摘要:本文針對高校學生公寓用電特點,從安全用電角度提出了一套集用電管理、計量、惡性負載智能識別控制、實時跟蹤檢測等功能于一體的數(shù)字化安全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案———學生公寓智能控電管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:公寓惡性負載安全用電智能系統(tǒng)

0、引言

近年來,為了響應(yīng)國家創(chuàng)建節(jié)約型社會的號召,伴隨著高等學校后勤社會化改革的迅速推進,各地高等學校對原有的校內(nèi)學生公寓采用了新的管理模式。各地、各高等學校積極利用社會資金,通過各種渠道,采用社會化的辦法,建設(shè)了一批高質(zhì)量高標準的學生公寓,較大地改善了大學生們的生活與學習條件,受到了高等學校師生的普遍歡迎。公寓內(nèi)的

配置由過去滿足基本生活需求的設(shè)備,到如今設(shè)有電熱水器、空調(diào)、電腦、浴霸等。傳統(tǒng)的對學生公寓采取限電流、定時間斷送電的用電管理模式顯然無法滿足大學生們的使用需求。更值得一提的是被稱之為惡性負載的電器,如燒開水用的電爐、“熱得快"等產(chǎn)品,這些違章電器的使用給學生公寓的用電帶來了很大的安全隱患,對學生生命財產(chǎn)安全造成極大的威脅。為了解決高校學生公寓安全用電存在的諸多問題,筆者經(jīng)過多方調(diào)研,在原有的學生宿舍集中用電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,從安全用電角度提出了一套適合高校學生公寓使用的數(shù)字化安全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案———學生公寓智能控電管理系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)基本要求

(1)下圖為學生公寓智能控電管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。本系統(tǒng)中的數(shù)字化控制模塊采用智能化數(shù)學模型控制技術(shù),集用電管理、計量、惡性負載智能識別控制、實時跟蹤檢測等優(yōu)點于一身,是學生公寓智能控電管理系統(tǒng)的核心部分。

(2)組網(wǎng)方式。本系統(tǒng)采用分布式單元控制設(shè)計原則,結(jié)構(gòu)簡單,既可以采用成本低、對網(wǎng)絡(luò)布線要求不高的RS-485總線進行組網(wǎng),也可以采用高校校園局域網(wǎng)進行組網(wǎng),更可以采用中國移動GSM無線網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)。在此我們以第一種組網(wǎng)方式進行技術(shù)分析。

(3)系統(tǒng)微機的基本配置:CPU主頻1.7GHz及以上;操作系統(tǒng):主流操作系統(tǒng),如Windows2000/XP;內(nèi)存;硬盤;顯示器等。

2、系統(tǒng)基本功能及原理

(一)單元控制模塊基本功能

1數(shù)據(jù)采集、傳輸與惡性負載智能識別控制。2集成電路芯片。單元控制模塊要求具備解釋并執(zhí)行系統(tǒng)微機指令的功能,每個單元控制模塊分管8個房間控制模塊,采用超大規(guī)模集成電路芯片,集成獨立的CPU單元和數(shù)據(jù)處理單元,即使數(shù)據(jù)傳輸線路有故障或斷電也不會引起數(shù)據(jù)丟失。單元控制模塊內(nèi)部須設(shè)置可靠的電源檢測電路、看門狗電路、數(shù)據(jù)存儲保護電路,具有過載斷電、斷電自動恢復(fù)能力和防雷、防過電壓措施,并在系統(tǒng)管理程序上實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)校驗處理、數(shù)據(jù)塊保護處理及指令冗余等抗干擾措施,使整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。

(2)房間控制模塊基本功能

1、計量。房間控制模塊發(fā)送計量脈沖信號,執(zhí)行計量任務(wù)。

2、控制。房間控制模塊執(zhí)行單元控制模塊發(fā)出的指令,接通或斷開房間的總電源。模塊的關(guān)鍵部件為繼電器,可選用新型的大電流電觸點的磁保持繼電器,利用12V電壓的正負脈沖信號驅(qū)動。

(3)惡性負載智能識別控制的基本原理

1、建立數(shù)學模型。學生公寓智能控電管理系統(tǒng)根據(jù)學生使用電器的用電動態(tài)參數(shù)建立數(shù)學模型,根據(jù)其用電特點將電器分為阻性負載和感性負載。

2、自動識別控制。系統(tǒng)CPU程序自動跟蹤檢測電器瞬間加電時功率點的大小,經(jīng)過分析后發(fā)出控制指令。如下圖,假設(shè)系統(tǒng)設(shè)置惡性負載的識別功率為300W,當使用大于300W的阻性負載(如電爐、“熱得快"等),系統(tǒng)檢測識別后發(fā)出指令切斷該房間的電源。當房間使用感性負載(如電腦、充電器等),系統(tǒng)檢測后識別為正常用電負載,所有的正常負載都不會累加。當房間使用1500W的電熱水器時,系統(tǒng)CPU程序?qū)崟r跟蹤檢測到電熱水器的瞬間加電功率點處于開放的范圍,也會識別為正常用電負載制指令。如下圖,假設(shè)系統(tǒng)設(shè)置惡性負載的識別功率為300W,當使用大于300W的阻性負載(如電爐、“熱得快"等),系統(tǒng)檢測識別后發(fā)出指令切斷該房間的電源。當房間使用感性負載(如電腦、充電器等),系統(tǒng)檢測后識別為正常用電負載,所有的正常負載都不會累加。當房間使用1500W的電熱水器時,系統(tǒng)CPU程序?qū)崟r跟蹤檢測到電熱水器的瞬間加電功率點處于開放的范圍,也會識別為正常用電負載。

