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浅析轨道地铁智能照明系统的能耗分析及节能优化措施

更新时间:2023-11-09      浏览次数:56

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要:地铁智能照明系统的建设是保证地铁照明合理配置的关键。文章针对我国地铁智能照明系统建设的现状,总结了智能照明系统的能耗问题,并提出了优化节能技术、提高地铁智能照明系统集成建设质量的策略。

关键词:地铁照明;智能照明系统;地铁能耗

0引言

地铁智能照明系统对于当前地铁基本运行技术的改造至关重要。地铁智能照明系统的突出优点是节能,对此展开分析有助于进一步发扬其优点,提高节能效果。

1智能照明系统概述

我国照明控制系统的发展主要经历了四个阶段,即手动控制阶段、定时控制阶段、自动调光控制阶段,以及EIB智能控制阶段[1]。在地铁发展初期,因为计算机技术才刚刚开始发展,人工控制基础的应用受到了比较多的限制,主要是结合现场情况及操作时间上的差异来配置照明管理人员,并由该人员完成照明参数的设定工作,这种控制方式缺乏合理性,可能会造成能源浪费等问题。

目前,自动控制在通信技术的发展过程中得到了广泛应用,在交通领域,也开始关注智能照明控制技术,着手应用智能照明系统。智能照明控制系统主要是指以智能化的方式完成照明管理工作,以科学的方式控制照明时间和光源群,使得调光、场景控制、传感器控制等得以实现的系统。在智能照明控制系统的应用过程中,应该结合地铁内部的实际情况和环境需求,收集相关照明数据,并对数据进行分析,从而更好地实现控制效果。

2我国地铁车站能耗的基本情况

与其他城市交通方式相比,地铁具有低能耗的优势。然而,由于地铁系统的规模相对较大,其总能耗非常高。例如,2008年上海地铁1号线的总成本接近3亿元,其中电费占总成本的40%,这进一步说明在地铁站改用智能照明系统的重要性与必要性。

在轨道交通运行过程中,电力负荷是其中一项关键的能源消耗。在科学技术高度发展的今天,人们越发关注节能问题,大多数的铁路车站设备都会考虑节能控制的应用。例如,当温度和空气质量达到一定的标准时,空调及通风系统就会开始运行。再如,大部分地铁的自动扶梯都会应用节能装置,在有乘客搭乘时开始运行,而没有乘客时会停止运行。虽然在地铁运行过程中,照明系统只是其中很小的一个分支,但是因为在设计与管理方面存在不足,使得地铁照明系统经常会出现资源浪费的现象。

3地铁车站照明系统的能耗分析

通过调查发现,大多数地铁站站台和大厅的能源浪费现象非常普遍,多数情况下,在地铁车站结束一天的运营之后,几乎全部的站台及大厅依旧灯火通明,这造成了能源浪费。由于地铁站的照明系统没有仪表,因此无法记录和监测实际耗电量。此外,地铁车站的用电量与工作人员的经济利益之间没有相关性,他们很少积极主动地及时关灯。

在地铁车站中有很多广告灯箱,这些广告灯箱会用到大量的电能,使得地铁车站广告照明的负荷能耗较高。目前,地铁广告灯箱在设计和安装的过程中,都需要依靠无屏蔽门站台来完成设计,通过丰富的色彩和有吸引力的画面,以满足灯箱广告的需求。在完成了站台屏蔽门的设置以后,屏蔽门广告便难以引起乘客的注意,广告无法达到预期效果。因此,广告商为了达到广告效果,采取了提高灯箱亮度及增加广告色彩的措施,从而大大增加了能耗。另外,由于广告灯箱的设计独立于车站照明的设计,地铁车站的设计只保留了广告灯箱的电气控制和位置,广告灯箱的照明功能不能得到充分发挥,这也是造成地铁车站照明系统能耗居高不下的原因之一。

4地铁智能照明系统在节能方面的不足

目前,智能控制技术已经在地铁运营中得到了较为广泛的应用,这也推动了地铁照明自动化技术的发展,但由于各种因素的影响,当前的地铁照明系统在节能方面仍然存在很大的不足。比如,当前的智能控制技术虽然已经结合了电子技术与通信技术,具有一定的优势,但是仍无法满足个性化节能需求,在需要进行大面积公共照明的区域,无法进行自动运行管理及节能管理,无法保障智能照明系统的良好运行。同时,由于当前的地铁智能照明系统在调光功能方面还不够完善,使得照明效果与照明质量仍不尽如人意。虽然地铁智能照明系统的应用可以进一步提升管理效率,并提高节能水平,但由于当前我国的智能照明系统还不完善,在节能方面仍有很大的进步空间。

