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淺談高校宿舍惡性負(fù)載識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用

更新時(shí)間:2021-08-25 點(diǎn)擊次數(shù): 879次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉 201801

 

摘要:電管理問(wèn)題一直是高校后勤管理的要點(diǎn)。本文在研究宿舍用電管理系統(tǒng)的惡性負(fù)載識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上,分析目前惡性負(fù)載的識(shí)別形式和方法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,后引入安科瑞預(yù)付費(fèi)云平臺(tái)技術(shù),提出具體的應(yīng)對(duì)策略解決宿舍用電問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:宿舍用電;惡性負(fù)載識(shí)別技術(shù);用電管理系統(tǒng)

 

0 引言

在時(shí)代的不斷進(jìn)步下,智能化設(shè)備普及范圍得以擴(kuò)大,宿舍用電電的種類(lèi)也在明顯增加,傳統(tǒng)用電管理模式已經(jīng)無(wú)法滿足宿舍用電需要。能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生宿舍和超市等人口密集區(qū)域?qū)崿F(xiàn)智能化和模塊化管理,這也就對(duì)用電管理提出的新的要求。

 

1宿舍用電管理系統(tǒng)惡性負(fù)載識(shí)別意義

學(xué)生公寓人員密集和用電管理復(fù)雜等現(xiàn)象明顯,能夠在保障正常用電的基礎(chǔ)上進(jìn)行惡性負(fù)載識(shí)別,對(duì)公寓用電管理及用電都存在著積極意義。電子技術(shù)的發(fā)展可以促使全電子式智能計(jì)量系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí),但這些智能電表不具有惡性負(fù)載識(shí)別的功能。雖然這些智能用電管理系統(tǒng)具有負(fù)載識(shí)別的功能,但其所具有的檢測(cè)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有能夠達(dá)到令人滿意的程度,也就無(wú)法滿足工程需要,這就使得對(duì)惡性負(fù)載的準(zhǔn)確識(shí)別仍然需要進(jìn)一步研究。

 

2惡性負(fù)載識(shí)別形式

2.1總功率限定法

總功率限定法的原理是宿舍的用電量使得宿舍用電負(fù)荷超過(guò)限定值的時(shí)候,MCU發(fā)出斷電命令后,就能夠中斷宿舍供電。一般的學(xué)生公寓智能管理系統(tǒng)利用這一方式控制宿舍的用電負(fù)荷,識(shí)別惡性負(fù)載。在學(xué)生公寓用電功率被限制在限定值以下的時(shí)候,MCU在對(duì)公寓的電壓和電流采樣和計(jì)算之后可以得到其功率,然后準(zhǔn)確判定功率是否超出限定值。

2.2瞬時(shí)功率增加法

瞬時(shí)功率增加法也屬于應(yīng)用比較廣泛的方式,其在實(shí)時(shí)測(cè)量電路功率的基礎(chǔ)上識(shí)別惡性負(fù)載,瞬時(shí)功率增加法的基本原理是檢測(cè)當(dāng)前電路中的功率之后對(duì)功率值及時(shí)存儲(chǔ)記錄處理,在檢測(cè)到某一個(gè)時(shí)刻的功率出現(xiàn)大幅度增加的時(shí)候,也就能夠得出電路中啟動(dòng)了大功率負(fù)載。

2.3波形比較法

在硬件電路的基礎(chǔ)上對(duì)負(fù)載啟動(dòng)前和啟動(dòng)后的電壓和電流實(shí)施模數(shù)轉(zhuǎn)換和采樣,然后對(duì)負(fù)載啟動(dòng)前后的電流波形相減,然后可以得出電流的差值波形,在差值波形乘上適當(dāng)?shù)谋壤蜃又蟮钠浞逯敌枰扔陔妷翰ㄐ畏逯?,通過(guò)計(jì)算差值波形與電壓波形圍成的面積實(shí)現(xiàn)負(fù)載識(shí)別的目標(biāo)。如果差值的面積接近于零,則其存在著惡性負(fù)載接入的現(xiàn)象,否則無(wú)惡性負(fù)載接入。

波形比較法的軟件電路和硬件電路設(shè)計(jì)的時(shí)候都比較復(fù)雜,負(fù)載啟動(dòng)前后出現(xiàn)的波形測(cè)量起點(diǎn)要能夠確保在不同周期的同一個(gè)時(shí)刻同時(shí)進(jìn)行,否則識(shí)別并不可靠。從工程方面出發(fā),在電路中出現(xiàn)毛刺干擾的時(shí)候,面積差也會(huì)出現(xiàn)較大變化,從而造成識(shí)別結(jié)果錯(cuò)誤。

