地鐵能源管理系統(tǒng)建設分析
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一、地鐵耗能種類及專業(yè)耗能分析
地鐵使用的能源主要有電、水、煤氣、油、制冷、制熱等，運營過程中消耗的能源主要是電能。通過對地鐵的各專業(yè)耗能情況進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，列車牽引、動力照明、通風空調、電扶梯等專業(yè)耗能較多，牽引供電、通風空調、電扶梯、動力照明能耗占總能耗的80%左右，是節(jié)能工作分析并制定改進措施的重點。經統(tǒng)計分析，水、煤氣、油、制冷的消耗也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。分析具體原因，有利于制定解決措施，進而全方位制定耗能解決方案。
二、能源消耗管理存在的問題
目前，能源消耗的統(tǒng)計比較粗放，只能從宏觀方面進行統(tǒng)計，被動地進行原因分析，被動地采取措施，事后彌補，而不能事前預測，事中判定。制定的改進目標也是主觀制定，缺乏科學性，至于是否達到預期目標也缺乏科學的評判標準，且各部門、各專業(yè)各自為政，缺乏系統(tǒng)性。問題產生的原因就是對各項能耗數(shù)據不能系統(tǒng)、科學地進行采集，數(shù)據不能做到精細化統(tǒng)計和智能分析，更談不上智能節(jié)能。
三、智慧能源管理系統(tǒng)建設
哈爾濱地鐵集團有限公司（以下簡稱地鐵公司）擬對哈爾濱地鐵建立一個智慧能源管理系統(tǒng)，對數(shù)據采集、分析、判斷、節(jié)能實施智能化管理，具體實施如下。
1.建立智慧能源管理系統(tǒng)平臺
智慧能源管理系統(tǒng)平臺的建設必須結合當前大數(shù)據的運行模式，必須具備強大的數(shù)據采集及智能化分析處理能力，進行數(shù)據定量分析、科學研判和自動實施節(jié)能措施，要具有很好的系統(tǒng)性、兼容性及可擴展性，要把哈爾濱地鐵1號線及未來運行的幾條線都要包含進去，且該平臺要具有較好的經濟性。
2.系統(tǒng)構成
智慧能源管理系統(tǒng)具有模塊化功能，考慮到可擴展性，該系統(tǒng)需具有用戶自定義模塊功能，應至少由以下模塊組成。（1）數(shù)據采集模塊。通過傳感器信息轉化及信息采集技術，系統(tǒng)應能夠采集和識別各專業(yè)、各種類型設備耗能的信息數(shù)據，并對采集的耗能數(shù)據信息進行存儲。（2）人機交互模塊。系統(tǒng)必須能識別人輸入的各種信息指令，并理解、執(zhí)行人的意圖，這樣才能更好地進行人機交互，智能地執(zhí)行節(jié)能措施。（3）智能數(shù)據統(tǒng)計分析模塊。該模塊需對采集的數(shù)據進行比較，對數(shù)據進行定量分析，生成當前的各項數(shù)據節(jié)能指標。（4）智能控制模塊。通過大數(shù)據研判，生成科學的節(jié)能指標，通過與實際的節(jié)能指標對比，智能判斷是否需實行節(jié)能指令，以控制相關設備自行節(jié)能。（5）報表生成模塊。該模塊需要按人的意圖、通過多樣的格式把系統(tǒng)實行的節(jié)能預期結果展現(xiàn)出來。（6）數(shù)據查詢模塊。通過人機交互，能輸出人想要的結果。（7）預警及報警模塊。通過文字提示，聲光報警能提示哪些設備或部位能耗超標，提示人員采取措施。（8）地圖導航模塊。通過地圖導航，對各線路、各開關、各設備能耗進行精確定位，以實現(xiàn)能耗精準分析。（9）能耗趨勢分析模塊。該模塊要能根據一段時期能耗的統(tǒng)計分析，橫向比較，縱向比較等方式，對未來的耗能趨勢進行智能判斷，并給出趨勢圖，以提示人員采取相關改進措施。（10）用戶自定義模塊。能源消耗的設備具有可變性，能源消耗的種類也具有可變性，人的節(jié)能期望值也是不斷變化的，通過自定義，用戶能實現(xiàn)不斷變化的期望和意圖。以上各模塊不是獨立的，是系統(tǒng)性的，各模塊各司其職，協(xié)調配合，共同實現(xiàn)預期功能。
3.系統(tǒng)功能
（1）各種能耗類型數(shù)據的采集功能。該系統(tǒng)不僅能對電力能源數(shù)據進行采集，而且對哈爾濱地鐵涉及的煤氣、水、油、制冷、制熱等能源消耗進行采集，以便全面系統(tǒng)地對哈爾濱地鐵能耗進行管理。（2）強大的報表功能。系統(tǒng)要能輸出全部能耗的日報表、月報表、季度報表、年報表，能輸出某個專業(yè)、某條電氣回路、某塊表、某個電氣設備各個時期的報表?？傊?，要達到按照人的期望，輸出各種樣式的符合預期的報表。（3）精準的定位功能。系統(tǒng)通過地圖導航、各種定位設備及各種開關量，要對各節(jié)能采集點進行精確定位，要具體到每個工班、每座車站、每個儀表、每條回路、每個水管，只有這樣，才能更好地進行準確比較，更好地進行趨勢判斷，更好地建立科學的節(jié)能指標，才能對能源進行精細化管理。