器三相平衡度，補償電容器投切狀態(tài)。

2) 能夠提高功率因數(shù)，降低線損。

3) 能夠通過變壓器和補償電容器柜智能接口或測控裝置對其實施遙測，遙信。

4) 能夠進行隨機補償，隨器補償和跟蹤補償。

3.5.3 低壓電網(wǎng)諧波監(jiān)測與節(jié)能控制

1) 諧波源(諧波電流和諧波電壓)，電壓波動源監(jiān)測。

2) 諧波產(chǎn)生源。

3) 諧波抑制、吸收。

4 小結(jié)

在全球能源危機日益緊張的情況下，節(jié)約能源降低能耗已經(jīng)成為全社會共識。在保證城市軌道交通車站安全運營和不降低服務(wù)質(zhì)量的前提下，對城市軌道交通自動化節(jié)能控制系統(tǒng)的研究，可以達到高效利用能源、降低運營成本的目的，同時，還能提高城市軌道交通車站運行的自動化管理程度及系統(tǒng)安全性，減少監(jiān)控中心運行管理與維護人員，降低運行維護費用，使各系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，提高系統(tǒng)運行效率。

(本論文隸屬于“省屬科研院所技術(shù)開發(fā)實驗室建設(shè)—安全檢測機器人技術(shù)開發(fā)實驗室”項目)