地铁综合监控系统节能控制方案探讨

翁森洪,余焓

摘要：通风空调系统设计分为空调水系统、车站大系统、设备区小系统以及隧道通风系统等，其控制方案按照传统的方案进行设计，由环境与设备监控系统（BAS）对通风空调系统进行监控管理，由于通风空调专业设计对控制专业了解不够深入，在通风空调系统的节能控制方面，BAS系统的控制策略无法与通风空调系统工艺紧密结合，通风空调系统的模式工况转换有时需要调度人员人工干预执行，整个通风空调系统的运行效率亟待提高，其节能控制方案需要进一步优化和完善。

关键词：综合监控系统；通风空调系统；节能控制

引言

地铁设计要求达到现代化、智能化，如果没有实现智能化，那么便无法促进实现医疗现代化的目标。由于智能化所具备的功能比较复杂，因此科技含量也比较高，通过与各类现代化高新技术相结合，对功能的设计产生了一定的影响。

1现状分析

综合监控系统作为机电系统的核心控制“大脑”，其在机电设备联动控制、节能减排方面起着关键核心作用，在笔者参与的几条已建成的线路中，机电通风空调系统的控制方案存在一些不足之处，下面列举几个关键问题，并逐一进行探讨和分析：（1）通风空调系统由BAS对其各种模式工况和设备状况进行监控和管理，由于BAS系统是一套实时控制系统，没有历史环境数据，同时BAS与自动售检票系统（AFC）未设置接口，无法实时获取车站客流信息，无法根据客流人员负荷情况进行控制，其在控制方面存在一定的滞后性，有时出现早晚高峰期间车站公共区偏冷，正常运营时间段车站偏热的现象，通风空调系统的控制效果不理想。（2）通风空调设计要求冷水机组的控制分为单台冷机运行、双冷机运行以及全停模式三种工况，根据负荷调节开启冷水机组，冷水机组加减机的转换条件为，两台冷机负载率均小于40%时，关闭一台冷机，当冷水机组运行台数为一台，负载率大于85%且车站温度高于目标值时，开启第二台冷机。该设计中冷机的加减机转换条件不完善，可能会出现双冷机长时间运行工况，从而增加整个冷水系统的能耗，因此，冷水机组的开机与自动加减机控制需要进一步优化，最终才能实现降低冷水系统用电能耗的目的。（3）隧道通风系统是通风空调系统的重要组成部分，主要由隧道变频风机TVF（90至100kW）、排热变频风机UOF（50至60kW）以及电动风阀组成。根据通风设计要求，每天在列车上线前和运营结束后，各车站需要执行隧道早晚通风模式，一般固定开启四台TVF运行1小时，此运行时间为通风设计根据经验估算得出，主要目的是利用室外冷空气对地铁隧道进行冷却降温并补充新鲜空气，将地铁隧道内聚集的热气和湿气排出隧道。UOF在空调季行车高峰期间以50Hz频率运行，非高峰期间以25Hz频率运行，夜间停运，开启UOF是为了将列车运行期间产生的热量以及刹车制动时产生的热量排出隧道。从远期运营情况分析，上述模式工况没有问题，但结合初期试运营情况分析，初期行车密度小，地铁隧道内温度远未达到设计上限值，仍按照固定模式运行隧道通风系统，从控制专业角度分析，显然不合理，应考虑初期运营行车密度情况，根据隧道内的实际温度，优化调整早晚通风模式和排热风机运行时间，以达到合理使用设备，降低隧道通风系统设备能耗的目的。

2具体实施方案

2.1供电系统监控

通常，对供电稳定性有非常高的要求。因为内大功率设备非常多，线路也较为复杂，所以对供电电压及电流稳定性都有很高的要求。对此，供电监控系统能够有效降低供电系统故障形成几率，可对供电变压器的高压、低压参数进行监测。通常，监测参数主要包含环境湿度、运行温度、高压和低压电流等。如果收集到错误信号，或是检测发现系统异常，供电智能监控系统会及时发出报警，必要的情况下，会立即切断某项开关，以此更好地管控内的电力资源。

