在如今，以互联网、云计算、大数据、人工智能等为代表的新一轮科技革命和产业变革发展迅速，数字经济发展呈现蓬勃的势头。为实现对城市轨道交通重点用能设备进行数字赋能，有效控制城市轨道交通运营生产成本，需对供电系统、供水系统、通风空调系统、照明系统等设备的能耗进行数据采集、监测、分析，并实时掌控现场设备的能耗数据，通过相关监控平台进行动态分析，以实现城市轨道交通的智能化、数字化、精细化的管理。

背景

在城市轨道交通运营中，用能消耗主要包括：电能消耗和水能消耗，其中以电力消耗为主，占总能耗的一半，主要有车辆牵引用电、照明用电、空调用电、电梯用电等。其次就是水，主要有生产、生活用水及空调制冷用水累计量等。轨道交通作为能源消耗的大户，节约使用能源，降低基本耗损，意味着降低生产经营成本。为此，为实现科学、有序地用能，在城市轨道交通采用能耗管理系统，该系统是集远程抄表系统和监测管理系统为一体，来实现对城市轨道交通的供电系统、供水系统、通风空调系统、照明系统等能耗设备实时数据采集监控。

通过采集各被监测点的历史能耗数据，为轨道交通运营单位准确了解分析能耗情况，提供全面及时的数据，并为各部门建立起各设备的标准能耗指标，如：电力质量及能耗数据的采集与分析、能耗的消耗情况、动力设备用电、空调用电、照明用电等用电设备的运行情况和能效情况。

另外，能耗管理系统可按照不同的维度进行轨道交通能耗分析，以数据采集、精细化管理、发现问题、找出漏洞为主要方向，对能耗数据进行设计、公示、，并结合数据挖掘对比设备实际能耗值和标准指标值，用以来发现存在的各类用能浪费问题，从而实现如下目标：

1）按典型能耗模型对现有计量点进行分类，然后进行精确的能耗计量和采集。

2）建立科学的且适合于建筑物的数学分析模型，如预算模型、区域能耗模型、能耗指标模型等。

3）管理流程计算机化，不断提升轨道交通运营单位对于动力设备、节能工作的管理能力。

4）提供完善的能耗费用成本分析功能，帮助轨道交通运营的用能管理部门及主管领导准确掌握每年能耗费用成本明细。

5）提供精细化、精确化的单位能耗指标，如办公室人均用能等，并依此进行同比环比分析，找出不合理用能部门。

设计原则

能耗监管平台是一套完整的针对轨道交通运营单位的能源消耗进行监测与综合管理的系统平台，其设计遵循下列原则：

1）城市轨道交通综合监控系统的能耗管理功能，需考虑与既有能耗管理系统互联互通，实现全线统一的能源管理，并能够对本车站的能耗进行分类、分项、分户计量，并向控制中心综合监控系统上传各类能耗数据。

2）能耗管理系统对本车站主要用电负荷、用水情况分类统计分析，根据各用电负荷特点，对各种用能设备进行节能管理分析及预留节能控制功能。

3）能耗管理系统可作为本车站管理层的分析、决策使用的工具，也能作为各用电、用水单位的考核工具。

4）电力监控系统的各类电力仪表信息纳入能耗管理系统，能耗管理系统集成于综合监控系统，由综合监控系统实现车站级、中心级界面显示。

5）以地铁车站为计量单位，实现车站用电、用水的总计量，同时实现用电分项计量，对各计量回路实现三相电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功和无功电度、频率等电力参数的实时监测。

系统网络架构组成

城市轨道交通能耗管理系统由线路级、车站级、现场级三层网络架构组成，如图1所示为系统架构组成。线路级系统设置于各线路的控制中心内，由中央级综合监控系统实现监控，是整个能耗管理平台进行数据交换的重要节点，能提供能耗管理系统实时运行界面和历史数据查询服务。主要硬件设备有服务器、工作站、存储设备以及通信网络设备等，用于现场能耗数据的处理、存储以及通信。

车站级系统主要设置于各车站、车辆段基地的变电所内及环控电控室内，该系统集成在综合监控系统中，对现场环控系统的通风空调系统及水系统进行联动节能监视，并采集供电系统、动力照明系统、环控系统等用能数据，经综合监控系统提供的传输通道，上传至中央级综合监控系统服务器，实现对本站车站级、中心级监视功能，并在综合监控界面进行可视化展示，主要硬件由能耗管理系统工作站、综合监控通信服务器、交换机、打印机等设备组成。

现场级系统设置于能源管理设备房内，对现场设备以组网的方式进行全网络能耗数据进行采集、存储、计算等处理，主要硬件由多功能表（水表、电表等）、串口服务器及相互间的通信网络组成，多功能表通过双绞线构成的现场通信总线与综合监控系统串口服务器实现双向通信。

