轨道交通能源管理系统的应用与发展
城市轨道交通能源管理系统研究
0 引言
随着能源日益紧张和环境恶化，能源使用变成 一个关系人类生存与可持续发展的急迫问题，寻找 提高能源利用效率的解决之道成为小到社会家庭,大 到企业与政府等全社会的共同责任。
广州地铁现已开通运营共计 16 条线路，总里程 达 531 km，列车牵引用电、设备系统、照明等用电 是日常运营成本的主要构成部分之一。目前地铁行 业暂无完善的能源管理系统对电能进行科学的管理。
电能表计分为电力智能仪表和环控设备表计， 其中，环控设备部分按 5 级划分，软件功能实现可实 现电力开关的设备状态监视及各级设备电能数据显 示，各级设备用电数据包括正向有功电度、正向无 功电度、反向有功电度、反向无功电度，用户可通 过软件实时查看各级系统、设备实时用电情况。 1.3.2 实时电能趋势
中图分类号：U29-3
文献标识码：A
文章编号：1673-6478（2021）03-0143-03
Research on Energy Management System of Urban Rail Transit
TANG Yanying
（Guangzhou Metro Group Co.，Ltd，Guangzhou Guangdong 510700，China）
城市轨道交通能源管理系统研究
唐艳英
（广州地铁集团有限公司，广东 广州 510700）
摘要：电能消耗是地铁运营成本的重要输出之一，目前各地铁均无完善的能源管理系统。如何合理布局能源设施配 置和管控功能，实现电能有效利用、降低成本，是摆在地铁运营行业面前的全新课题。在这一背景下，本文论述一 种能源管理系统的应用，通过对设备能耗进行监测，实时掌握各系统能耗状况，并对系统能耗进行科学分析，提高 电能管理水平。 关键词：轨道交通；能源管理；电能分析；管理系统；降低成本
城市轨道交通能源管理系统设计方案
城市轨道交通能源管理系统设计方案城市轨道交通能源管理系统是一种以提高能源利用效率、降低能源消耗和减少环境污染为目标的综合性系统。
通过对城市轨道交通系统中能源的管理和优化，能够实现能源的高效利用和节约。
下面是一个城市轨道交通能源管理系统的设计方案，以满足上述目标。
1.能源监测与数据采集通过在城市轨道交通系统中安装传感器和仪表，对能源的使用情况进行实时监测和数据采集。
这些传感器和仪表可以包括电能表、流量计、温度传感器等，用于采集能源的消耗情况、供热和供冷系统的热量和流量等数据，并将其传输到能源管理系统中进行分析和处理。
2.能源消耗分析与优化能源管理系统通过对采集的数据进行分析和处理，对城市轨道交通系统的能源消耗进行分析，并找出能源消耗较大和浪费的环节。
然后，针对这些环节提出相应的优化方案，例如调整能源的供应和使用方式，设置合理的能源使用标准和节能措施等，以降低能源消耗和提高能源利用效率。
3.能源供应与储存管理城市轨道交通系统的能源供应通常包括电力供应和燃料供应。
能源管理系统可以对能源供应进行管理和优化，例如根据实时能源消耗情况和预测需求，合理安排能源供应计划，以确保能源的供应稳定和充足。
同时，能源管理系统还可以对能源进行储存管理，例如通过对电池组的管理和优化，以提高能源的储存效率和利用率。
4.能源节约与环保措施能源管理系统可以通过提供节能措施和环保策略，进一步降低城市轨道交通系统的能源消耗和环境污染。
例如，通过监测列车的运行速度、车头供电电压等参数，实现能源的精细控制和调节；通过优化列车的调度和排班，减少空驶和拥堵时间，降低能源消耗和环境压力；通过推广使用清洁能源和新能源技术，减少化石能源的使用，提高能源资源的可持续性利用。
5.能源管理系统与其他系统的集成能源管理系统还可以与其他城市轨道交通系统的管理系统进行集成，例如信号系统、调度系统、安全系统等，以实现统一的管理和协调控制。
通过与其他系统的集成，能够更好地获取各系统的数据和信息，提高能源管理的准确性和效率。
