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高校學生公寓用電智能控制與管理系統(tǒng)的構架研究

更新時間:2020-07-03 點擊次數(shù): 1156次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要:為高校學生因違章使用大功率電器,導致宿舍用電線路過載,從而引發(fā)火災的隱患,文章將用電與用電管理統(tǒng)考慮,設計高校學生公寓預付費電控系統(tǒng)。對該系統(tǒng)的工作原理和功能進行了詳細介紹,并分析了實施該系統(tǒng)的主要勢。結果表明,該系統(tǒng)對提高后勤部門管理效率,保障高校公寓的用電,降低學校的運營成本具有顯著的作用。

關鍵詞:學生公寓;預付費電控系統(tǒng);惡性負載識別;用電

 

0引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,物質生活水平不斷提高,高校學生公寓的住宿條件也逐步提高。公寓內(nèi)的配置由過去滿足基本生活需求的設備,到如今擁有電熱水器、空調、電腦等較為現(xiàn)代的用電設備。另外,由于信息時代的到來,學生需要從電視、網(wǎng)絡中學習知識,了解信息動態(tài),查找資料,這些需求導致學生公寓的供電方式也隨之發(fā)生改變,全天供電成為了學生日常生活的基本要求。以往對學生公寓的用電管理主要是采取限電流、定時間斷送電的用電管理模式,這顯然已經(jīng)無法滿足大學生學習的需求。對高校公寓供電需求的調研結果表明,約90%的學生對宿舍定時供電持不滿意態(tài)度,對全天供電滿意率則為百%。值得注意的是,由于大量使用電器,尤其是些大功率不的電器,如燒開水用的電爐、“熱得快”等產(chǎn)品的違規(guī)使用,給學生公寓帶來了極大的隱患,對學生人生和財產(chǎn)造成了極大的威脅,若不加以限制,旦發(fā)生電氣火災等重大事故,將帶來無法挽回的嚴重后果。因此,對于學生公寓的用電管理,不能局限于些傳統(tǒng)的用電管理方式上,需要充分考慮學生公寓用電的實際情況,采取更為科學而完善的技術手段,制定種適合學生公寓用電特征的智能化用電管理方案。通過對學生公寓內(nèi)用電監(jiān)控進行更深入的研究,將用電和用電管理統(tǒng)考慮,建立高效的宿舍預付費電控系統(tǒng),既保障公寓用電,又降低公寓能耗,同時提高學校后勤部門的管理工作效率?;谶@認識,研究設計并實施了個適合于高校學生公寓預付費電控系統(tǒng)。

 

1高校學生公寓用電管理現(xiàn)狀

本研究以廣東地區(qū)某高校學生公寓為對象,對該公寓的用電情況和用電管理進行了深入調查,并進行了實地考察走訪,發(fā)現(xiàn)該學校目前使用的電表均為機械表,計量效果不理想,在管理方式上也存在些問題,主要體現(xiàn)在以下3個方面。

(1)電表老化  該學生公寓采用老式機械計量電表,并已持續(xù)使用多年,超出了保質期,計量精度和都無法保證.不僅給學校帶來經(jīng)濟損失,而且產(chǎn)生電氣事故隱患。

(2)管理功能單  學生公寓用電管理基本上采用定時管理,入房檢查方式。這不僅無法滿足當今用電管理需求,而且難于管理違規(guī)用電。不能限制由于違規(guī)使用電熱器、電飯鍋、大功率電器導致的超負荷,易引發(fā)宿舍電氣火災。

(3)管理效率低下  主要依靠人工抄表方式統(tǒng)計耗電量,不能實時發(fā)現(xiàn)異常用電,隱患;在數(shù)據(jù)異常時,無法提供依據(jù),導致爭議。

經(jīng)過調查,以上現(xiàn)象是大多數(shù)高校學生公寓普遍存在的現(xiàn)象,也是困擾高校后勤管理部門的主要問題。因此,對高校學生公寓采用高效的智能化用電管理措施,違規(guī)用電帶來的隱患,提升后勤管理部門管理效益,通過技術管理措施降低學生公寓能耗是急需解決的問題。