2.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法實(shí)現(xiàn)負(fù)載識(shí)別需要首先能夠?qū)⒉杉玫降碾妷汉碗娏餍盘?hào)實(shí)施A/D轉(zhuǎn)換,利用傅立葉變換或小波分析等方法進(jìn)行特征數(shù)值提取,將提取的數(shù)值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)對(duì)輸出結(jié)果的分析可以最終識(shí)別惡性負(fù)載。目前在負(fù)載識(shí)別中使用比較多的為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為:輸入層5個(gè)神經(jīng)元和隱層11個(gè)神經(jīng)元及輸出層1個(gè)神經(jīng)元。這樣設(shè)計(jì)的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)對(duì)惡性負(fù)載識(shí)別的時(shí)候,在對(duì)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果和期望輸出作線性回歸能夠得出的相關(guān)系數(shù)為0.994。這種方法可以在對(duì)計(jì)算機(jī)負(fù)載的間接識(shí)別的基礎(chǔ)上識(shí)別惡性負(fù)載。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)惡性負(fù)載的識(shí)別準(zhǔn)確程度比較高,但是需要大量的樣本和訓(xùn)練,在網(wǎng)的時(shí)候沒(méi)有可以遵循的規(guī)律,其實(shí)際過(guò)程中的通用性需要進(jìn)一步考證。

 

3惡性負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

惡性負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)由電流檢測(cè)模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊及單片機(jī)處理模塊等共同構(gòu)成的,電流檢測(cè)模塊主要是在進(jìn)行電流回路中的電流經(jīng)電流互感器采樣之后,使得其轉(zhuǎn)化為電壓,隨后整流濾波。A/D轉(zhuǎn)換模塊是對(duì)之前所具有的電壓信號(hào)采樣處理,將采集到的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中,然后經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)采得的信號(hào)處理后加以判斷。由于學(xué)生宿舍的大部分電器都不屬于大功率電器,因此能夠正常的工作,只有在單個(gè)的接入功率超出設(shè)定數(shù)值的時(shí)候才可以識(shí)別惡性負(fù)載。而如果檢測(cè)為惡性負(fù)載也不會(huì)馬上就斷電,因?yàn)榭赡苁请娋W(wǎng)中的干擾或小功率電器產(chǎn)生的過(guò)沖,只有多次檢測(cè)之后才可以使得控制繼電器斷開(kāi),對(duì)回路供電切斷處理,而如果需要手動(dòng)恢復(fù)供電,就需要按下復(fù)位按鈕。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

 

1

 

4惡性負(fù)載識(shí)別程序

惡性負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)可以利用RN8302內(nèi)部波形存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)FFT處理,其緩存區(qū)包含著768個(gè)地址單元,編址顯示為200H-4FFH,每一個(gè)地址的單元字長(zhǎng)為3字節(jié),其中可以存放一個(gè)ADC數(shù)據(jù),可以存儲(chǔ)6路ADC128個(gè)點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)。采樣數(shù)據(jù)在緩存控制寄存器中為單字節(jié)寄存器,這一寄存器控制各通道ADC數(shù)據(jù)是否可以進(jìn)行緩存,也決定緩存區(qū)的排列順序及波形采樣率。在向這一寄存器寫(xiě)入0X22H的時(shí)候,將RN8302設(shè)置為固定采樣模式,其采樣速率主要是6.4KHz。系統(tǒng)根據(jù)BUFCFG[3:0]寄存器配置比例啟動(dòng)波形數(shù)據(jù)寫(xiě)緩存區(qū)寄存器主要是位于WSAV-ECON的4位,這一寄存器對(duì)各通道ADC數(shù)據(jù)是否緩存存在著決定影響。       惡性負(fù)載識(shí)別算法要對(duì)電流數(shù)據(jù)實(shí)施采樣,在進(jìn)行BUFCFG配置的時(shí)候,需要啟動(dòng)IA及IB和IC采樣。本文算法包含著兩個(gè)方面的內(nèi)容,首先一部分是基于面積和相位的惡性負(fù)載算法,系統(tǒng)能夠明確檢測(cè)到電流波形的跳變情況,如果出現(xiàn)波形跳變,則使用面積法進(jìn)行線性負(fù)載功率提取處理,而如果不存在波形跳變的現(xiàn)象,使用相位法進(jìn)行用電器是否為阻性負(fù)載判斷,兩者都需要設(shè)置功率閾值,在超出閾值的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)控制繼電器進(jìn)行斷電。另一部分算法為加窗基2FFT惡性負(fù)載算法,是在特征矩陣中包含著宿舍日常用電器的奇次諧波分量,系統(tǒng)也要能夠及時(shí)對(duì)電路中用電器采樣分析,隨后得出具體的特征分量,將其和特征矩陣的數(shù)據(jù)對(duì)比,如果特征矩陣包含著這一類(lèi)數(shù)據(jù),系統(tǒng)控制繼電器也就會(huì)自行斷電。

 

5實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)惡性負(fù)載識(shí)別測(cè)試的結(jié)果得出宿舍用電管理終端能夠快速對(duì)學(xué)生接入宿舍回路的惡性負(fù)載進(jìn)行識(shí)別,得出分閘的相關(guān)指令,充分實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間段的控制和負(fù)載控制及預(yù)付費(fèi)控制等相關(guān)的邏輯控制,有效對(duì)宿舍實(shí)施用電監(jiān)控處理。

 