（4）強大的智能管理和數(shù)據研判功能。系統(tǒng)應有各種算法模型，通過對采集的各類數(shù)據進行計算，并通過大數(shù)據統(tǒng)計目前全國地鐵的運行能耗情況，制定一個科學的節(jié)能指標。該指標也可人為定義，系統(tǒng)通過實際存在的數(shù)據與該科學指標進行比較，以判斷目前的能耗是否符合要求，并將判斷結果送到系統(tǒng)智能控制模塊，實現(xiàn)對能源的智能管理，所以要求該系統(tǒng)需具有先進的智能管理功能及強大的數(shù)據研判功能。（5）先進的智能控制功能。系統(tǒng)的最終目標是實現(xiàn)智能化管理，實現(xiàn)節(jié)能，這就需要系統(tǒng)具有很好的智能控制功能。通過該功能對一些超出能耗指標的設備、開關、控制閥等進行自動關閉，或者自動調節(jié)相關閥門的開啟程度，控制流量。這就需要系統(tǒng)傳輸信號數(shù)據準確，控制方式準確可靠。（6）準確的能耗趨勢分析功能。系統(tǒng)建設的初衷就是進行能源有效管理，進行事前分析預測是防范能源非預期消耗的一項重要措施。只有做到事前預判，采取的措施才更符合實際、更有效。通過該智能管理平臺，進行大數(shù)據分析，進行智能比較，結合相關數(shù)據量準確地進行能耗趨勢分析，給出未來一定時期的能耗走勢圖，并給出相關預警信息和建議，以提示用戶采取相關防范措施。（7）強大的自適應功能。能源消耗不但具有多樣性，還具有社會性。節(jié)能的形式、概念及社會對節(jié)能的指標、要求是隨著時間的變化不斷變化的，所以在建設開始就要考慮上述情況，要做出預判，事先預留接口，讓使用系統(tǒng)具有自適應功能。
四、智慧能源管理系統(tǒng)實施
數(shù)據采集與分析是系統(tǒng)建設的核心和關鍵，數(shù)據采集是基礎，沒有數(shù)據也就沒有分析，如何正確進行數(shù)據采集是系統(tǒng)建設的關鍵。
1.數(shù)據采集網絡建設
地鐵公司各部門要對目前的能耗數(shù)據采集網絡進行全面梳理，特別是列車牽引、動力照明、通風空調、電扶梯等專業(yè)更應該仔細研究，找出目前存在的那些采集不到、采集不準、采集不全、無法采集、采集數(shù)據制式不對等問題，并對問題進行系統(tǒng)性分析，深入現(xiàn)場，廣泛研究、編制哈爾濱地鐵能耗數(shù)據采集表。該采集表內容要全面，并論證采集表的科學性及行車安全性。任何方式的數(shù)據采集均不能影響供電安全，均不能影響地鐵正常運營，不能給地鐵帶來運營隱患，否則應進行風險評估，制定并落實風險防范措施。結合當前先進的傳感、紅外等技術，在采集點布放各種符合現(xiàn)場實際的傳感器或采集器，對電、熱、煤氣、油等基礎數(shù)據進行采集；并對原來不符合要求的采集或傳感器進行更換。按項目管理的要求，進行數(shù)據采集網絡建設。
2.系統(tǒng)平臺搭建
按系統(tǒng)容量準備符合要求的機房，購置數(shù)據庫服務器、事務處理服務器、網絡交換機、防火墻、磁盤陣列存儲等硬件，搭建系統(tǒng)平臺，并進行軟件安裝。
3.系統(tǒng)調試
平臺建設完成后，需要進行軟、硬件調試，并對采集的數(shù)據按預期計劃分析判斷。此過程非常繁瑣，需要反復細致地調試、推敲、比較才能完成，需要做包括大量修改程序代碼的編程工作。只有反復推敲，全面的系統(tǒng)調試，處理的數(shù)據才會準確并符合實際，制定的科學目標才能科學，判斷機制才有意義，系統(tǒng)自動控制的各種開關量才更合理，才能實現(xiàn)系統(tǒng)預期功能。
4.系統(tǒng)試運行
系統(tǒng)調試完成后，進行3個月的試運行，驗證能否實現(xiàn)預期功能。通過耗能數(shù)據比較，保證比較的結果更具直觀性，可對耗能較大的專業(yè)進行一定時期的縱向、橫向比較，以驗證效果。試運行期間主要驗證科學節(jié)能指標制定的合理性以及自動控制的正確性及智能性。此階段非常關鍵，對于不符合預期的采集數(shù)據、開關量、聯(lián)動邏輯進行記錄，并進行正確修改和完善，并在此反復比較驗證，以保證各項節(jié)能指標的科學性，并保證聯(lián)動控制邏輯的正確性。
5.系統(tǒng)正式運營
經過系統(tǒng)試運行，并進行了修改完善，經廣泛論證，符合預期功能后，便開始正式運營，實現(xiàn)智能節(jié)能控制。
五、結語
哈爾濱地鐵能源管理系統(tǒng)建設是一個非常復雜的系統(tǒng)，涉及到大數(shù)據分析及智能控制，與當前最先進的理論及應用息息相關，因此也是一個發(fā)展的系統(tǒng)，不可能一蹴而就，需要不斷研究、不斷修改完善，才能更好地實現(xiàn)自動節(jié)能，才能建立真正意義上的綠色地鐵。
作者：趙廣嶺 王英龍 譚銀玲 王釗 單位：哈爾濱地鐵集團有限公司