 

2用電智能控制管理系統(tǒng)設計

根據(jù)上述分析,本研究設計了種針對高校學生公寓的用電智能控制管理系統(tǒng),以期能夠解決目前存在的問題。

2.1系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)由以下幾部分構成:計量采集系統(tǒng)(計量設備),數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(通信設備),管理平臺(數(shù)據(jù)處理、用戶服務與管理)。該系統(tǒng)具備智能用電管理功能,可實時監(jiān)測學生公寓用電信息,并通過管理平臺的數(shù)據(jù)分析功能,為學校管理部門提供依據(jù),進而解決用電過程中存在的問題。通過科學化、智能化的用電管理,實現(xiàn)用電、便捷管理、高效穩(wěn)定運行的目的。該系統(tǒng)結構見下圖

 

計量采集系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和電能計量功能,并提供異常保護和預付費功能,實現(xiàn)用電計量、預付費、用電管理的基本功能。計量采集系統(tǒng)分戶設置,具備通信接口,可方便組構管理網(wǎng)絡。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能,采用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器將電表與系統(tǒng)管理平臺服務器連通。每臺采集器具備獨立的IP地址。傳輸網(wǎng)利用校園通信網(wǎng)絡以節(jié)省成本,從學校提供的網(wǎng)絡端口引到交換機。

管理平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)服務功能,提供預付費管理(包含充值、退電、財務統(tǒng)計等),用電分析,用電實時監(jiān)控(包含電流、電壓、功率、剩余金額等),用電管理( 包含定時通斷電、違規(guī)電器管理、負荷限制等),用戶自助查詢等。管理平臺包括了3個子系統(tǒng),即網(wǎng)絡預付費管理系統(tǒng)、校園能耗監(jiān)控系統(tǒng)、用電信息查詢系統(tǒng)。用戶服務系統(tǒng)主要是存儲萬整方套數(shù)系據(jù)統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息,提供系統(tǒng)的人機界面,提供用戶查詢管理平臺等.其他的管理端也可以直接連接到服務器進行系統(tǒng)管理;另外該系統(tǒng)還有配套設備,主要用于預付費管理系統(tǒng)的功能擴展及補充,配套設備包括售電及查詢終端、duanxin貓、LED 顯示屏、自助充值終端等多種。管理系統(tǒng)主要是連接學校相關職能部門,把系統(tǒng)的重要信息反饋到各主要職能部門,實現(xiàn)人員的有效管理。用電管理系統(tǒng)實施案例的系統(tǒng)結構見下圖

 

2.2系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具有以下功能:

(1)用電遠程計量,提升效率采用單相網(wǎng)絡預付費智能電能表進行用電計量。低功耗、長壽命、精度高、功能全、可靠。能耗數(shù)據(jù)自動上傳,自動抄表。

(2)用電總功率限制,綠色用電本功能主要用于學生宿舍的用電總功率限制,保證用電可設置 1d內(nèi)不同時間段允許的總功率不同(zui多6個時間段)。超功率后可設置報警提醒用戶或者直接斷電。這樣,方面可限制主用電時段學生的總用電功率。另方面可實

現(xiàn)夜間小電流運行模式,即夜間允許學生使用充電器、小臺燈等低功率電器,而不允許使用電視機、電腦等大功率電器,從而在保障學生夜間正常休息的前提下,做到人性化的管理。

(3)惡性負載限制,保障本功能主要用于學生宿舍違章電器的管理,有效地避免了發(fā)熱電器及大功率電器引發(fā)的事故。當學生宿舍使用電爐、熱得快、電燙斗等違規(guī)大功率電器時,系統(tǒng)將自動識別為惡性負載,自動切斷電源或報警。如果自動切斷供電,過段時

