胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 

建立資源節(jié)約型社會是我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項緊迫的任務(wù)。本文從安全、智能、節(jié)能三方面對一套基于智能網(wǎng)絡(luò)電表的、適合高校學(xué)生公寓使用的智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1.用電的安全管理

作為密度較高的居住環(huán)境，學(xué)生公寓的安全問題非常重要，落實對學(xué)生公寓用電的安全管理勢在必行。

隨著公寓用電負(fù)載的多樣化，白熾燈、電熱毯、“熱得快"、電爐等通過電阻實現(xiàn)發(fā)

光發(fā)熱、容易引起火災(zāi)的各類惡性負(fù)載電器大量進(jìn)入公寓，給用電安全帶來了隱患；傳統(tǒng)的專人巡檢或限流功能已經(jīng)無法滿足公寓安全管理的需要。對惡性負(fù)載加以識別的功能經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。

(1)早期的識別方式，是在整個公寓內(nèi)逐個房間地將正常負(fù)載全部接入，測定每個房間的視在功率及功率因數(shù)值，并以此數(shù)值為依據(jù)設(shè)置一個用電參數(shù)范圍；當(dāng)某個房間的用電參數(shù)超出此范圍時，就判斷該房間內(nèi)使用了惡性負(fù)載。目前還有部分產(chǎn)品使用這種方式進(jìn)行用電管理。這種識別方式的缺點(diǎn)是誤差太大，以及由于學(xué)生公寓的負(fù)載多種多樣，不同負(fù)載組合電氣參數(shù)不同，而且學(xué)生隨時可能新增加負(fù)載，測試工作困難重重，需要對每個房間進(jìn)行獨(dú)立測量。

（2）改進(jìn)后的識別方式，同樣以視在功率及功率因數(shù)作為識別依據(jù)，只不過由整體識別改為了單體識別，即每當(dāng)用戶啟用一個負(fù)載時，系統(tǒng)就對視在功率及功率因數(shù)的變化進(jìn)行檢測，從而判斷新增加負(fù)載的性質(zhì)。這是目前國內(nèi)絕大多數(shù)電控系統(tǒng)使用的識別方式。此種識別方式相比一階段有了一定的改進(jìn)，但仍存在一定問題，比如無法區(qū)分用戶同時啟動的兩個負(fù)載。

（3）智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)，針對以上兩種識別方式的缺點(diǎn)，以及近期隨

著電器行業(yè)的發(fā)展和國家強(qiáng)制性政策的實行，各電器廠家都對產(chǎn)品的功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，使其功率因數(shù)達(dá)到了0.95以上，甚至接近1.0，導(dǎo)致通過功率因數(shù)進(jìn)行識別很容易造成誤判，將大多數(shù)正常負(fù)載判斷為惡性負(fù)載的問題，采用了同時檢測負(fù)載的有功功率、無功功率、交流正弦波形進(jìn)行綜合判斷的方式，提高了判斷公寓負(fù)載性質(zhì)的準(zhǔn)確性，避免了誤判。

2.用電的智能化管理

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，基于全電子式計量以及現(xiàn)場總線的智能化遠(yuǎn)程能源綜合管理系統(tǒng)獲得了長足發(fā)展。

智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)是由基表、管理終端機(jī)及服務(wù)器、通信設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成的綜合能源管理平臺。

（1）基表構(gòu)成

基表是整個系統(tǒng)的基本組成部分，采用了智能網(wǎng)絡(luò)電表。該設(shè)備基于多功能基波諧波三相電能專用計量芯片進(jìn)行研發(fā)，以該單片機(jī)為控制核心，具有數(shù)字化計量、用電狀態(tài)監(jiān)測等強(qiáng)大功能，支持遠(yuǎn)程及本地管理。其工作原理如圖1所示。

圖 1 多用戶電能表工作原理圖

基表的用電測量的流程是：由電流和電壓互感器產(chǎn)生模擬量I（t）和U（t），而后由A/D轉(zhuǎn)換器從中抽取各采樣點(diǎn)離散值I i（t）和Ui（t），由單片機(jī)內(nèi)的數(shù)字乘法器據(jù)此完成瞬時功率計算。表內(nèi)各用戶共用一個A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字乘法器；一路信號采集完成后，由CPU控制選通下一路信號。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，要使采樣值能夠復(fù)現(xiàn)被測信號，采樣角頻率ωs應(yīng)不小于被測信號諧波角頻率ω的兩倍。若考慮到供電電壓的五次諧波成分，則頻率為50Hz的供電電壓采樣頻率下限應(yīng)為500Hz，即采樣周期不長于2ms。也就是說對于周期為20ms的工頻電壓或電流來說，一個周期內(nèi)至少應(yīng)采集十個采樣值。