轨道交通设备的技术创新和未来发展趋势
轨道交通设备的技术创新和未来发展趋势近年来，随着城市化进程的加快和交通拥堵问题的日益严重，轨道交通作为一种高效、环保和安全的交通方式，正逐渐成为城市发展的重中之重。
为了适应未来城市交通的需求，轨道交通设备的技术创新势在必行。
本文将探讨轨道交通设备在技术创新方面的现状，并展望未来的发展趋势。
一、轨道交通设备的现状目前，轨道交通设备主要包括地铁、轻轨、有轨电车等各种形式。
这些设备在城市交通中起到了至关重要的作用。
然而，随着城市化进程的加速，轨道交通设备也面临着许多挑战。
首先，大多数轨道交通设备仍然采用传统的电力牵引系统，这导致了能源消耗较大、对环境的影响较大等问题。
其次，轨道交通设备的线路和车辆监控系统相对落后，对乘客的信息服务能力有限。
此外，轨道交通设备的车辆和设备的维修保养成本较高，运营效率不高，也给城市管理带来了一定的困扰。
二、轨道交通设备的技术创新为了解决上述问题，轨道交通设备的技术创新势在必行。
在能源方面，可以引入新能源，如太阳能、风能等，减少对传统能源的依赖，降低运营成本。
同时，可以采用智能化的能源管理系统，对能源进行有效管理和利用，以提高能源利用率。
在信息服务方面，可以利用物联网、大数据等先进技术，实现对车辆和线路的实时监控，提升运营效率和服务质量。
乘客可以通过手机等终端设备查询列车到达时间、座位信息等，提前安排出行，提高出行效率。
此外，轨道交通设备的智能化发展也是技术创新的重要方向。
可以引入人工智能、机器学习等技术，对轨道交通设备进行智能化管理和控制。
例如，可以利用人工智能技术预测乘客流量，合理安排列车运行间隔和站点停靠时间，提高运行效率和乘车体验。
三、轨道交通设备的未来发展趋势随着科技的不断进步，轨道交通设备在未来将呈现出更加智能化、绿色化和高效化的发展趋势。
首先，轨道交通设备将实现全自动驾驶。
借助先进的传感器和自动化技术，轨道交通设备将具备自主导航和运行能力，减少人为操作，进一步提高运行的安全性和效率。
论述地铁能耗管理系统架构和功能应用
论述地铁能耗管理系统架构和功能应用1.前言1.1背景随着中国经济的发展，能源问题日益突出，节能减排作为国家可持续发展的重要举措被提升到战略高度，在国务院发表的《节能减排“十二五”规划》提到，在2015年，单位工业增加值（规模以上）能耗比2010年下降21%左右，我国当前有19个城市建成轨道交通线路多达87条，运营里程超过2539公里，地铁是城市内的能耗大户，尤其是电能的消耗，占地铁运营成本的比例很高，因此，针对地铁各主要用电设备的运行工况、损耗情况以及电特性等进行分析，研究科学有效的节能措施，是降低运营成本，提供地铁可持续发展能力的重要途径。
1.2地铁能耗问题地铁行业能耗节能主要遇到的问题有1）线路能耗呈持续增长的趋势，地铁线路的持续建设的导致能耗继续增加，电费的成本急剧增加；2）能耗统计监测体系不完善，地铁车站分项节能应用不普遍，现有的能耗统计数据较粗，准确性差，且由于技术手段缺乏，统计分析和节能效果的评估方法欠缺；3）缺乏标准的能耗指标，需要结合地铁运营特点建立能耗的指标体系，并在此基础上制定合理的考核标准；4）缺乏标准化的节能效果评价指标，需要建立适合地铁行业的定量评价与定性评价相结合的节能效果评价指标体系。
2、能耗管理系统设计2.1 设计目标能耗管理系统旨在建立车站精确的能耗监测管理平台，为用户科学用能、合理用能、節能管理提供支持，系统设计的主要目标有：1）建立车站能耗采集平台，提供各个分项能耗数据采集、统计、存储功能，为能耗管理提供数据依据；2）建立能耗统计和分析系统，为科学用能、合理用能、节能管理提供支持。
3）提供外部节能设备控制接口和节能策略管理，通过科学手段减少不必要的能源浪费，最终达到节能的目的。
4）依照地铁运营能耗数据的分析，建立能耗的指标体系和制定相应的考核标准。