間(可設置)后可自動恢復,如果1d內(nèi)多處違章用電跳閘,則跳閘后只能由管理員再手動恢復。

(4)實時監(jiān)控,智能管理在設定的時段內(nèi)電表主動跳閘斷電,實現(xiàn)定時開關電功能.通過設置相關參數(shù)可靈活地設定定時開關電方案。本功能主要用于學生宿舍、公共用電(包括路燈、教室燈、景觀用電等)的定時控制。1d可設置zui多6組定時開關電時間。不管電表在何種狀態(tài)下,均可通過管理軟件遠程對電表進行通斷電。實時查看系統(tǒng)下面所有表計的當前

用電狀態(tài),包括剩余金額、總用電量、電流、電壓、功率、功率因數(shù)等參數(shù)。查看的數(shù)據(jù)為實時數(shù)據(jù),根據(jù)用電狀態(tài)自動更新。并對電表進行實時通電、斷電操作。

(5)違章記錄,提升管理質量用電檢修、線路不用電等引起的電表進線端斷電,電表會自動記錄并告之服務器。學生使用熱得快等違章電器時,電表會自動斷電并記錄,同時告之服務器。管理員可輕松地通過軟件系統(tǒng)對上述斷電及違章事件進行掌握。

(6)靈活用電管理在管理平臺上配置好參數(shù)后,系統(tǒng)可自動記錄和顯示房間電表的總用電量、剩余金額、電流、電壓、違規(guī)用電記錄等信息。作為用電分析、結算、違章用電處理的數(shù)據(jù)源。同時,可根據(jù)管理規(guī)定定期向用戶自動贈送免費的用電額度??梢栽O置每房每月贈送多少,或者每人每月贈送多少。不同類型的用戶贈送額度可不樣(如本科生與研究生贈送額度不同、教師與學生贈送額度不同)??砂丛?、按季度、按學期贈送。1a內(nèi)哪些月份需要贈送是可設的。對于沒有使用完的補助電,既可選擇清,也可累加。

(7)多客戶端分權設計本系統(tǒng)可設置多個管理端,各管理端通過內(nèi)部網(wǎng)絡連接到服務器,同時進行數(shù)據(jù)共享。各個管理員可獨立進行售電、退電、用電分析、基礎信息維護等操作,用戶可進行用電信息查詢??稍O置多個管理員級別,不同級別具有不同的管理權限。管理員可進行下屬所有的管理。同級別可設置多個管理員。

(8)階梯電價,分時電價電表帶階梯電價、分時電價功能??砂唇o定的梯度執(zhí)行階梯電價,也可按照給定的時段及電價執(zhí)行分時電價。梯度、分時時段、電價可設。本功能可選是否啟用。

(9)的數(shù)據(jù)存儲電表數(shù)據(jù),在電表斷電、表內(nèi)電表沒電的狀態(tài)下,可保存10a 以上。電表突然停電等,不會影響數(shù)據(jù)的存儲,數(shù)據(jù)不丟失,且數(shù)據(jù)容量大、可靠性高、性強。所有數(shù)據(jù)采用duyou加密機制存儲。

(10)支持綠色校園管理該系統(tǒng)電表符合家電網(wǎng)相關標準,通訊協(xié)議采用標準DL/T645 -2007協(xié)議。能為學校后續(xù)的節(jié)能監(jiān)管平臺提供基礎源數(shù)據(jù),實現(xiàn)系統(tǒng)無縫對接。

(11)網(wǎng)絡預付費預付費,先充值后用電,欠費后自動跳閘斷電,充值后立即將充值信息下傳到電表,電表自動合閘送電。對于不需要預付費的用戶,可設置為后付費工作模式。遠程充值,電表采用無卡式設計,通過485和校園網(wǎng)與服務器連通,用戶充值后,系統(tǒng)自動充值。不需要接觸電表實體,避免事故并延長電表使用壽命。

 

