多功能智能電能表在高校學(xué)生宿舍中的應(yīng)用

引言

當(dāng)前,學(xué)校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大,為滿足學(xué)生住宿需求,將新建兩棟宿舍樓。學(xué)生宿舍人員密集,用電情況復(fù)雜,學(xué)生宿舍的電能表和配電系統(tǒng)既要能滿足學(xué)生用電需求,又要能滿足學(xué)校用電管理需求,實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能用電。

1學(xué)生宿舍用電管理需求

1.1智能用電管控

識(shí)別學(xué)生是否使用大功率電器,比如燒水壺、電熱棒等,在識(shí)別有宿舍使用大功率電器后,立刻斷電:對(duì)宿舍進(jìn)行分時(shí)段供電控制,比如在周一至周五23:00對(duì)各宿舍的燈管(除陽(yáng)臺(tái)和衛(wèi)生間的燈管）停電:根據(jù)學(xué)校的規(guī)定對(duì)各宿舍空調(diào)供電,比如上課期間空調(diào)不供電、天氣低于某個(gè)溫度時(shí)不供電。具體要求如表1所示。

表1 學(xué)生宿舍用電管理要求

對(duì)電器的識(shí)別較為復(fù)雜,識(shí)別的方法大致可分為時(shí)域法和頻域法兩類(lèi)。時(shí)域分析方法主要包括總功率限定法、瞬時(shí)功率增加法、波形比較法等,頻域分析方法主要包括基于小波變換識(shí)別法、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)識(shí)別法以及小波變換和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法等。

1.2智能收費(fèi)管理

后勤人員可通過(guò)用電管理系統(tǒng)查看各宿舍的人員信息、電費(fèi)收繳記錄、余額:設(shè)置電價(jià),設(shè)置每間宿舍每月免費(fèi)用電的度數(shù):通過(guò)電子屏、短信等發(fā)送停電信息、各宿舍欠費(fèi)信息等,對(duì)欠費(fèi)宿舍可自動(dòng)或手動(dòng)停電。學(xué)生可通過(guò)網(wǎng)站、微信公眾號(hào)等查詢(xún)繳費(fèi)記錄、余額,可通過(guò)IC卡、微信、支付寶等方式繳費(fèi)。

1.3用電情況統(tǒng)計(jì)分析

后勤人員通過(guò)管理系統(tǒng),能統(tǒng)計(jì)各棟宿舍、整個(gè)校園不同時(shí)段、不同月份、不同季節(jié)的用電情況,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,為學(xué)生宿舍管理提供參考數(shù)據(jù)。

2機(jī)械式電能表及配電系統(tǒng)

某棟學(xué)生宿舍已投入使用多年,使用機(jī)械式電能表,其低壓配電系統(tǒng)圖如圖1所示,電路分為照明、普通插座、空調(diào)插座和備用。照明電路沒(méi)有區(qū)分宿舍大燈管和衛(wèi)生間、陽(yáng)臺(tái)燈管,機(jī)械式電能表又沒(méi)有這一路電線的定時(shí)功能,沒(méi)法按學(xué)校的作息時(shí)間對(duì)照明電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通斷電:普通插座可以接各種電器,無(wú)法限制燒水壺等電器的使用:無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)通電時(shí)間的控制:機(jī)械式電能表無(wú)通信功能,需人工抄表、收費(fèi),費(fèi)時(shí)耗力且容易出錯(cuò),無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能用電管控、智能收費(fèi)管理。

圖1低壓配電系統(tǒng)圖

3普通智能電能表及配電系統(tǒng)

某棟學(xué)生宿舍使用普通智能電能表并配有管理軟件,其宿舍配電箱系統(tǒng)圖如圖2所示,電能表箱系統(tǒng)圖如圖3所示。宿舍配電箱出線電路分為宿舍燈具照明、陽(yáng)臺(tái)及衛(wèi)生間照明、吸頂搖頭風(fēng)扇、普通插座、空調(diào)。

3.1普通智能電能表及管理軟件

普通智能電能表可以向管理軟件傳輸信息,用電需預(yù)付費(fèi),欠費(fèi)則停電,不需要人工抄表,學(xué)生可到繳費(fèi)辦公室人工繳費(fèi)或通過(guò)微信公眾號(hào)繳費(fèi)。管理軟件有用戶(hù)管理模塊、電費(fèi)充值及查詢(xún)模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊,可以實(shí)現(xiàn)智能收費(fèi)管理和用電情況統(tǒng)計(jì)分析。普通智能電能表及配套管理軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)宿舍照明燈具的定時(shí)供電,無(wú)法識(shí)別禁止使用的電器。

3.2定時(shí)器

普通智能電能表無(wú)法給宿舍照明定時(shí)供電,在宿舍燈管供電回路安裝定時(shí)器,可以按學(xué)校的作息時(shí)間要求設(shè)定通電時(shí)間,但定時(shí)器的設(shè)置需人工操作,而且學(xué)校調(diào)整作息時(shí)間時(shí)又需人工設(shè)置,很不方便。

3.3限量用電控制器

學(xué)校后勤管理人員將不能在學(xué)生宿舍使用的電器通常稱(chēng)為"違規(guī)電器"。為使學(xué)生不能使用違規(guī)電器,需對(duì)違規(guī)電器進(jìn)行控制。因普通智能電能表不能識(shí)別違規(guī)電器,在普通插座和空調(diào)插座的線路上安裝限量用電控制器。限量用電控制器根據(jù)接入電路中各種電器具有不同的電流波形來(lái)識(shí)別電器,當(dāng)接入如電熱棒、電磁爐、燒水壺等違規(guī)電器時(shí),立即斷電,在撤除違規(guī)電器后,可自動(dòng)恢復(fù)供電。限量用電控制器可以設(shè)置允許使用電器的總功率,當(dāng)接入的電器太多、超過(guò)設(shè)定值時(shí),可自動(dòng)停止供電。但總功率在限量用電控制器出廠時(shí)就設(shè)定好,使用時(shí)不能更改,對(duì)于違規(guī)電器的可識(shí)別種類(lèi)也有限。