5）建立定量评价与定性评价相结合的节能效果评价指标体系；2.2 系统构成能耗管理系统通过能耗数据监测采集、能耗管理指标的量化管理、节能控制和综合分析应用三大模块进行设计，对地铁线路各车站不同专业设备（包含牵引系统、照明系统、通风空调系统、电扶梯等）的能耗数据、环境设备参数、客流参数进行实时采集检测，建立起适合地铁运营的各类能耗评估指标、管理流程和各个节能项目效果的评价指标。
城市轨道交通车站机电设备智能运维及能源管理系统
城市轨道交通车站机电设备智能运维及能源管理系统摘要：近些年，受社会发展的影响，我国的交通行业的进一步发展。
依据当今技术发展状况与工程运用需要，研究了机电设备运维智能管控系统在城市交通设施运用中可操作性，多性能机电设备运维智能管控系统，通过先进的智能化技术、信息化技术等手段，完成各分系统运作状况数据监控、数据共享、设施管理、运营控制与数据解析与报表，在现实运行中获得了不错的运维与节能成果。
由于国内正处于城市轨道快速发展时期，设施工程数量突增，设备管理信息化的重要性更加明显，当今尽管已经建设了部分系统，但是每个系统的工作不够优化、不够系统，且比较独立，信息数据资源应用率不大，急切的需求一套综合的系统对其实行融合、完善与汇集，建设一套综合的、适应中国交通特点的统一化设备运维管控系统尤为重要。
由此文章重点对城市轨道交通机电设备运维智能管控系统进行解析研究。
关键词：交通；机电设备；智能监控系统；管控平台引言城市轨道交通通常建设工期紧张，调试与安装施工交叉进行，建设单位通常由于人力资源紧缺导致调试协调难度增大，而交办运［2019］17号《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范》（以下简称《安全评估规范》）对开通评审要求又相对较高。
在此背景下，城市轨道交通综合联调应运而生。
通过城市轨道交通综合联调，可以验证单机单系统的调试结果，推进工程进度；可以发现问题，督促整改，降低建设管理难度，提高工程质量；可以满足运营需求，提高设备移交质量；出具联调评估报告，为项目验收和评审提供数据支持，帮助专家判断各机电系统是否满足运营要求，从而实现新线按期、高质量开通运营。
1故障诊断定位故障诊断定位主要对设备故障进行根因分析，通过分析设备的可靠性指标变化情况，深挖设备产生故障的根本原因。
传统的故障告警通常基于单源的逻辑条件实现对故障诊断定位，缺乏对于多维度、多层级故障的挖掘研判及分析能力，而故障往往是具备因果性、衍生性或并发性特点的。
地铁轨道交通智慧能源管理系统介绍方案
总体架构
感知层
传输层
平台层
应用层
地铁轨道交通智慧能源 管理系统采用分层分布 式架构，由感知层、传 输层、平台层和应用层 组成。
通过各种传感器、计量 表等设备，实现对地铁 能源使用情况的实时监 测和数据采集。
利用物联网、互联网等 技术，将采集到的能源 数据传输至后台管理系 统。
包括数据处理、存储、 分析等功能，为上层应 用提供支持。
06
总结与展望
系统建设取得的成果
节能减排
通过智能化的能源管理系统，地铁轨道交通实现了能源的高效利用，减少了能源浪费和排 放，为城市交通的可持续发展做出了贡献。
提高运营效率
智慧能源管理系统实现了地铁轨道交通的自动化和智能化运营，提高了运营效率和服务质 量，减少了人工干预和错误。
创新技术应用
系统采用了先进的能源管理技术和数据分析技术，实现了对地铁轨道交通能源使用情况的 实时监控和预测，为决策提供了科学依据。
强化合作与交流
加强与相关机构和企业的合作与交流，共同推进 地铁轨道交通智慧能源管理技术的创新和应用。
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• 地铁轨道交通智慧能源管理系统建设的目标是实现能源的精细化管理，提高能源利用效率，降低碳排放， 促进城市轨道交通的可持续发展。该系统的建设对于提高城市轨道交通的运营效率、减少环境污染、提升 城市形象具有重要意义。同时，该系统的实施也将带动相关产业的发展，创造更多的就业机会。