3用電控制

針對公寓用電的隱患,本系統(tǒng)對違規(guī)用電提供了針對性制約控制功能,具備惡性負載控制、惡性負載失敗控制、分時段功率限制等措施,可有效制約違規(guī)用電,降低風險。

3.1惡性負載控制

惡性負載又稱阻性負載,主要是指純阻性的直熱式電器(電烙鐵、燒水棒、電爐、電飯煲、電炒鍋、電熱杯、電吹風、發(fā)夾板等),由于其容易引發(fā)火災,因此在各大院校明令禁止使用.學生公寓用電智能管理系統(tǒng)在0-24時之間,全時段對電路中的惡性負載進行實時監(jiān)控,旦有惡性負載接入,通過對主繼電器進行操作,及時進行斷電。當惡性負載接入時,電表總負荷上升到定高度持續(xù)運行,同時,由于惡性負載的功率因數(shù)接近1,電路總負載的功率因數(shù)增加,因此,可認定功率因數(shù)高于某值,并且啟動后功率維持在高位的電器為惡性負載。通過本用電控制系統(tǒng),可以對接入的惡性負載進行識別控制。

3.2惡性負載識別控制

惡性負載識別控制主要包括開關值、受控功率區(qū)間值、功率因數(shù)閾值、恢復供電間隔時間和每日恢復供電限制次數(shù)。當開關值處于“報警”時,啟用惡性負載識別限制功能,并在惡性負載使用時報警;當開關值處于“跳閘”時,啟用惡性負載識別限制功能,并在惡性負載使用時跳閘;當開關值處于“關”時,不啟用惡性負載識別限制功能。惡性負載的功率區(qū)間可

從30W起到zui大為電表額定負荷,zui多可以設6個區(qū)間,當設定功率區(qū)間內(nèi)的阻性負載投入使用時,電表將跳閘停止供電。為保證正常使用的負載,如飲水機、電熱水器等,可以在設定受控區(qū)間時加以區(qū)分,從而不受負載識別限制[9-10]。惡性負載的功率因數(shù)設為0-997,當功率因數(shù)大于等于此值的受控功率區(qū)間的電器投入使用時,電表自動跳閘,考慮具體用電環(huán)境,可在跳閘后自動恢復供電,斷電時間間隔以秒為單位,設定惡性負載跳閘后每日自動恢復供電的次數(shù)(3-5次),這由管理計算機鎖定并將標志下傳到電表內(nèi),當自動恢復供電次數(shù)超過設定次數(shù)時,不再自動恢復供電,需要用戶到管理部門說明原因后,通過管理平臺重新恢復供電。

3.3分時段功率限制

該系統(tǒng)允許用戶的個性化,在0-24時之間,將時間分為1-6個時間段,并分別對各個時間段進行總功率限制。當開關值處于“報警”時,啟用分時段功率限制功能,并在分時段功率限制使用時報警;當開關值處于“跳閘”時,啟用分時段功率限制功能,并在分時段功率限制使用時跳閘;當開關值處于“開”時,啟用分時段功率限制功能;當開關值處于“關”時,不啟用功率限制功能.分時段表的時間段zui多可設6個,每個時間段的起始時間、終止時間可在上位機上設定,并下傳存儲于電表內(nèi),由電表根據(jù)設定時間自動執(zhí)行.若設置2個時段,則時段1的后個值需小于時段2的前個值,以此類推;功率閾值6個,對應6個時段,不同時間段的閾值可能相同,也可能不同;超負荷跳電后自動恢復供電的時間間隔,以秒為單位,zui大值為9999。超負荷跳電后每日自動恢復供電的次數(shù)(3-10次)(每日,第二天清或累計,通過系統(tǒng)處理),由上位機設定并下傳存儲于電表內(nèi),當自動恢復供電次數(shù)超過設定次數(shù)時,不再自動恢復供電,只能通過上位機遠程控制進行開電,遠程開電后或跨0:00時自動清空電表內(nèi)的跳電記錄,上位機內(nèi)的跳電記錄保存1-6個月,且可清除。