2.2照明系统监控

智能化监控系统还可对整个地铁的照明系统实施监控。在社会经济快速发展的背景下，社会对电力资源的需求量越来越大，使得电网面临更大的供电压力。电力资源是非常重要的能源，电力资源的有效节约对于节约能源、能耗降低目标的实现具有非常重要的意义，将智能化监控系统应用于照明系统中，可对内的电力资源实施实时监控，同时结合具体情况对电力设备实施自启停控制。

2.3车站大系统节能控制方案

大系统空调机组频率控制根据通风空调系统设计要求，在车站站台公共区设置四个温湿度传感器和两个二氧化碳传感器，用来采集站台的实时环境数据。根据客流负荷与站台公共区四个温湿度传感器的平均温度值对公共区温度进行调节，车站大系统按同一被控对象对两端的空调系统进行调节控制，即综合监控系统根据站台平均温度值与客流负荷情况，调节控制空调机组运行频率，保证大系统回风温度稳定在设定值（根据设计要求设定）附近，从而使站厅、站台实际温度达到设计要求。当公共区平均温度Tr＜28℃（通风设计要求，可调节）时，说明站台公共区的冷负荷超出设计要求，供冷过量，空调机组负荷需要减少，应降低空调机组运行频率；当站台公共区平均温度Tr＞28℃时，说明站台公共区的冷负荷未达到设计要求，需要增大空调机组运行荷，应提高空调机组运行频率。

2.4大系统空调水流量控制

大系统二通阀安装在组合式空调机组的回水管上，通过控制二通阀开度大小，来控制流经组合式空调机组的冷冻水流量，从而保证组合式空调机组送风温度恒定。空调机组以不小于25Hz（最低频率）运行，当站台公共区平均温度Tr＜28℃时，说明站台公共区供冷过量，冷负荷需要减少，此时应关小二通阀开度；当站台公共区平均温度Tr＞28℃时，说明站台公共区的冷负荷未达到设计要求，需要增大供冷量，此时应增大二通阀开度。

2.5大系统节能控制要点

大系统节能控制采用模糊控制算法，同时控制二通阀开度及空调机组频率，综合监控系统每3分钟采样一次站台公共区平均温度值进行计算，并根据公共区实际温度与设计目标温度偏差值对控制精度不断进行修正，为了提高控制的精确性，同时避免出现较大控制震荡，控制系统做以下设置：（1）将车站A、B端作为整体的一个系统进行控制，使用站台公共区的温度平均值作为输入条件，进行目标温度控制，同时设置控制死区，设定值偏差为±0.3℃。（2）根据客流信息计算出客流人员负荷，采用前馈加风水联动控制，将二通阀开度、风机频率调节作为一个协调变量，在增大二通阀开度同时加大空调机组的运行频率，二通阀开度调节幅度大于空调机组频率调节幅度，以此来提高综合监控系统节能控制的反应速度，改变系统响应时间，使得在系统受到扰动后能够很快地恢复到目标值，避免出现大的波动。

结束语

采用综合监控节能控制方案后，实现了通风空调系统全自动高效运行，减少了运营管理人员人工操作时间，提高了工作效率，整个节能控制系统更加智能，车站大、小系统的控制更合理，空调冷水系统的运行效率更高。在运营初期，合理减少隧道区间早晚通风模式的运行时间，根据区间环境温度联动控制排热风机，有效地降低了隧道通风设备用电能耗。

参考文献

[1]林菁，付战莹，江洪泽，等.地铁环控大系统基于已知负荷模型的前馈控制策略讨论[J].都市快轨交通，2021，34（1）：127-131.

[2]谭依民.地铁BAS系统节能控制方式研究[J].工程技术研究，2021，6（4）：193-194.

[3]张俊.综合监控系统节能优化控制[J].现代建筑电气，2012，3（3）：5-9.

[4]郑奕.地铁站通风空调系统风水联动智能控制系统的应用[J].智能建筑与智慧城市，2018（1）：53-54+58.