02
系统建设方案
总体架构设计
广州地铁案例分享
总结词
广州地铁智慧能源管理系统通过创新的技术和应用，实 现了能源消耗的降低、运营效率的提升以及环境品质的 改善。
详细描述
广州地铁在智慧能源管理方面进行了深入的研究和实践 ，采用了创新的能源管理技术和应用。例如，该系统采 用了先进的能源监测技术，能够对能源使用进行实时监 控和数据分析。同时，通过引入智能照明、智能空调等 设备，实现了能源的节约和优化利用。此外，该系统还 采用了智能化的能源调度技术，能够根据客流量、天气 等因素对能源使用进行动态调度，确保能源的高效利用
城市轨道交通智能能耗管理
城市轨道交通智能能耗管理随着城市化进程的不断推进，城市轨道交通作为一种高效、便捷的公共交通方式，得到了越来越多城市的采用和建设。
然而，伴随轨道交通的大规模建设和运营，能耗问题也日益突出。
为了解决这一问题，智能能耗管理成为了城市轨道交通发展的重要方向。
一、背景介绍城市轨道交通的能耗主要来自于列车运营、供电、车站照明等方面。
其中，列车的能耗是整个系统中最主要的部分。
根据统计数据，目前我国城市轨道交通能耗占全社会能耗的比例逐年上升，不仅对环境造成了巨大压力，也加大了城市轨道交通运营成本。
二、智能能耗管理的意义智能能耗管理能够提高城市轨道交通的能源利用效率、降低能耗水平，并减少环境污染。
此外，通过合理管理能耗，还可以降低运营成本，提升服务质量，为乘客提供更好的出行体验。
三、技术支持1. 智能能耗监测系统智能能耗监测系统可以实时监测列车运行数据、能耗数据、供电负荷等，实现对能耗的精准监测和分析。
通过对数据的分析，可以找出能耗过高的问题，并制定相关的能耗管理策略。
2. 能耗预测和优化利用数据分析和数学模型，可以预测列车运行过程中的能耗情况，并针对性地进行优化调整。
例如，通过合理安排列车运行速度、信号优化、能量回收利用等手段，减少能耗的同时也不影响乘客的出行需求。
3. 能源设备智能化通过智能化技术改造能源设备，如用智能供电系统、能量回收装置等，实现能源的高效利用和节约。
智能供电系统可以根据列车运行状态进行灵活调节，减少能耗浪费。
四、管理策略1. 能耗管理规范制定和执行严格的能耗管理规范，包括限制设备的能耗、降低能源消耗、合理使用能源等，推动全员参与到能耗管理的过程中。
2. 制定能耗管理方案根据实际情况，制定科学合理的能耗管理方案。
方案包括能耗目标设定、能耗监测指标制定、能耗数据分析、调整和完善能耗管理策略等。
3. 提高管理水平引入现代信息技术，提高轨道交通企业的管理水平和能耗管理的科学性和精细化程度。
通过建立综合能源管理平台、运行管理系统等，实现对能耗数据的全面监测和管理。
地铁轨道交通智慧能源管理系统介绍方案
更准确的预测能力
通过海量数据的分析，掌握系统变化趋势，提供更准确的系统预测 报告 ；
更精细的报告
通过综合数据分析与能源评估，提供更精细的报告；
借助大数据分析来洞察用能趋势，预估用能体量，制定用能规划是能源精细化管理，系统智能运营与维护的重 要方法 。
节能诊断
不同站点用能指标比较分析、重点用能设备分析、线损分析、设备告警等模块。
管理节能
针对地铁站点用能情况，定额管理、定额分析。对接其他设备管理系统集中管理控制。
平台功能
地图导航
对各地铁站点地图浏览查询、用能状态、用能结构，以及导航、定位等功能，辅助以图表，直观呈现地 铁站点动态能耗；通过地图导航、定位监测地铁站点，包括地铁站点对应的基本信息、分项能耗、分类 能耗、总能耗、碳排放等展示项。
各地铁平台对接
地图形交互模块
特色功能模块
基本功能模块
数据输出程序
平台功能
地图导航
功能模块
地铁站点地图、地铁站点能耗信息导航。
能耗监测
分项用电的实时集抄和故障告警、仪表状态、电网监测。
