一种城市轨道交通电能管理系统及方法与流程

本发明涉及电能管理系统技术领域，具体涉及一种城市轨道交通电能管理系统及方法。

背景技术：

目前国内各大城市的轨道交通发展迅速，但在电气管理方面仍存在许多问题。一方面是电气故障时有发生，因此迫切需要全面提升电气运行安全管理水平；另一方面是城市轨道交通电能消耗极大，为实现国家节能减排的要求，节约用电的能效管理也势在必行。然而就目前而言，如何提高城市轨道交通的电气运行安全管理水平和能效管理水平是业界一直难以攻克的技术难题。

城市轨道交通事故多数由电气故障所引起，一方面会带来了巨大的经济损失，另一方面也会造成不良的社会影响。造成这些安全用电事故的一个方面原因是电能系统监测能力不足，具体包括信息采集频度不足、仪表的时钟准确性不足、监测的电参量不足、电参量的同步性不足、波形管理功能不足、电信息互动不足，上述这些不足导致了我们无法对设备进行安全评估与健康状况诊断，也无法实现有效的预警，进而无法把事故扑灭在未发时。

当前城市轨道交通缺乏对电参量的高频采集及对电能数据的分析和预警，特别对高压直流电能信息高频采集、录波及谐波分析等更缺乏。大部分的电能管理系统都只是对多电能数据的采集及记录，并未进行电能质量的分析及故障预警。同时高频率的数据采集会产生巨大的数据传输量，市面上的电能管理系统都无法同时对大数据进行处理，使得大量的重要数据丢失。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明的目的之一在于提供一种城市轨道交通的电能管理系统，以提高城市轨道交通的电气运行安全管理水平和能效管理水平。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种城市轨道交通电能管理系统，包括设于各配电回路上的电能高频采集终端、通讯交换机、信息采集服务器、网络存储器、电能管理平台服务器及用于访问电能管理平台服务器的工作计算机，电能高频采集终端通过通讯交换机与信息采集服务器电连接，信息采集服务器、网络存储器及电能管理平台服务器相互电连接，工作计算机通过因特网与电能管理平台服务器电连接；

所述电能高频采集终端包括至少一个交流电能高频采集终端和至少一个直流电能高频采集终端，用于对各配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集、分析、存储和就地显示；

所述通讯交换机，用于为接入通讯交换机的各电能高频采集终端和信息采集服务器提供信号通路；

所述信息采集服务器，用于读取各电能高频采集终端存储的电能数据，将所述电能数据写入网络存储器，并将最后时间截点的电能数据作为实时电能数据转发至电能管理平台服务器；

所述网络存储器，用于保存信息采集服务器从各电能高频采集终端获取的电能数据；

所述电能管理平台服务器，用于对实时电能数据进行发布展示，以及对网络存储器储存的历史电能数据进行分析、统计、管理、挖掘和评估。

进一步地，所述电能高频采集终端包括安装在配电回路上的电流互感器和电压互感器、高精度A/D转换模块、计量模块、多通道ADC模块、处理器、存储器、系统时钟模块以及通信模块，高精度A/D转换模块的输入端与电流互感器、电压互感器电连接，输出端与计量模块、多通道ADC模块的输入端电连接，计量模块、多通道ADC模块的输出端与处理器电连接，处理器还分别和存储器、系统时钟模块以及通信模块电连接；

所述高精度A/D转换模块，用于将电流互感器和电压互感器采集到的电流、电压的模拟信号转换为数字信号；

所述计量模块，用于对转换后的数字信号进行计算和统计；

所述多通道ADC模块，用于对转换后的数字信号进行录波；

所述处理器，用于对经计算、统计及录波后的电能数据进行分析处理，对判断为异常的电能数据进行标识，并将分析处理后的电能数据加入系统时钟模块的系统时间写入存储器；

所述通信模块，用于接收所述信息采集服务器发出的查询命令，通过处理器调出存储器内相应的电能数据后上传给信息采集服务器。

进一步地，所述电能高频采集终端还包括与处理器电连接的用于查看及设置电能高频采集终端的按键模块、以及用于显示电能高频采集终端内部信息的显示模块。

本发明的另一目的在于提供一种城市轨道交通电能管理方法，以提高城市轨道交通的电气运行安全管理水平和能效管理水平，该方法包括以下步骤：

步骤1、电能高频采集终端对各配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集、分析、存储及就地显示；