这要求相关从业人员重视地铁智能照明系统在节能方面存在的不足,寻找有效的措施解决问题。在节能系统中,系统方案主要决定了资源的组成、配置和应用。在对目前已有的系统功能方案进行设计时,尚存在如下方面的问题。

第一,在设计过程中,尚未能研究清楚车辆的控制现状,因而无法准确地分析出控制网关在构建过程中存在的问题,从而导致车站构建好的开关模块可能不能满足系统的共建需求。

第二,在构建节能系统的过程中,没有充分分析技术应用的功能和范围,忽视了不同系统的不同功能价值,进而导致地铁的相关辅助设备在配置过程中无法匹配节能系统的应用特点,不同模块节能技术的集成对接难于实现。

第三,在节能方案设计过程中,对照明小区管理措施的建设状况重视度不够,特别是对人员流动未能做到科学有效的管理,使得节能系统电力方案在设计阶段未能兼顾照明服务质量。

第四,在对节能技术的创新及相关的应用策略进行分析时,技术人员无法地分析出地铁在高峰时段内乘客对照明系统的需求,尤其是对各种列车运输工况的分析还不够准确,使得智能照明系统建设和运行的具体需求很难被准确识别,也就无法提高高峰时段地铁智能照明服务水平。

5地铁智能照明系统的节能优化策略

5.1 制订科学合理的节能系统功能方案

相关人员需要进一步强化对地铁智能照明系统相关方案的调查与分析,特别是要研究清楚车辆控制的现状,从控制机构和控制入口两个层面上做好智能照明系统功能特点的分析工作,从而保证地铁照明管理系统的建设可以得到满足。另外,还应该根据地铁在高峰时段和普通时段的不同特点,对系统功能进行个性化设计,确保平时至少有20%~50%的照明灯具处于节能状态;夜间客流量较少时,只需要打开20%~30%的灯具;地铁车站关闭以后,仅保留应急照明。同时,还要重视分析传感器在智能照明系统中的性能应用,特别是总结传感器系统的覆盖范围和功能特点,确保节能系统的功能方案更加匹配智能照明系统,进一步完善系统功能方案,使得照明系统的综合能耗控制在规定范围内。

从地铁照明区域的实际情况看,应该关注不同功能区照明系统的特点,尤其是要准确地分析系统功能方案中的各个组成部分,从而确保地铁车站的照明服务可以同时满足使用和节能环保的需求。另外,在设计系统功能方案时,还应该关注人员的流动情况,尤其是对于一些人流量比较少的区域,应该根据实际情况对车站内的灯光亮度进行自动调节,保证地铁智能照明系统的节能性。

5.2 提高地铁智能照明系统控制方式的设计质量

在对智能照明系统进行优化时,应该考虑时间因素及空间因素,确保智能照明系统可以满足地铁工程建设与运行的实际需求。在设计过程中,可以应用BAS系统来对地铁内部的照明回路进行控制,从而使BAS系统实现不错的使用效果。随着智能照明系统的发展,还需要进一步提高光模块的利用率,使智能照明系统能够在不增加光模块数量的情况下,以模块化的方式优化控制,构建组控模式。针对不同时段地铁运营的特点,应合理调整地铁各区域的亮度,进一步优化并完善地铁车站的照明系统,使优化后的控制方案可以满足地铁智能照明的实际需求。在构建控制模式的过程中,应更多地关注列车运行的实际情况,特别是地铁运行高峰时段智能照明系统的详细情况,使得各种供电模式可以实现灵活且智能的切换,有效地适应地铁智能照明系统的创新应用要求。另外,还应该对智能照明系统的未来发展趋势进行进一步的研究,助推我国地铁行业的进一步发展。

6 Acrel-EIOT能源物联网云平台

(1)概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台,建立统一的上下行数据标准,为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器,选配网关,自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能,并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

(2)应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

(3)平台结构

(4)平台功能

◆电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示,以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制,对系统进行综合检测和统一管理;在数据资源管理方面,可以显示或查询供配电室内各设备运行(包括历史和实时参数,并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印,提高工作效率,节约人力资源。

变压器监控

配电图

◆能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术,实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理,使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来,运用先进的数据处理与分析技术,进行离线生产分析与管理,实现全厂能源系统的统一调度,优化能源介质平衡、有效利用能源,提高能源质量、降低能源消耗,达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

◆预付费管理

1)登陆管理:管理操作员账户及权限分配,查看系统日志等功能;

2)系统配置:对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置;

3)用户管理:对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作;

4)售电管理:对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作;

5)售水管理:对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作;

6)报表中心:提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询,本系统所有的报表及记录查询,都支持excel格式导出。

预付费看板

◆充电桩管理

通过物联网技术,对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控,同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能,包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板

◆智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测,也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等,降低路灯设施的维护难度和成本,提升管理水平,并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

