本發(fā)明涉及電能管理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城市軌道交通電能管理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)各大城市的軌道交通發(fā)展迅速，但在電氣管理方面仍存在許多問題。一方面是電氣故障時有發(fā)生，因此迫切需要全面提升電氣運(yùn)行安全管理水平；另一方面是城市軌道交通電能消耗極大，為實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排的要求，節(jié)約用電的能效管理也勢在必行。然而就目前而言，如何提高城市軌道交通的電氣運(yùn)行安全管理水平和能效管理水平是業(yè)界一直難以攻克的技術(shù)難題。

城市軌道交通事故多數(shù)由電氣故障所引起，一方面會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，另一方面也會造成不良的社會影響。造成這些安全用電事故的一個方面原因是電能系統(tǒng)監(jiān)測能力不足，具體包括信息采集頻度不足、儀表的時鐘準(zhǔn)確性不足、監(jiān)測的電參量不足、電參量的同步性不足、波形管理功能不足、電信息互動不足，上述這些不足導(dǎo)致了我們無法對設(shè)備進(jìn)行安全評估與健康狀況診斷，也無法實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)警，進(jìn)而無法把事故撲滅在未發(fā)時。

當(dāng)前城市軌道交通缺乏對電參量的高頻采集及對電能數(shù)據(jù)的分析和預(yù)警，特別對高壓直流電能信息高頻采集、錄波及諧波分析等更缺乏。大部分的電能管理系統(tǒng)都只是對多電能數(shù)據(jù)的采集及記錄，并未進(jìn)行電能質(zhì)量的分析及故障預(yù)警。同時高頻率的數(shù)據(jù)采集會產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)傳輸量，市面上的電能管理系統(tǒng)都無法同時對大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使得大量的重要數(shù)據(jù)丟失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種城市軌道交通的電能管理系統(tǒng)，以提高城市軌道交通的電氣運(yùn)行安全管理水平和能效管理水平。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種城市軌道交通電能管理系統(tǒng)，包括設(shè)于各配電回路上的電能高頻采集終端、通訊交換機(jī)、信息采集服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲器、電能管理平臺服務(wù)器及用于訪問電能管理平臺服務(wù)器的工作計算機(jī)，電能高頻采集終端通過通訊交換機(jī)與信息采集服務(wù)器電連接，信息采集服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲器及電能管理平臺服務(wù)器相互電連接，工作計算機(jī)通過因特網(wǎng)與電能管理平臺服務(wù)器電連接；

所述電能高頻采集終端包括至少一個交流電能高頻采集終端和至少一個直流電能高頻采集終端，用于對各配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集、分析、存儲和就地顯示；

所述通訊交換機(jī)，用于為接入通訊交換機(jī)的各電能高頻采集終端和信息采集服務(wù)器提供信號通路；

所述信息采集服務(wù)器，用于讀取各電能高頻采集終端存儲的電能數(shù)據(jù)，將所述電能數(shù)據(jù)寫入網(wǎng)絡(luò)存儲器，并將最后時間截點(diǎn)的電能數(shù)據(jù)作為實(shí)時電能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至電能管理平臺服務(wù)器；

所述網(wǎng)絡(luò)存儲器，用于保存信息采集服務(wù)器從各電能高頻采集終端獲取的電能數(shù)據(jù)；

所述電能管理平臺服務(wù)器，用于對實(shí)時電能數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布展示，以及對網(wǎng)絡(luò)存儲器儲存的歷史電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計、管理、挖掘和評估。

進(jìn)一步地，所述電能高頻采集終端包括安裝在配電回路上的電流互感器和電壓互感器、高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊、計量模塊、多通道ADC模塊、處理器、存儲器、系統(tǒng)時鐘模塊以及通信模塊，高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與電流互感器、電壓互感器電連接，輸出端與計量模塊、多通道ADC模塊的輸入端電連接，計量模塊、多通道ADC模塊的輸出端與處理器電連接，處理器還分別和存儲器、系統(tǒng)時鐘模塊以及通信模塊電連接；