 

4用電管理系統(tǒng)勢

與傳統(tǒng)的學生宿舍供電系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)具有以下主要勢:

(1)用電 引進校園智能用電管理系統(tǒng),提升了高校學生公寓用電管理效率和用電.盡管有詳細的用電守則,但僅靠制度仍然難以避免超負荷用電、使用大功率高熱電器(電熱棒、電磁爐、電暖器等)、線路私拉亂拉等現(xiàn)象。同時線路短路、漏電、電壓過高等不隱患也無法預先。使用智能管理系統(tǒng)后,可有效解決上述問題。該系統(tǒng)具有用電保護措施,能迅速發(fā)現(xiàn)不用電因素,及時主動上報管理員,并自動作出預定的制止措施,因學生亂用電器等行為引發(fā)的火災隱患,減少學校損失。

(2)降低能耗 智能控制管理系統(tǒng)能分析用電,減少浪費,節(jié)約用電,降低能耗。目前高校管理部門對用電狀況的了解程度不夠細致,不了解能耗構成,導致浪費嚴重卻找不到源頭,采用智能管理系統(tǒng)后,可實時顯示用戶的用電量,自動分析用電明細,如果發(fā)現(xiàn)用電超標、故障等現(xiàn)象,可以在平臺上報警,通知管理人員采取措施,杜絕不合理用電,有效降低能耗。超標、故障信息自動建立文檔,供管理部門進步分析原因,采取對策。

(3)智能管理 該系統(tǒng)提供電腦終端遠程自動抄表、遠程充值、電腦自動換算電費電量等功能,不需要人工管理抄表,避免了由于系統(tǒng)問題與人員錯誤操作,減少了收費管理日常用電管理等工作量;同時該系統(tǒng)可直接與學校財務管理系統(tǒng)對接,提供便捷的數(shù)據(jù)輸出,有效提升后勤用電管理部門的工作效率,該系統(tǒng)實施后,受到學校后勤管理部門致好評,管理人員處理故障強度下降,效率提升。

 

5安科瑞宿舍預付費電控系統(tǒng)介紹

5.1 系統(tǒng)方案

  高校宿舍作為個特殊應用場合,在傳統(tǒng)的電能管理需求的基礎上有著與其他應用場合所不同的要求,強調的是用電控制管理,如宿舍的時間管理(按時熄燈、按時送電,某些設備如空調不能納入熄燈范圍)、惡性負載控制、基礎電量設置等。系統(tǒng)建設的意義:

  方便學校對宿舍的用電收費,學生群體眾多,傳統(tǒng)的后付費方式已無法滿足校方需求,收費管理可與校園卡通對接,學生可以自助繳費。
  通過技術手段加強對宿舍的用電管理,可實現(xiàn)時間定時控制、惡性負載檢測、基礎電費下發(fā)等適合學校規(guī)范管理的功能。
  人性化的方案設計,可實現(xiàn)單宿舍內(nèi)的多個支路的獨立控制,讓學生可獲得更高質量的宿舍生活提供了支持。
  惡性負載控制(如卷發(fā)棒、電吹風、電爐、熱得快、電熱杯等實施自動識別控制)、夜間小功率設置、移相插座識別、負載學習功能(白名單)。

5.2系統(tǒng)結構

  AcrelCloud-3百整合高校需求,在原有預付費基礎上增加了宿舍電能管理所需的各種功能,完美解決了高校宿舍電能管理問題。

 

5.3系統(tǒng)功能

  AcrelCloud-3百學生宿舍版預付費云平臺是與ADM130(進三出)或ADF300L(多回路計量箱)預付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理網(wǎng)站和集中抄表軟件為主,包括服務器,通訊管理機在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這特殊應用場合研發(fā),主要實現(xiàn)電能監(jiān)控、時間管理、惡性負載管理、預付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

 