步骤2、信息采集服务器通过通讯交换机向各电能高频采集终端轮询发出采查询命令，电能高频采集终端的通讯模块接收到信息采集服务器的查询命令后，向处理器请求调取存储器未上传的电能数据，处理器读取存储器内未上传的电能数据转发至通讯模块进行上传，并对存储器内已上传的电能数据进行标识；

步骤3、信息采集服务器接收到各电能高频采集终端返回的电能数据后写入网络存储器，并将最后时间截点的电能数据作为实时电能数据转发至电能管理平台服务器；

步骤4、电能管理平台服务器将接收到的实时电能数据通过因特网发送至工作计算机进行发布展示；

步骤5、操作人员通过工作计算机访问电能管理平台服务器，实时监测电气设备运行状态，并从网络存储器中获取历史电能数据，对其进行分析、统计、管理、挖掘和评估。

进一步地，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤11、通过安装在配电回路上的电流互感器和电压互感器，对配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集并传送至高精度A/D转换模块；

步骤12、高精度A/D转换模块将传入的电流、电压模拟信号转换为电流、电压数字信号，并分别发送至计量模块和多通道ADC模块；

步骤13、计量模块对转换后的电流、电压数字信号进行计算和统计后发送至处理器，

步骤14、多通道ADC模块对转换后的电流、电压数字信号进行录波后发送至处理器；

步骤15、处理器对接收到的经计算、统计及录波后的电能数据进行分析处理，对判断为异常的电能数据进行标识，并将分析处理后的电能数据加入系统时钟模块的系统时间后写入存储器。

本发明的有益效果在于：基于“分布采集、集中管理”模式，通过电能高频采集终端进行高频率高精度的电能信息采集及分析，通过电能管理平台服务器对电能数据进行分析、统计、管理、挖掘和评估，对用电设备进行安全评估与健康状况诊断，实现有效的预警，提升了城市轨道交通电能监测的自动化和智能化水平，同时还可对城市轨道交通的用电情况进行精细区分，厘清电费成本结构，制定出节约电能及节省电费的策略，实现了城市轨道交通的安全运行管理与节约用电管理的集成。

附图说明

图1是本发明城市轨道交通电能管理系统的结构示意图；

图2是本发明城市轨道交通电能管理方法的逻辑示意图；

图3是本发明电能高频采集终端的结构示意图；

图4是本发明电能高频采集终端的工作流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

本发明实施例的城市轨道交通电能管理系统，基于“分布采集，集中管理”的方式，电能数据的采集采用逐级汇集的方式，先通过电能高频采集终端对各配电回路各采集点上的电流和电压信号进行高频率采集，并在本地分析和存储，再将各电能高频采集终端的电能数据汇集到信息采集服务器，最后存储在网络存储器，并通过电能管理平台服务器显示输出，电能管理平台服务器还可以根据需求获取网络存储器内的历史电能数据，确保各通信环节的信息互动畅通。

请参照图1所示，一种城市轨道交通电能管理系统，包括电能高频采集终端、通讯交换机、信息采集服务器、网络存储器、电能管理平台服务器及用于访问电能管理平台服务器的工作计算机，电能高频采集终端通过通讯交换机与信息采集服务器电连接，信息采集服务器、网络存储器及电能管理平台服务器相互电连接，工作计算机通过因特网与电能管理平台服务器电连接。

其中，电能高频采集终端包括至少一个交流电能高频采集终端和至少一个直流电能高频采集终端，用于对各配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集、分析、存储和就地显示，其中配电回路包括牵引变压器回路、配电变压器回路、站厅层照明回路、钢轨点位检测回路及制动能量吸收回路；通讯交换机，用于为接入通讯交换机的各电能高频采集终端和信息采集服务器提供信号通路；信息采集服务器，用于读取各电能高频采集终端存储的电能数据，将所述电能数据写入网络存储器，并将最后时间截点的电能数据作为实时电能数据转发至电能管理平台服务器；网络存储器，用于保存信息采集服务器从各电能高频采集终端获取的电能数据；电能管理平台服务器，用于对实时电能数据进行发布展示，以及对网络存储器储存的历史电能数据进行分析、统计、管理、挖掘和评估。