(4)用電查詢管理器基本功能

1、查詢管理,單獨控制。用電查詢管理器設(shè)置在每棟學生公寓樓,為本棟樓的中央控制單元。

2、集成電路芯片。采用新一代工業(yè)計算機設(shè)計原理,集成了CPU、存儲器、RS232接口、RS485接口,以及防止程序鎖死的看門狗時鐘控制芯片等。用電查詢管理器設(shè)計為壁掛式小型箱體裝置,顯示面板采用LCD液晶顯示屏,面板設(shè)置小型數(shù)字鍵盤。當系統(tǒng)管理微機因故停機或人為關(guān)機時,用電查詢管理器可以替代系統(tǒng)管理微機的部分工作,執(zhí)行本棟樓的實時用電查詢功能和定時斷電送電等任務(wù)。

(5)用電管理程序基本功能

1、房間號碼設(shè)置。通過系統(tǒng)微機內(nèi)的用電管理程序可以設(shè)置學生公寓的樓號和房間號碼。如第5號學生公寓1樓的第8個房間,其對應(yīng)的系統(tǒng)編號為5108。

2、房間定時限流。通過系統(tǒng)微機內(nèi)的用電管理程序可以設(shè)置實現(xiàn)每個單獨房間的定時、定量、限電流等單獨管理控制。

3、惡性負載識別。通過系統(tǒng)微機內(nèi)的用電管理程序設(shè)置惡性負載的識別功率,智能識別違章電器和普通電器。例如:若識別功率設(shè)定為300W(識別功率高?？砂磳嶋H要求自行調(diào)整設(shè)定),則300W以上的電爐、“熱得快"等違章電器一律被禁用,而正常的普通電器(如:電腦、照明、臺燈等)不管功率多少,全部正常使用。

4、收費管理。通過系統(tǒng)微機內(nèi)的用電管理程序可以隨時為所有房間或每個房間交納電費。針對高校為學生提供基本定額免費電量的要求,用電管理程序設(shè)置了定額免費電量自動充值功能,在每月的時間將基本定額免費電量補充到所有房間或房間。

5、其他功能。本系統(tǒng)還設(shè)置了欠費自動報警或停電、交費自動送電功能,退費管理功能,換房管理功能,公用電費可分攤功能等。這些功能可以有效的解決高校學生公寓用電管理中遇到的一些日常問題。如高校一般每年調(diào)整一次學生房間,退費管理功能和換房管理功能就比較適用。

(6)用電安全保護

1、短路過流保護。學生公寓智能控電管理系統(tǒng)在系統(tǒng)控制機柜輸出端設(shè)置了短路、過流雙重保護功能,有效保護了學生用電時的人身安全。

2、違章斷電。當學生在房間內(nèi)使用違章電器時,系統(tǒng)會在5秒鐘內(nèi)切斷該房間的總電源;學生將違章電器摘除后,系統(tǒng)經(jīng)過檢測識別后可在一分鐘內(nèi)自動恢復(fù)送電,無需人工進行恢復(fù),安全用電十分方便。

(7)遠程控制及實時監(jiān)控報警

1、遠程控制。學生公寓智能控電管理系統(tǒng)所有的管理操作都可以在系統(tǒng)管理微機上完成,真正做到了遠程控制。所有的管理數(shù)據(jù)在系統(tǒng)管理微機和數(shù)字化單元控制模塊之間實時傳輸存儲、互為備份,確保了管理數(shù)據(jù)的安全性。

2、實時監(jiān)控。在系統(tǒng)管理微機顯示器上,高校學生公寓每個房間用電功率大小以“★"號多少表示,“★"越多表示該房間實時用電功率越大。當鼠標指向房間時,系統(tǒng)立即實時顯示所指房間的實際用電功率參數(shù)等數(shù)值,相當于設(shè)置了一個多參數(shù)同時顯示虛擬電表。

(8)財務(wù)管理

1、財務(wù)統(tǒng)計分析。學生公寓智能控電管理系統(tǒng)的管理程序還設(shè)置了財務(wù)報表統(tǒng)計、財務(wù)分析等功能,方便高校財務(wù)管理。同時系統(tǒng)自動記錄管理員的所有工作并生成系統(tǒng)日志,系統(tǒng)日志不可修改,避免了財務(wù)行為。

2、可擴展性。學生公寓智能控電管理系統(tǒng)預(yù)留了聯(lián)網(wǎng)接口,可以支持校園一卡通收費管理系統(tǒng)的授權(quán)收費終端,同時可提供與校園一卡通對接的接口參數(shù)等。

3、Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

3.1概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

3.2應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

3.3平臺結(jié)構(gòu)

3.4平臺功能

3.4.1電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

3.4.2能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

3.4.3預(yù)付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表中心：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

3.4.4充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

3.4.5智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

3.4.6安全用電

安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

3.4.7智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。原先針對“九小場所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細化"的實際需求。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4、結(jié)束語

“學生公寓智能控電管理系統(tǒng)"應(yīng)是專門針對高校學生公寓用電特點及其急需解決的安全用電問題,采用智能化數(shù)學模型控制技術(shù)構(gòu)建的全套數(shù)字化安全用電管理系統(tǒng)技術(shù)解決方案。目前市場上已有一些技術(shù)產(chǎn)品可以滿足一般的集中用電管理要求,但在惡性負載智能識別控制技術(shù)和實時跟蹤檢測手段等方面還有待進一步提高。

參考文獻

[1]蔡旭斌,羅玲.電能計量自動抄表技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].廣東電力,2003.

[2]衛(wèi)建華,徐進.學生宿舍用電安全管理系統(tǒng)解決方案[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2004.

[3]游飛.高校學生公寓安全用電管理技術(shù)分析

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.