能耗统计
年月日数据统计、分类分项数据统计。
能耗公示
站点、人均、面积等总用能信息公示。
能耗报表
按需生成年月日能耗报表、节能统计比较报表。
各级站台对接及 地图交互展示
2#线人民公园地 铁站数据采集
分1#线孵化园 地铁站数据采集
数据整合
数据流程图
各用电分项计量系统（空调、照明)
变配电站监测系统
数据中心流水库
数据中心结算库
牵引用电数据采集系统
数据入库程序 整理、清洗
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降耗方案
利用决策树、关键因素法等进行节能
技术方案对比和评估
基于实测数据，利用仿真进行设备选
数字仿真
调整
型计算和验证
……
有效
辅助决策
例1（节能评价）：用能设备监测与 评价
1. 问题：设备的节能管理仍较粗放 ，尤其是综合能耗方面缺少监测 和分析。
2. 节能措施：应当对设备进行能耗 监测，积累历史数据；建立统一 评价标准，纳入性能指标，指导 设备招标采购，最终形成提高设 备节能水平的推动力。
能源管理系统在轨道交通中的 应用与发展
北京交通大学电气工程学院 杨少兵
提纲
一．城市轨道交通系统的节电措施 二．能源管理系统的应用现状 三．能源管理系统的创新与展望
一、城市轨道交通的节电措施
（一）轨道交通能耗构成
牵引供电耗能的占比达到50% 环控系统用电量占30%左右 照明用电超过10%
节能技术储备
图：能源管理系统应发展为大数据 分析平台和节能策略执行中心
汇报结束，谢谢！
图：南京地铁运营电耗增长统计
图：地铁用电设备多、影响因素杂
（《南京地铁运营电耗分析及改进措施》，李妍、张学兵，《现代城市轨道交通》，2012,Vol.5）
二、能源管理系统的应用现状
（三）城市轨道交通领域的能源管理现状
1. 机遇：
① 节能减排是基本国策，已成社会共识 ② 节能管理逐步制度化、规范化 ③ 评估指标成为研究热点，逐渐体系化 ④ 信息技术应用得到推广，性能越来越高、成本越来越低
图：某牵引供电变电所110kV负荷及功率因数
例4（研究支撑）：制动能量回收系 统的选择
1. 问题：制动能量一般占牵引总能耗的30%~40%，节能空间巨大。 2. 技术方案：车载再生、地面储能、车载储能、双向能馈
① 车载再生：技术简单容易实现，穿越功率大，导致网压波动。 ② 地面储能：安装地点需慎重选择，穿越功率大，会影响继电保护等。 ③ 车载储能：穿越功率小，控制相对简单，对继电保护影响小，但会增加车重。 ④ 双向能馈：功率因数高、谐波含量低，穿越功率大，成本较高。
图：轨道交通能耗分布
（《轨道交通节能减排分析与实施》，蔡昌俊、钟素银，《铁路技术创新》，2011,Vol.5）
一、城市轨道交通的节电措施
（二）常用技术节能手段
1. 牵引系统方面
车辆节能：降低自重、提高牵引效率 驾驶节能：采用自动驾驶模式（ATO） 制动能量回收：车载再生、地面储能等
2. 动力照明系统方面
电机变频技术 安装节能装置：屏蔽门、电梯感应等 节电照明改造 用电需求侧管理技术：冰蓄冷等
一、城市轨道交通的节电措施
（三）常用节能技术对比
一、城市轨道交通的节电措施
（四）有待发展的节能措施
电能质量动态监测与管理技术：谐波治理与无功管理 供变电设备能耗监测与评价：合理规划、自动投切 新型整流技术：交流变频变压（VVVF） 高效能馈系统：10kV/35kV中压馈能 制动回收储能：超级电容及电池混合储能装置，尤其是车载
例3（交互联动）：无功补偿的监测 与控制
1. 问题：无功消耗和无功倒送将引起电 压波动和有功功率损耗。将导致损耗 增大、功率因数偏低而罚款；
2. 原因：①地铁供电方案需中长期规划 ，初期存在运力冗余，可能导致无功 倒送；②牵引负荷随客流变化呈现显 著波动性。
3. 节能措施：①通过负荷监测，提供无 功补偿装置的配置指导或辅助动态投 切；②在条件允许时，定时投切某些 供电电缆线路。