（2）系統(tǒng)構(gòu)成

電能智能化管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)將各個基表采集到的數(shù)據(jù)匯集到管理終端，并根據(jù)不同的管理需求設(shè)置具體應(yīng)用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

通信網(wǎng)絡(luò)可以通過RS485總線、以太網(wǎng)、光纖等進(jìn)行搭建。管理終端機(jī)及服務(wù)器通過安裝上位管理軟件，組成管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化管理，也可以通過各種接口與校園一卡通系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)等進(jìn)行集成。

（3）系統(tǒng)主要功能

智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)除具備基本的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、限流、自動定時斷送電、實時狀態(tài)監(jiān)測等功能外，還具備其他一些特色功能。

①電能源的純商品化管理

系統(tǒng)可將電能源作為純粹的商品進(jìn)行管理——可買可退，可整電量或金額購買，可

選擇預(yù)付費(fèi)或后付費(fèi)等多種結(jié)算類型，可透支，此外，系統(tǒng)還可預(yù)先設(shè)置免費(fèi)使用底數(shù)，

設(shè)置峰谷、平尖或階梯等多種費(fèi)率及電價，進(jìn)行欠費(fèi)限制等。

②自動催費(fèi)提醒功能

系統(tǒng)可通過設(shè)備報警、軟件報警、語音電話、短信等多種方式自動提醒學(xué)生及時買電充值。

③多回路功能

系統(tǒng)可對同一公寓的多個回路，如空調(diào)、插座、照明等各回路進(jìn)行各自獨(dú)立的控制、統(tǒng)一計費(fèi)。

④智能用電管理功能

系統(tǒng)具有智能用電管理功能，包括在線控制、定時自動斷/送電、限流、惡性負(fù)載的識別及有條件放行、支持夜間手機(jī)充電及夜燈等小負(fù)載使用等。

⑤狀態(tài)查詢及事件記錄功能

系統(tǒng)可以實時或定時監(jiān)測每個用戶的用電狀態(tài)，包括累計用電量、剩余電量、電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、通斷狀態(tài)等，并可以自動記錄十次斷電事件，包括斷電時間及斷電前的用電狀態(tài)。

⑥免費(fèi)基礎(chǔ)電量功能

系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)校能源管理方案給每個用戶或房間設(shè)置免費(fèi)基礎(chǔ)電量，定時自動增加。

⑦檔案管理及統(tǒng)計查詢功能

系統(tǒng)可建立設(shè)備檔案、分區(qū)檔案、用戶檔案、學(xué)籍信息等內(nèi)容豐富、管理方便的各類檔案；可按用戶或時段進(jìn)行售電量、用電量等各種能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計查詢，為制定高校能源管理政策提供詳盡的參考數(shù)據(jù)。

⑧系統(tǒng)保護(hù)功能

系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用模塊化設(shè)計，強(qiáng)弱電系統(tǒng)隔離，并配置了大量的保護(hù)電路及防磁、防雷電路，通信模塊引入了獨(dú)立設(shè)計，并且憑借雙CPU與雙存儲器協(xié)同工作保證穩(wěn)定性及持續(xù)性。

⑨分級授權(quán)管理功能

系統(tǒng)支持各部門通過互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)器，進(jìn)行能源管理工作；可為各管理員及操作員設(shè)置不同的權(quán)限，并自動記錄各管理員及操作員的操作。

⑩系統(tǒng)集成功能

系統(tǒng)默認(rèn)集成水、電、氣、暖等多種能耗管理功能；并配備標(biāo)準(zhǔn)化接口及數(shù)據(jù)協(xié)議，可與一卡通、樓宇自控等各種系統(tǒng)進(jìn)行整合。

3.系統(tǒng)的節(jié)能效果

3.1高校節(jié)能的經(jīng)濟(jì)、社會效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益簡析

我國高校在校學(xué)生人數(shù)在2700萬以上（2009年5月數(shù)據(jù)），高校是生活能耗相當(dāng)高的場所。據(jù)有關(guān)資料介紹，如果全國2000多所高校都建成“綠色大學(xué)"，一年就可節(jié)約資金210億元，節(jié)水量將超過12個亞洲較大的人工湖——北京密云水庫的總水量。高校節(jié)能既是需要的，又有很大的潛力。

（2）社會效益簡析

高校是育人之地，是國家培養(yǎng)各類人才之地。據(jù)統(tǒng)計，我國高校每年有640萬畢業(yè)生走向社會；在高校開展節(jié)能教育，實施節(jié)能工作，將對高校師生形成深遠(yuǎn)的影響，帶來巨大的社會效益。