4多功能智能電能表及配電系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)學(xué)生宿舍用電管理的用電智能管控、智能收費(fèi)管理、用電情況統(tǒng)計(jì)分析,新建的學(xué)生宿舍將使用多功能智能電能表及配套管理軟件。

4.1多功能智能電能表功能

多功能智能電能表具有以下功能:(1）網(wǎng)絡(luò)通信功能,電能表提供RS485接口,可直接組建RS485通信網(wǎng)絡(luò)或通過(guò)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)其他通信方式的組網(wǎng):(2）用戶(hù)可采用三回路供電,將電能表的3條出線提供給l個(gè)學(xué)生宿舍使用,用電量可合并計(jì)算,但每條供電線路參數(shù)可分別設(shè)置,實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制:(3）根據(jù)學(xué)校安排每月贈(zèng)予每間學(xué)生宿舍一定電量,并累加至剩余電量中:(4）斷電事件記錄功能,電能表將記錄每戶(hù)電能表最后一次斷電的時(shí)間和斷電原因,比如欠費(fèi)斷電、過(guò)載保護(hù)斷電、使用違規(guī)電器斷電等,便于管理人員查詢(xún)用戶(hù)的斷電情況:(5）違規(guī)電器識(shí)別功能,特許負(fù)載允用功能:(6）預(yù)付費(fèi)功能,用戶(hù)需先購(gòu)電后用電,欠費(fèi)斷電,繳費(fèi)方式多樣,可通過(guò)微信等繳費(fèi):(7）控制功能,內(nèi)部有繼電器,可以控制及監(jiān)控用戶(hù)用電:(8）定時(shí)斷送電(開(kāi)關(guān)）功能,根據(jù)每個(gè)時(shí)間段的通斷狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的定時(shí)通斷電控制。

4.2管理軟件功能

管理軟件包括多個(gè)模塊:

(1）日常工作模塊。

1）繳費(fèi)管理:包括用戶(hù)用電計(jì)量、資費(fèi)統(tǒng)計(jì)、繳費(fèi)、斷電、恢復(fù)通電等。

2）賬戶(hù)管理:包括新用戶(hù)注冊(cè)、用戶(hù)資料維護(hù)等。用戶(hù)需實(shí)名注冊(cè)賬戶(hù),一個(gè)電能表只能綁定一個(gè)用戶(hù)。銷(xiāo)戶(hù)涉及的業(yè)務(wù)流程有銷(xiāo)戶(hù)、批量銷(xiāo)戶(hù)、并戶(hù)、暫拆。欠費(fèi)用戶(hù)不得銷(xiāo)戶(hù),用戶(hù)電費(fèi)結(jié)算有剩余,打印退費(fèi)憑證,剩余電費(fèi)退還給用戶(hù)。提供用戶(hù)信息維護(hù)服務(wù),用戶(hù)可以修改自身基本資料,但是不能修改身份標(biāo)識(shí)(如姓名、身份證號(hào)等）。

(2）系統(tǒng)設(shè)置模塊。

1）電價(jià)設(shè)置:制訂電價(jià)策略,根據(jù)策略制訂電價(jià)。

2）通知管理:發(fā)布公告、通知,提供留言板、郵件服務(wù),便于用戶(hù)與管理方互動(dòng)交流。

(3）查詢(xún)管理模塊?？蓪?shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)用電數(shù)據(jù)的各種查詢(xún),包括計(jì)算電費(fèi)、查詢(xún)用電記錄、繳費(fèi)記錄與查詢(xún)余額等。

(4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊。定時(shí)備份數(shù)據(jù),必要時(shí)可以恢復(fù)數(shù)據(jù):可實(shí)現(xiàn)Exce1表格和數(shù)據(jù)庫(kù)的互相導(dǎo)入/導(dǎo)出:為不同用戶(hù)分配數(shù)據(jù)權(quán)限,防止數(shù)據(jù)泄密和被惡意篡改。

(5）系統(tǒng)設(shè)置模塊。系統(tǒng)設(shè)置包括服務(wù)器啟停和服務(wù)器設(shè)置,包括常規(guī)設(shè)置、文件傳輸設(shè)置、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、權(quán)限設(shè)置等[4]。

4.3配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宿舍配電箱出線分為衛(wèi)生間及陽(yáng)臺(tái)照明、吸頂搖頭扇、普通插座、空調(diào)插座、照明:多功能電能表箱有3個(gè)回路與1個(gè)宿舍配電箱連接。宿舍配電箱系統(tǒng)圖如圖4所示,電能表箱系統(tǒng)圖如圖5所示,遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)圖如圖6所示,可完全滿足表1中的各種用電管理要求。

圖4宿舍配電箱系統(tǒng)圖(使用多功能智能電能表）

圖5 多功能智能電能表箱系統(tǒng)圖

圖6 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)圖

5結(jié)語(yǔ)

對(duì)比機(jī)械式電能表和普通智能電能表,學(xué)生宿舍使用多功能智能電能表能控制學(xué)生宿舍燈管、空調(diào)、違規(guī)電器等的使用,實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能用電,學(xué)校后勤人員能更加高效地管理宿舍。因此,多功能智能電能表未來(lái)定將在更多的高校中被推廣使用。