6安科瑞宿舍預(yù)付費(fèi)管控云平臺(tái)介紹

6.1系統(tǒng)方案

當(dāng)下智慧校園、平安校園的建設(shè)越來(lái)越普及,作為智慧校園建設(shè)的重要一環(huán),學(xué)生宿舍的用電預(yù)付費(fèi)和用電管理措施是的。學(xué)生宿舍預(yù)付費(fèi)電控系統(tǒng)可以解決使用傳統(tǒng)電表人工抄表費(fèi)時(shí)費(fèi)力,不方便統(tǒng)計(jì)管理和 充值的弊端,更是為學(xué)生宿舍的用電也提供了解決方案,由于使用惡性負(fù)載引起的火災(zāi)隱患。系統(tǒng)為B/S架構(gòu),主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù),配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列,實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。

 

 

6.2系統(tǒng)功能

預(yù)付費(fèi)管理控制支持預(yù)付費(fèi)功能??稍O(shè)置基礎(chǔ)金額,供免費(fèi)使用;可對(duì)剩余金額進(jìn)行四級(jí)報(bào)警:余額不足報(bào)警(一)、預(yù)跳閘報(bào)警(二級(jí))、欠費(fèi)報(bào)警(三級(jí))、達(dá)到賒欠上限(四級(jí))報(bào)警。每級(jí)報(bào)警都會(huì)導(dǎo)致電表背光常亮,預(yù)跳閘報(bào)警 跳閘方式可設(shè)置為不跳閘、跳閘后自動(dòng)合閘以及跳閘后不合閘等,跳閘后可通過(guò)按鍵自行合閘,達(dá)到賒欠上限后電表跳閘,此時(shí)只有繳費(fèi)后才能繼續(xù)合閘使用。

時(shí)間管理控制支持時(shí)間管理控制。L1、L2、L3可分別設(shè)置為工作日和節(jié)假日模式,每天可設(shè)置8個(gè)時(shí)間段,每個(gè)時(shí)間段可分別設(shè)置為合閘狀態(tài)或夜間模式,合閘時(shí)間段內(nèi)電表保持合閘,夜間時(shí)間段內(nèi),支路功率若大于夜間允許功率 上限便跳閘。

負(fù)載管理控制支持豐富的負(fù)載管理控制,具體工作功能如下:

電流上限限制:限制支路大電流,支路電流超過(guò)設(shè)定值時(shí),支路跳閘。

負(fù)載總功率限制:限制支路用電功率,支路功率超過(guò)設(shè)定值時(shí),支路跳閘。

夜間功率限制:需要與時(shí)間管理控制共同使用,在夜間模式下,支路電流超過(guò)設(shè)定值,支路跳閘

惡性負(fù)載識(shí)別:限制支路接入未定義的惡性負(fù)載,當(dāng)支路接入未經(jīng)允許的惡性負(fù)載時(shí),支路跳閘。

負(fù)載白名單識(shí)別:允許已定義的具有惡性負(fù)載特征的負(fù)載正常使用(如飲水機(jī)等)。

空調(diào)模式:空調(diào)模式下,電表持續(xù)檢測(cè)空調(diào)微弱待機(jī)電流,一但存在拔斷空調(diào)插座的動(dòng)作,電表便跳閘,且只能通過(guò)聯(lián)系管理人員進(jìn)行合閘送電。允許除空調(diào)模式以外的跳閘動(dòng)作自動(dòng)合閘。允許次數(shù),跳閘等待時(shí)間可設(shè)置。

 

 

6.3產(chǎn)品選型

 

 


7結(jié)束語(yǔ)
 

隨著當(dāng)前社會(huì)生活中用電場(chǎng)景逐漸具有復(fù)雜多樣的特點(diǎn),而傳統(tǒng)的用電管理模式功率限定法已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前日常用電的需要,這就需要在關(guān)注用電負(fù)載特性的基礎(chǔ)上明確得出當(dāng)前惡性負(fù)載算法方面的局限性,結(jié)合宿舍用電管理的需要,注重分析用電負(fù)載特性和現(xiàn)有的惡性負(fù)載算法現(xiàn)狀,從而得出新的惡性負(fù)載識(shí)別算法。實(shí)際中使用比較多的方式包含著總功率限定法及瞬時(shí)功率增加法和功率因數(shù)法等方式,而每種方式在負(fù)載識(shí)別的時(shí)候都具有一定局限性,無(wú)法滿足實(shí)際識(shí)別的需要,且各自具有自身的局限性,這就需要明確基于負(fù)載內(nèi)在規(guī)律的和通用的方法,促使負(fù)載識(shí)別的效果更加顯著,在惡性負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程中,能夠更好地達(dá)到比較經(jīng)濟(jì)理想的效果。

 

【參考文獻(xiàn)】

[1] 潘萬(wàn)林.宿舍用電管理系統(tǒng)的惡性負(fù)載識(shí)別技術(shù)及其算法.電子技術(shù)與軟件工程. 2020-04-15.期刊

[2] 林進(jìn)鵬.高校學(xué)生公寓用電智能控制與管理系統(tǒng)研究[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2016,15(06):73-78

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06

 

作者簡(jiǎn)介劉細(xì)鳳,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橛秒姁盒载?fù)載識(shí)別技術(shù)


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