◆安全用电

安全用电采用剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器,对引发电气火灾的主要因素(导线温度、电流和剩余电流)进行不间断的数据跟踪与统计分析,并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员,指导企业实现及时的排查和治理,达到消除潜在电气火灾安全隐患,实现“防患于未然"的目的。

◆智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析,帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。原先针对“九小场所"和危化品生产企业无法有效监控的空白,适应于所有公建和民建,实现了无人化值守智慧消防,实现智慧消防“自动化"、“智能化"、“系统化"、用电管理“精细化"的实际需求。

(5)系统硬件配置

分类

产品型号

产品功能

无线测温

ARTM-Pn

可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能,可接收60个无线温度传感器温度

ATC600

ATC600有2种工作模式:终端(-C)、中继(-Z),可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度

光伏监控

AGF

光伏电池串开路报警,可以配合组串电压进行综合判断;带3路开关量状态监测,用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态;一次电流采用穿孔方式接入,安装方便;测量元件采用霍尔传感器,隔离测量电流20A;电压测量功能可测量母线电压DC1500V

电力监控

AEM96

三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率)、开关量、报警输出

APM系列

全电量测量,四象限电能,复费率电能,仪表内部温度测量,总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月值和上月值(包含时间戳)。中文显示,有功电能0.2s级。

预付费

DDSY

单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量(正、反向),A、B、C分相正向有功电能,支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间,实时需量,历史冻结数据购电记录;8位段式LCD显示、背光显示;有功电能脉冲输出;有功电能精度1级,无功电能0.5s级。

DTSY

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量(正、反向),A、B、C分相正向有功电能,支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间,实时需量,历史冻结数据购电记录;8位段式LCD显示、背光显示;有功电能脉冲输出;有功电能精度1级,无功电能0.5s级。

智能抄表

ADL200

单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量(反向计入正向),3个月历史电能数据冻结存储;8位段式LCD显示;有功电能脉冲输出;有功电能精度1级,无功电能2级。

ADL400

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。(正、反向)有功、无功电能计量;A、B、C分相正向有功电能计量;2-31次谐波电压电流;12位段式LCD显示、背光显示,电能精度0.5s级。

ADW210

4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量;电压电流相角、电压电流不平衡度测量;电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量;当月及上三月的电压、电流、功率值记录;需量及上十二月历史需量记录;事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录;支持12路开关量输入4路开关量输出;支持12路测温4路剩余电流测量;有功电能精度1级。

ADW300

三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量;电压电流相角、电压电流不平衡度测量;电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量;当月及上三月的电压、电流、功率值记录;需量及上十二月历史需量记录;事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录;支持4路开关量输入、2路开关量输出;支持4路测温;支持1路剩余电流测量;支持本地显示及按键设置;有功电能精度1级。

通讯方式:支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯;WIFI通讯

直流电能表

DJSF1352

1.精度:1级或0.5级,带±12V电压输出用于霍尔传感器供电

2.测量:电压、电流、功率、正反向电能,支持双路计量。

电气

ARCM300-Z

三相(I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ),视在电能、四象限电能计量,单回路剩余电流监测,4路温度监测,2路继电器输出,2

路开关量输入,支持断电报警上传

AAFD-DU

监测故障电弧、漏电、温度

两路无源干接点(开关量)输入

两路无源常开触点(开关量)输出

充电桩

ACX系列

充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。

支持投币、刷卡,扫码、免费充电,

AEV_AC007

额定功率7kW,单相三线制,防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级,支持刷卡、扫码、即插即用。

通讯方式:4G、蓝牙、Wifi

智慧照明

ASL200

遥控输出

两路无源干接点(开关量)输入

两路无源常开触点(开关量)输出

7结语

综上所述,人们的出行离不开地铁车站,而要想保证地铁的安全运行,照明管理非常重要,需要在保证照明质量的前提条件下,实现节能照明,避免不必要的能源消耗。在地铁运行过程中,确保地铁智能照明系统的节能效果,有利于节约地铁的成本支出。建设并应用智能照明系统,有利于优化地铁的整体节能效果。因此,分析地铁照明系统的节能效果,并制定出科学合理的节能控制方案,可以进一步提高地铁智能照明系统的综合应用质量。

参考文献

[1]申莉.地铁动力照明系统及其创新优化设计:以北京地铁7号线环球影城站为例[J].光源与照明,2021(3):5-7,46.

[2]黄正荣,魏佳北,李阿雷,等.高速公路隧道照明及供配电节能的思考[J].工程技术研究,2020,5(12):213-214.

[3]刘雨微.基于地铁车站的智能照明系统研究与设计优化[D].北京:北京建筑大学,2019.

[4]企业微电网设计与应用手册2022.05版.

[5]王代军.地铁智能照明系统的能耗分析及节能优化措施


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