所述高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將電流互感器和電壓互感器采集到的電流、電壓的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

所述計量模塊，用于對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行計算和統(tǒng)計；

所述多通道ADC模塊，用于對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行錄波；

所述處理器，用于對經(jīng)計算、統(tǒng)計及錄波后的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對判斷為異常的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識，并將分析處理后的電能數(shù)據(jù)加入系統(tǒng)時鐘模塊的系統(tǒng)時間寫入存儲器；

所述通信模塊，用于接收所述信息采集服務(wù)器發(fā)出的查詢命令，通過處理器調(diào)出存儲器內(nèi)相應(yīng)的電能數(shù)據(jù)后上傳給信息采集服務(wù)器。

進(jìn)一步地，所述電能高頻采集終端還包括與處理器電連接的用于查看及設(shè)置電能高頻采集終端的按鍵模塊、以及用于顯示電能高頻采集終端內(nèi)部信息的顯示模塊。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種城市軌道交通電能管理方法，以提高城市軌道交通的電氣運(yùn)行安全管理水平和能效管理水平，該方法包括以下步驟：

步驟1、電能高頻采集終端對各配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集、分析、存儲及就地顯示；

步驟2、信息采集服務(wù)器通過通訊交換機(jī)向各電能高頻采集終端輪詢發(fā)出采查詢命令，電能高頻采集終端的通訊模塊接收到信息采集服務(wù)器的查詢命令后，向處理器請求調(diào)取存儲器未上傳的電能數(shù)據(jù)，處理器讀取存儲器內(nèi)未上傳的電能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至通訊模塊進(jìn)行上傳，并對存儲器內(nèi)已上傳的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識；

步驟3、信息采集服務(wù)器接收到各電能高頻采集終端返回的電能數(shù)據(jù)后寫入網(wǎng)絡(luò)存儲器，并將最后時間截點(diǎn)的電能數(shù)據(jù)作為實(shí)時電能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至電能管理平臺服務(wù)器；

步驟4、電能管理平臺服務(wù)器將接收到的實(shí)時電能數(shù)據(jù)通過因特網(wǎng)發(fā)送至工作計算機(jī)進(jìn)行發(fā)布展示；

步驟5、操作人員通過工作計算機(jī)訪問電能管理平臺服務(wù)器，實(shí)時監(jiān)測電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并從網(wǎng)絡(luò)存儲器中獲取歷史電能數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行分析、統(tǒng)計、管理、挖掘和評估。

進(jìn)一步地，所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟11、通過安裝在配電回路上的電流互感器和電壓互感器，對配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集并傳送至高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊；

步驟12、高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊將傳入的電流、電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為電流、電壓數(shù)字信號，并分別發(fā)送至計量模塊和多通道ADC模塊；

步驟13、計量模塊對轉(zhuǎn)換后的電流、電壓數(shù)字信號進(jìn)行計算和統(tǒng)計后發(fā)送至處理器，

步驟14、多通道ADC模塊對轉(zhuǎn)換后的電流、電壓數(shù)字信號進(jìn)行錄波后發(fā)送至處理器；

步驟15、處理器對接收到的經(jīng)計算、統(tǒng)計及錄波后的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對判斷為異常的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識，并將分析處理后的電能數(shù)據(jù)加入系統(tǒng)時鐘模塊的系統(tǒng)時間后寫入存儲器。

本發(fā)明的有益效果在于：基于“分布采集、集中管理”模式，通過電能高頻采集終端進(jìn)行高頻率高精度的電能信息采集及分析，通過電能管理平臺服務(wù)器對電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計、管理、挖掘和評估，對用電設(shè)備進(jìn)行安全評估與健康狀況診斷，實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)警，提升了城市軌道交通電能監(jiān)測的自動化和智能化水平，同時還可對城市軌道交通的用電情況進(jìn)行精細(xì)區(qū)分，厘清電費(fèi)成本結(jié)構(gòu)，制定出節(jié)約電能及節(jié)省電費(fèi)的策略，實(shí)現(xiàn)了城市軌道交通的安全運(yùn)行管理與節(jié)約用電管理的集成。