3.2智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)節(jié)能效果簡析

智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)于2001年開始研制，于2005年獲國家，此后又根據(jù)用戶需求，在技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)，在功能上進(jìn)行了擴(kuò)展，成為了“四表遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)"，已被全國近百所高校選用。

（1）基表采用集成化管理，電表自身功耗小，節(jié)能。表1為KD型多用戶集中式智能網(wǎng)絡(luò)電表和普通IC卡電表的自身功耗比較表。由表中可見，KD型多用戶集中式智能網(wǎng)絡(luò)電表的自身功耗僅為等戶數(shù)普通IC卡電表的1/8。

按我國高校在校學(xué)生人數(shù)為2700萬，每五人共用一個宿舍，教職工與學(xué)生的比例為1∶12計算，如果全部采用此種多用戶智能網(wǎng)絡(luò)電表，僅電表本身的空載功耗一項，平均每年約可比采用電子卡式單表節(jié)約5202.2萬度電，按每度電0.55元計算，每年約可節(jié)約2861.2萬元。

（2）由于智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)計量準(zhǔn)確，管理功能科學(xué)、完善，采用該系統(tǒng)可提高人們的節(jié)能意識。國內(nèi)某高表1多用戶智能網(wǎng)絡(luò)電表與IC卡電表自身功耗比較表校介紹的研究生院新園區(qū)，建設(shè)用地總面積1075畝，總建筑面積338557m2，共有包括

教學(xué)用房、學(xué)生公寓、教工宿舍及配套用房、附屬用房等在內(nèi)的約25組建筑；采用智能安

全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)對各建筑群進(jìn)行分類管理，在公寓部分采用惡性負(fù)載系列產(chǎn)品，在實驗室、教學(xué)用房、辦公室等采用普通預(yù)付費(fèi)系列產(chǎn)品，針對應(yīng)急照明、電器、空調(diào)機(jī)組等公共用電設(shè)備采用后付費(fèi)系列產(chǎn)品，共有計量點(diǎn)12000余戶。采用該系統(tǒng)后，與使用前相比，公寓部分平均每月每戶節(jié)約電量25.6度，實驗室及教室平均每月每戶節(jié)約電量32.8度，公共用電平均每月每點(diǎn)節(jié)約30.5度。

4.安科瑞高校宿舍預(yù)付費(fèi)電控系統(tǒng)的介紹及選型

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預(yù)付費(fèi)基礎(chǔ)上增加了宿舍電能管理所需的各種功能，解決了高校宿舍電能管理問題。

4.2  系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3100學(xué)生宿舍版預(yù)付費(fèi)云平臺是與ADM130（一進(jìn)三出）或ADF300L（多回路計量箱）預(yù)付費(fèi)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(wù)器，通訊管理機(jī)在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這一特殊應(yīng)用場合研發(fā)，主要實現(xiàn)電能監(jiān)控、時間管理、惡性負(fù)載管理、預(yù)付費(fèi)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(jìn)行批量設(shè)置，批量初始化、批量下發(fā)基礎(chǔ)電量、批量設(shè)置負(fù)控、批量設(shè)置時控等，方便學(xué)校進(jìn)行統(tǒng)一管理。

惡性負(fù)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(fù)載暫停時間和次數(shù)可通過軟件設(shè)定。  

基礎(chǔ)電費(fèi)：可以設(shè)置每月給學(xué)生下發(fā)的免費(fèi)輔助電費(fèi)，覆蓋式下發(fā)，不累計。

時間控制功能：支持8個時段設(shè)置宿舍供電斷電，方便管理學(xué)生宿舍作息 。

遠(yuǎn)程售電：操作員可以通過后臺給宿舍進(jìn)行電費(fèi)充值，學(xué)生也可以通過學(xué)習(xí)一卡通、學(xué)校微信公眾號進(jìn)行自助充值。

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

遠(yuǎn)程控制：可對任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作，方便管理 。

對接一卡通支付：系統(tǒng)支持中間庫，接口等方式對接學(xué)校一卡通，方便學(xué)生自助購電 。

一進(jìn)三出：ADM130電表支持三回路輸出，各回路單獨(dú)分合閘、惡性負(fù)載、時控等設(shè)置。

4.3 系統(tǒng)設(shè)備選型

5.結(jié)束語

如果我國高校都采用智能安全用電節(jié)能計量管理系統(tǒng)，不僅能夠保證高校用電的安全、

可靠，而且將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益——按上文引用數(shù)據(jù)計算，如每個宿舍每月

平均下限節(jié)電15度，使用該系統(tǒng)每年節(jié)約用電約可達(dá)10.9億度，按每度電0.55元計算，每年可為高校節(jié)約近6億元的電費(fèi)支出。

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