轨道交通能源管理系统的应用与发展
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（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
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
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
（Βιβλιοθήκη Baidu）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
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）
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
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。
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
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：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：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
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！
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%
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
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。
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
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
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
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
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
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
（Βιβλιοθήκη Baidu）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
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）
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
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。
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
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：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：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
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！
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%
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
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。
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
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
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