附圖說明

圖1是本發(fā)明城市軌道交通電能管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明城市軌道交通電能管理方法的邏輯示意圖；

圖3是本發(fā)明電能高頻采集終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明電能高頻采集終端的工作流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：

本發(fā)明實(shí)施例的城市軌道交通電能管理系統(tǒng)，基于“分布采集，集中管理”的方式，電能數(shù)據(jù)的采集采用逐級匯集的方式，先通過電能高頻采集終端對各配電回路各采集點(diǎn)上的電流和電壓信號進(jìn)行高頻率采集，并在本地分析和存儲，再將各電能高頻采集終端的電能數(shù)據(jù)匯集到信息采集服務(wù)器，最后存儲在網(wǎng)絡(luò)存儲器，并通過電能管理平臺服務(wù)器顯示輸出，電能管理平臺服務(wù)器還可以根據(jù)需求獲取網(wǎng)絡(luò)存儲器內(nèi)的歷史電能數(shù)據(jù)，確保各通信環(huán)節(jié)的信息互動暢通。

請參照圖1所示，一種城市軌道交通電能管理系統(tǒng)，包括電能高頻采集終端、通訊交換機(jī)、信息采集服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲器、電能管理平臺服務(wù)器及用于訪問電能管理平臺服務(wù)器的工作計算機(jī)，電能高頻采集終端通過通訊交換機(jī)與信息采集服務(wù)器電連接，信息采集服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲器及電能管理平臺服務(wù)器相互電連接，工作計算機(jī)通過因特網(wǎng)與電能管理平臺服務(wù)器電連接。

其中，電能高頻采集終端包括至少一個交流電能高頻采集終端和至少一個直流電能高頻采集終端，用于對各配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集、分析、存儲和就地顯示，其中配電回路包括牽引變壓器回路、配電變壓器回路、站廳層照明回路、鋼軌點(diǎn)位檢測回路及制動能量吸收回路；通訊交換機(jī)，用于為接入通訊交換機(jī)的各電能高頻采集終端和信息采集服務(wù)器提供信號通路；信息采集服務(wù)器，用于讀取各電能高頻采集終端存儲的電能數(shù)據(jù)，將所述電能數(shù)據(jù)寫入網(wǎng)絡(luò)存儲器，并將最后時間截點(diǎn)的電能數(shù)據(jù)作為實(shí)時電能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至電能管理平臺服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)存儲器，用于保存信息采集服務(wù)器從各電能高頻采集終端獲取的電能數(shù)據(jù)；電能管理平臺服務(wù)器，用于對實(shí)時電能數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布展示，以及對網(wǎng)絡(luò)存儲器儲存的歷史電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計、管理、挖掘和評估。

請參照圖3所示，電能高頻采集終端包括安裝在配電回路上的電流互感器和電壓互感器、高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊、計量模塊、多通道ADC模塊、處理器、存儲器、系統(tǒng)時鐘模塊以及通信模塊，高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與電流互感器、電壓互感器電連接，輸出端與計量模塊、多通道ADC模塊的輸入端電連接，計量模塊、多通道ADC模塊的輸出端與處理器電連接，處理器還分別和存儲器、系統(tǒng)時鐘模塊、通信模塊、用于查看及設(shè)置電能高頻采集終端的按鍵模塊、以及用于顯示電能高頻采集終端內(nèi)部信息的顯示模塊電連接。