批量操作:系統(tǒng)支持對宿舍進行批量設置,批量初始化、批量下發(fā)基礎電量、批量設置負控、批量設置時控等,方便學校進行統(tǒng)管理。

 

惡性負載自動識別控制:對不允許使用的發(fā)熱電器(如電爐、熱得快、電熱杯等)實施自動識別控制,發(fā)現(xiàn)這些發(fā)熱電器自動斷電。惡性負載暫停時間和次數(shù)可通過軟件設定。 

 

基礎電費:可以設置每月給學生下發(fā)的免費輔助電費,覆蓋式下發(fā),不累計。

時間控制功能:支持zui多8個時段設置宿舍供電斷電,方便管理學生宿舍作息 。

 

 

對接卡通支付:系統(tǒng)支持中間庫,接口等方式對接學??ㄍǎ奖銓W生自助購電 。

進三出:ADM130電表支持zui多三回路輸出,各回路單獨分合閘、惡性負載、時控等設置。

 

 

 

遠程售電:操作員可以通過后臺給宿舍進行電費充值,學生也可以通過學習卡通、學校wei信公眾號進行自助充值。

遠程集中抄表:抄表信息通過網(wǎng)關實時上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。

遠程控制:可對任意塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等系列遠程控制操作,方便管理。

 

6安科瑞故障電弧產(chǎn)品介紹

6.1概述

安科瑞AAFD-4*電弧探測器(以下簡稱探測器)對接入線路中的故障電?。òü收喜⒙?lián)電弧、故障串聯(lián)電?。┻M行有效的檢測,當檢測到線路中存在引起火災的故障電弧時,可以進行現(xiàn)場的聲光報警,并將報警信息傳輸給上端監(jiān)控設備,以實現(xiàn)預警火災發(fā)生的目的。故障電弧探測器適用于工業(yè)與民用建筑中10KW及其以下的電氣線路,其保護線路長度不宜大于百米。

產(chǎn)品遵循標GB 14287.4-2014,可適用于養(yǎng)老院、學校、商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫房、圖書館、辦公室、家庭住宅、以及yule場所等。

 

6.2 功能應用

(1)故障電弧檢測 故障電弧探測器對接入線路中的故障電?。òü收喜⒙?lián)電弧、故障串聯(lián)電?。┻M行有效的檢測,當檢測到線路中存在引起火災的故障電弧時,發(fā)出聲光報警信號。

出廠默認電流保護設定值為2.5A,聯(lián)動DO開關打開。

(2)自檢功能 探測器具備自檢功能,在主界面下長按/自檢鍵,系統(tǒng)將進入自檢狀態(tài),查看設備是否完好。

(3)消音功能 在報警狀態(tài)下,長按消音鍵,探測器報警聲音。

(4)報警復位(解除報警)當發(fā)生報警時,可通過長按復位解除報警;如果在進行復位操作后未排除報警故障,探測器將再次進入故障報警狀態(tài)。

(5)集中監(jiān)控 集中監(jiān)控計算機通過RS485,接受現(xiàn)場采集信號,發(fā)出報警信號及控制指令。采用Modbus-RTU 協(xié)議通訊,通訊距離為500米,同鏈路可監(jiān)控32臺探測器。

 

7結束語

針對當前高校學生公寓的用電現(xiàn)狀和亟待解決的問題,本研究提出并設計了高校學生公寓用電智能控制管理系統(tǒng)技術解決方案,本文對該系統(tǒng)的功能和特征進行了分析和說明,該系統(tǒng)對提高學校后勤部門的管理效率,保障高校公寓的用電,降低學校的運營成本具有明顯的作用。

  

【參考文獻】

[1] 游飛.高校學生公寓用電管理技術分析[J].成都hangkong職業(yè)技術學院學報,2008(6):42-44

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版

[3]林進鵬,蘇少琳.高校學生公寓用電智能控制與管理系統(tǒng)研究[J].2016

 

作者簡介:劉細鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事宿舍用電研究發(fā)展。

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