系统软件架构组成及功能

能耗管理系统软件负责实时监视轨道交通现场能耗运行情况，并可对能耗数据（水、电）、各类电力参数进行统计分析。为保证能耗参数监视的实时性，能耗软件人机界面设计采用C/S架构，系统软件架构自下而上为数据采集层、数据存储层、基础服务层、应用层和数据展示层，如图2所示为能耗管理系统软件组成及功能。

数据采集层采集层主要是应用各类传感器（温湿度、二氧化碳等传感器）、智能仪表（水表、电表等）、节能终端等设备进行对能耗数据的自动采集，对于不具备自动采集的计量数据，可通过人工定期录入的方式采集。主要包括：通过底层智能仪表进行自动采集的数据，包括用电量、用水量、空调机组送风冷/热量等。通过OPC或其他标准接口获取的数据，包括车站内乘客流量信息等。通过接口手动录入的数据，包括站厅站台内面积、列车营运时间、能源单价等。

数据存储层数据存储层主要是基于数据挖掘技术，采集的数据存储至实时数据库，实时数据库根据预先建立的环控系统、照明系统、动力照明系统能效评估模型，供能耗管理系统进行数据分析评估，并对主要耗能设备（如；通风空调系统）的运行状态和效率进行动态监管，实时评估能源利用效率，在线挖掘节能空间，为运营单位优化提供建议和依据。

基础服务层基础服务层主要提供实时数据抽取及校验、数据报表定时生成、权限分配管理、系统配置、计量仪表管理等各种基础服务，能提供设置多级限值超限告警，并可按预设策略进行控制，为软件系统各业务模块提供基础支撑。

应用层该层主要包含实时监测系统、能耗统计分析系统、能耗公示系统以及移动端能耗管理系统，满足能耗监测、统计、分析等应用需求。可以根据本线路的相关数据（客流人次、运营公里数、建筑面积、空调通风面积等）建立线路能效评估指标体系，可通过Web实时查看树状结构的指标体系，并且能够对各类能源在使用过程中的重要环节提供能源平衡统计分析，实现能源损耗的超标自动提示与告警实时预警，为节能审计管理人员提供有关地铁线路的能耗数据统计结果汇总和分析结论，自动生成综合能效评估报告，辅助管理人员制定进一步的能源运行管理策略。

数据展示层该层是人机对话的窗口，并基于地理导航图，逐级展示地铁全线、车站/区间/车辆段、建筑楼层（如站厅层、站台层）、重点设备系统（如通风空调、屏蔽门、扶梯提升）的分类能源实时用能信息。可以以数据、表格、曲线、饼图、动画等形式展示，方便管理人员直观了解当前监测对象的能耗消耗量、能耗变化趋势、区域用能分布情况，以便管理者做出科学决策。同时，该层可以以工作站电脑、手机、平板、大屏为载体显示终端，针对车站值班人员、运营维护人员、运营管理人员等不同类型用户的需求及权限，配置相应功能界面。

系统接口与应用

城市轨道交通综合监控能耗管理系统与供电专业、动照专业、给排水专业等系统，按照双方约定好的数据格式，如：Modbus、Modbus-RTU或ProfbusDP协议等格式，向其提供能耗数据及通道检测，并根据能耗管理系统收集的能耗信息，进行能耗数据整理与分析。与供电系统接口应用与电能质量管理系统的接口应用综合监控能耗管理系统与供电系统的电能质量管理系统的接口，其接口位置位于车站/变电所控制室供电系统电能质量管理系统主机通信接口处，接口类型为光纤以太网，如图3所示。通过电能质量检测系统交换机接入到综合监控系统通信服务器中，读取开关柜内能耗信息，其中智能电力仪表根据应用场所的电压等级、回路用途和功能进行配置，详细用途及功能如表1所示。与动照系统接口综合监控能耗管理系统与动照系统的接口，其接口位置位于每端通风空调电控柜能耗子系统主机通信接口处，接口类型为RS485或以太网，如图4所示。通过车站两端通风空调电控柜内交换机，读取车站通风空调电控柜的能耗信息，如：三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电度、谐波等多项电能参数的实时测量，并在人机界面上进行存储及显示，详细用途及功能如表2所示。与给排水系统接口能耗管理系统具备给排水系统监控及节能运行的功能，接口类型为RS485，如图5所示。针对不同被控对象特点提供相应的监控及节能运行方案，通过对各种环境参数进行检测及各个能耗设备，包括但不限于：制冷机组、分水器、集水器、冷却塔风机的能耗计量及统计分析，详细用途及功能如表3所示。

结束

城市轨道交通能耗管理系统的应用，实现了轨道交通各系统之间的信息互联与资源共享。通过实时的跟踪、监控节能措施的实施效果，以数据说话。通过各类用电分析和节能效果评估报表客观、准确了解情况，及时发现可能出现的新问题并找到合理的解决措施，不断完善解决方案或提出新的解决方案，以提升城市轨道交通运营单位的节能管理水平，最终实现运营单位节能管理工作的持续改进并达到规划的节能效果。

作者：庞家治