其中，高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將電流互感器和電壓互感器采集到的電流、電壓的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；計量模塊，用于對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行計算和統(tǒng)計；多通道ADC模塊，用于對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行錄波；處理器，用于對經(jīng)計算、統(tǒng)計及錄波后的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對判斷為異常的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識，并將分析處理后的電能數(shù)據(jù)加入系統(tǒng)時鐘模塊的系統(tǒng)時間寫入存儲器；通信模塊，用于接收所述信息采集服務(wù)器發(fā)出的查詢命令，通過處理器調(diào)出存儲器內(nèi)相應(yīng)的電能數(shù)據(jù)后上傳給信息采集服務(wù)器；顯示模塊可采用LCD顯示器。

其中，交流電能高頻采集終端用于采集配電回路的三相電壓和三相電流等模擬量信息，并能夠?qū)τ泄β?、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù)、電量的進(jìn)行計算和統(tǒng)計；直流電能高頻采集終端用于采集配電回路的直流電壓和直流電流等模擬量信息，并能夠?qū)β?、電量進(jìn)行計算和統(tǒng)計。二者的主要功能模塊相同，因此不再對其進(jìn)行具體區(qū)分。

請參照圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的一種城市軌道交通電能管理方法，其包括以下步驟：

步驟1、電能高頻采集終端對各配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集、分析、存儲及就地顯示；

步驟2、信息采集服務(wù)器通過通訊交換機(jī)向各電能高頻采集終端輪詢發(fā)出查詢命令，電能高頻采集終端的通訊模塊接收到信息采集服務(wù)器的查詢命令后，向處理器請求調(diào)取存儲器未上傳的電能數(shù)據(jù)，處理器讀取存儲器內(nèi)未上傳的電能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至通訊模塊進(jìn)行上傳，并對存儲器內(nèi)已上傳的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識；

步驟3、信息采集服務(wù)器接收到各電能高頻采集終端返回的電能數(shù)據(jù)后寫入網(wǎng)絡(luò)存儲器，并將最后時間截點(diǎn)的電能數(shù)據(jù)作為實(shí)時電能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至電能管理平臺服務(wù)器，其中最后時間截點(diǎn)為當(dāng)前系統(tǒng)時間3秒內(nèi)；

步驟4、電能管理平臺服務(wù)器將接收到的實(shí)時電能數(shù)據(jù)通過因特網(wǎng)發(fā)送至工作計算機(jī)進(jìn)行發(fā)布展示；

步驟5、操作人員通過工作計算機(jī)訪問電能管理平臺服務(wù)器，實(shí)時監(jiān)測電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并從網(wǎng)絡(luò)存儲器中獲取歷史電能數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行分析、統(tǒng)計、管理、挖掘和評估，以實(shí)現(xiàn)電能異常預(yù)警、電能質(zhì)量分析、電量與電費(fèi)統(tǒng)計、節(jié)能研究數(shù)據(jù)挖掘。

請參照圖4所示，電能高頻采集終端對各配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集、分析、存儲及就地顯示的具體步驟為：

步驟11、通過安裝在配電回路上的電流互感器和電壓互感器，對配電回路上的電流信號與電壓信號進(jìn)行高頻采集并傳送至高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊；

步驟12、高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊將傳入的電流、電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為電流、電壓數(shù)字信號，并分別發(fā)送至計量模塊和多通道ADC模塊；

步驟13、計量模塊對轉(zhuǎn)換后的電流、電壓數(shù)字信號進(jìn)行計算和統(tǒng)計后發(fā)送至處理器，

步驟14、多通道ADC模塊對轉(zhuǎn)換后的電流、電壓數(shù)字信號進(jìn)行錄波后發(fā)送至處理器；

步驟15、處理器對接收到的經(jīng)計算、統(tǒng)計及錄波后的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對判斷為異常的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識，并將分析處理后的電能數(shù)據(jù)加入系統(tǒng)時鐘模塊的系統(tǒng)時間后寫入存儲器；

步驟16、現(xiàn)場操作人員通過按鍵模塊查看及設(shè)置電能高頻采集終端，并通過顯示模塊獲取電能高頻采集終端內(nèi)的信息。

上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的保護(hù)范圍中。