请参照图3所示，电能高频采集终端包括安装在配电回路上的电流互感器和电压互感器、高精度A/D转换模块、计量模块、多通道ADC模块、处理器、存储器、系统时钟模块以及通信模块，高精度A/D转换模块的输入端与电流互感器、电压互感器电连接，输出端与计量模块、多通道ADC模块的输入端电连接，计量模块、多通道ADC模块的输出端与处理器电连接，处理器还分别和存储器、系统时钟模块、通信模块、用于查看及设置电能高频采集终端的按键模块、以及用于显示电能高频采集终端内部信息的显示模块电连接。

其中，高精度A/D转换模块，用于将电流互感器和电压互感器采集到的电流、电压的模拟信号转换为数字信号；计量模块，用于对转换后的数字信号进行计算和统计；多通道ADC模块，用于对转换后的数字信号进行录波；处理器，用于对经计算、统计及录波后的电能数据进行分析处理，对判断为异常的电能数据进行标识，并将分析处理后的电能数据加入系统时钟模块的系统时间写入存储器；通信模块，用于接收所述信息采集服务器发出的查询命令，通过处理器调出存储器内相应的电能数据后上传给信息采集服务器；显示模块可采用LCD显示器。

其中，交流电能高频采集终端用于采集配电回路的三相电压和三相电流等模拟量信息，并能够对有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数、电量的进行计算和统计；直流电能高频采集终端用于采集配电回路的直流电压和直流电流等模拟量信息，并能够对功率、电量进行计算和统计。二者的主要功能模块相同，因此不再对其进行具体区分。

请参照图2所示，本发明实施例的一种城市轨道交通电能管理方法，其包括以下步骤：

步骤1、电能高频采集终端对各配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集、分析、存储及就地显示；

步骤2、信息采集服务器通过通讯交换机向各电能高频采集终端轮询发出查询命令，电能高频采集终端的通讯模块接收到信息采集服务器的查询命令后，向处理器请求调取存储器未上传的电能数据，处理器读取存储器内未上传的电能数据转发至通讯模块进行上传，并对存储器内已上传的电能数据进行标识；

步骤3、信息采集服务器接收到各电能高频采集终端返回的电能数据后写入网络存储器，并将最后时间截点的电能数据作为实时电能数据转发至电能管理平台服务器，其中最后时间截点为当前系统时间3秒内；

步骤4、电能管理平台服务器将接收到的实时电能数据通过因特网发送至工作计算机进行发布展示；

步骤5、操作人员通过工作计算机访问电能管理平台服务器，实时监测电气设备运行状态，并从网络存储器中获取历史电能数据，对其进行分析、统计、管理、挖掘和评估，以实现电能异常预警、电能质量分析、电量与电费统计、节能研究数据挖掘。

请参照图4所示，电能高频采集终端对各配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集、分析、存储及就地显示的具体步骤为：

步骤11、通过安装在配电回路上的电流互感器和电压互感器，对配电回路上的电流信号与电压信号进行高频采集并传送至高精度A/D转换模块；

步骤12、高精度A/D转换模块将传入的电流、电压模拟信号转换为电流、电压数字信号，并分别发送至计量模块和多通道ADC模块；

步骤13、计量模块对转换后的电流、电压数字信号进行计算和统计后发送至处理器，

步骤14、多通道ADC模块对转换后的电流、电压数字信号进行录波后发送至处理器；

步骤15、处理器对接收到的经计算、统计及录波后的电能数据进行分析处理，对判断为异常的电能数据进行标识，并将分析处理后的电能数据加入系统时钟模块的系统时间后写入存储器；

步骤16、现场操作人员通过按键模块查看及设置电能高频采集终端，并通过显示模块获取电能高频采集终端内的信息。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的保护范围中。