图：科隆地铁采用西门子超级电容能量回收系统前后的电力消耗
例4（研究支撑）：制动能量回收系 统的选择
3. 方案选择的影响因素：
经济性、可靠性等 行车密度 负荷大小 电压波动
4. 能源管理系统能做到：
分析行车密度、负荷及电压波动 提供优选依据 支撑仿真验证：位置、容量、控制
2. 挑战：
① 节能指标体系有待细化，需增强针对性、实用性 ② 用能设备的交互性和执行力不足，往往可测不可控 ③ 后续节能空间受限，有待专业化推进，尤其在牵引能耗方面
二、能源管理系统的应用现状
（四）能源管理系统所面临的主要问题
1. 能耗数据的可靠性、可用性、针对性仍不尽人意 2. 积累了庞大的运行数据，但数据的共享和利用很不充分 3. 数据分析多体现为分类统计，距离辅助决策有较大差距 4. 能耗指标多用于定性评价，不易实现定量管理 5. 软硬件平台多为集成，面向节能的专属设备很少见
Байду номын сангаас
例2（缺陷预警）：牵引供电回流监 测
1. 问题：回流系统不畅，将造成局部过载、放电拉弧等，严重时导致 回流电缆烧损。
2. 原因：施工缺陷（如焊点不牢）或工艺设计问题（螺栓连接）。 3. 节能措施：实施回流系统监测，包括电、光、热等。提供越限报警
和定位服务，最终指导回流系统设计和改进。
左图：回流系统数字仿真模型 右图：回流不畅时局部回流波形
图：多数能源管理系统的数据统计功能齐全但辅助决策能力欠缺
三、能源管理系统的创新与发展
（一）监测终端的数字化、网络 化与智能化
基于互联标准（如IEC61850） ，使之易访问和易管理
构建完备的分治权限，富终端 而瘦网络，赋予终端可执行力
借助物联网技术，提高终端与 用能设备的交互能力
节能终端互联网络 （IEC61850）
图：西门子SITRAS SES（北京5号线）
二、能源管理系统的应用现状
（一）能源管理的任务：以节能为核心目标，实现用能的计 划、监控、统计和分析
1. 计划：遵循既定指标体系，合理、规范地使用能源， 2. 监控：发现异常、排除故障，确保节约和安全用能 3. 统计：梳理用能数据，助力分类管控 4. 分析：基于数据挖掘技术提高用能预测、能效评估、最优调度等
辅助决策能力
参考能源管理体系标准
ISO50001、GB/T23331
• 主要功能的定位
– 能源规划 – 目标管理 – 计量统计 – 节约机会辨识
二、能源管理系统的应用现状
（二）城市轨道交通传统能源管理的特点
1. 能耗基数高增长快：运营耗电量巨大 2. 影响因素复杂：交通流量、环境、设备特性等 3. 用能设备多：列车、供变电、动力、照明等 4. 节能难度大：关系到系统的可靠性、安全性和舒适性 5. 任务长期性：符合国家长远利益，是值得奋斗终生的事业
图：列车密度概率统计 图：变电所负荷概率分布
图：变电所输出电压波动分析
总结：在技术层面的发展建议
软硬结合：借助新兴信息技术，增强互联互通
终端层：数字化、网络化、智能化 决策层：图形化、扁平化、科学化
事件驱动：利用面向对象技术，提高节能措施的实施效率 方案创新：依托供用电领域的新材料、新应用，推动节能研究，做好
通讯
节能预案
就地存储
CPU
采集
控制
三、能源管理系统的创新与发展
（二）创建面向用能设备、层次化的能耗评价体系
建立规范、细致的指标分解与管理流程 图形化的节能事件管理模块：数据定义、触发门限、应对指令 设备节能标准的自动检验和评估
图：面向对象的图形化的节能事件驱动示意
三、能源管理系统的创新与发展
（三）建设统一的节能监测 和执行平台
增强用能设备的分级、分类 、分组、分时管理能力
建立具有自学习、自适应能 力的节能执行规则库
编制实时性强、可靠性高的 指令分发协议
三、能源管理系统的创新与发展
（四）研发着眼未来、针对性强、专 业特色突出的辅助决策系统
实测数据
针对能耗异常，利用大数据分析寻找 原因，再提出对策