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摘要:為保障學生公寓用電安全,有效降低校園耗能,同時提高學校后勤部門工作效率,本文中將安全用電、用能收費、節(jié)能管控統(tǒng)一考慮,設計并實現(xiàn)了一套校園綜合能效管理平臺。并對該平臺的工作原理、平臺架構和各項功能進行了詳細介紹,并分析了該平臺的主要優(yōu)勢,該平臺對提高學校后勤管理效率、保障宿舍用電安全、校園節(jié)能減排等具有顯著效果。
關鍵詞: 宿舍安全用電 惡性負載 能效管理平臺
0引言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,物質(zhì)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(diào)、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,這些需求也導致學生公寓的供電方式也隨之發(fā)生改變。以往對學生公寓的用電管理主要是采取限電流、定時問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。值得注意的是,由于大量使用電器,尤其是一些大功率不安全的發(fā)熱電器,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安全隱患,對學生人生安全和財產(chǎn)安全造成了極大的威脅,若不加以限制,一旦發(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,不能再局限于一些傳統(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,制定一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,將安全用電和用電管理統(tǒng)一考慮,建立高效的安全用電智能控制管理系統(tǒng),既保障公寓用電安全,又降低公寓能耗,同時提高學校后勤部門的管理工作效率。
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(diào)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一些問題,主要體現(xiàn)在以下3個方面:
?。?)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(zhì)期,計量精度和安全都無法保證。
(2)管理功能落后:學生公寓用電管理基本上采用定時管理,人房檢查方式.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,消除隱患,在數(shù)據(jù)異常時,無法提供依據(jù)。
經(jīng)過調(diào)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,消除違規(guī)用電帶來的安全隱患,提升后勤部門管理效益,通過技術手段降低學生公寓能耗是急需解決的問題。
2 安全用電智能控制管理系統(tǒng)設計
根據(jù)上述分析,本研究設計了一種針對高校學生公寓的安全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)安全用電、便捷管理、高效穩(wěn)定運行的目的。
圖1安全用電管理系統(tǒng)結構圖
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、安全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),用戶自助査詢等.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 要是存儲整套系統(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、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。
圖2安全用電管理系統(tǒng)實施案例的系統(tǒng)結構圖
2.2系統(tǒng)功能
安科瑞學生宿舍預付費管理系統(tǒng)具有以下功能:
1)惡性負載控制:具備惡性負載識別功能,自動識別學院規(guī)定禁止使用的各類違章電器(如熱得快、電吹風、電熱毯、暖手煲等)功能,自動斷電;斷電次數(shù)可設。
2)功率限制:負載總功率限制:限制支路最大用電功率,支路功率超過設定值時,支路跳閘。夜間功率限制:需要與時間管理控制共同使用,在夜間模式下,支路電流超過設定值,支路跳閘。
3)一進三出:宿舍方案使用ADM130的儀表,可以分三路照明/插座/空調(diào),三路單獨控制,單獨計量,單獨設置。
4)基礎免費電量:可根據(jù)管理要求,對各宿舍,不同區(qū)域獨立設置基礎電量,提供給學生一定的免費電量。
5)負控次數(shù)復位:超負荷斷電或使用禁用發(fā)熱電器自動斷電后可自動恢復供電,自動供電時間和次數(shù)可設。超過自動恢復次數(shù)后由管理員查明原因后臺恢復供電。
6)定時通斷:根據(jù)生效日期設置、節(jié)假日設置、通斷時間段設置,來自動對宿舍供電進行通斷。
7)白名單管理:維護電器白名單的信息,自帶不低于30類學校常用電器使用特征的數(shù)據(jù)庫。支持學習其他電器使用特征,白名單負載不會識別惡性負載。
8)夜間小電流:可以設置宿舍夜間小電流的使用,僅能供手機充電或夜燈使用。
9)空調(diào)模式:當一路設置為空調(diào)負載時,將會獨立判斷惡性負載。
3 安全用電控制
針對公寓安全用電的隱患,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,降低安全風險。
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。~24時之間,全時段對電路中的惡性負載進行實時監(jiān)控,一旦有惡性負載接入,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,電表總負荷上升到一定高度持續(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) 高于某一值,并且啟動后功率維持在高位的電器 為惡性負載.通過本安全用電控制系統(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30 W起到最大為電表額定負荷,最多可以設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。
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.分時段表的時間段最多 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的后一個值需小于時段2的前一個值,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,最大值為9 999.超負荷 跳電后每日自動恢復供電的次數(shù)(3 - 10次)(每日,第二天清零或累計,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 安全用電管理系統(tǒng)優(yōu)勢
與傳統(tǒng)的學生宿舍供電系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)具有以下主要優(yōu)勢:
(1)用電安全.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安全. 盡管有詳細的用電安全守則,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、電壓過高等不安全隱患也無法 預先消除.使用智能管理系統(tǒng)后,可有效解決上述問題。該系統(tǒng)具有用電安全保護措施,能迅速發(fā)現(xiàn) 不安全用電因素,及時主動上報管理員,并自動作出預定的制止措施,消除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,通知管理人員釆取措施,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,供管理部門進一步分析原因,釆取對策。
(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,提供安全便捷的數(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好評,管理人員處理故障強度下降,效率提升。
5 安科瑞電氣針對高校推出能效管理解決方案--AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理平臺
5.1平臺概述
AcrelEMS-EDU校園綜合能效管理解決方案針對校園能源統(tǒng)計、后勤計費管理、校園運維管理等提供高校的信息化管理平臺。從“源、網(wǎng)、荷、儲、充"多個角度解析高校當下及未來的用能問題及用能需求,在統(tǒng)一的需求下“實現(xiàn)能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數(shù)字化、綜合化,實現(xiàn)節(jié)能校園、綠色校園、低碳校園。
5.2平臺組成
AcrelEMS-EDU高校綜合能效管理平臺采用開放的分層分布式網(wǎng)絡結構,主要由設備層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用層組成。AcrelEMS-EDU高校綜合能效平臺提供校園用能實時在線監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、空調(diào)智能管理、用能排名、節(jié)能評估、宿舍惡性負載監(jiān)管等功能。
5.3平臺架構
圖1 安科瑞能效管理方案架構拓撲
6 學生宿舍用電管理系統(tǒng)介紹
學生宿舍用電管理系統(tǒng)主要基于2個主要目的:用電安全和預付費管理。
宿舍用電主要有以下幾個需要解決的問題:
1)違規(guī)使用惡性負載:首先大功率違章電器屢禁不止,冬天的電熱毯、電取暖器,夏天的電風扇,日常的電熱水壺、熱得快,做飯的電飯煲、電磁爐,學習用的電腦,還有各種其它發(fā)熱的小家電。在使用完這些電器之后,如果忘記拔掉電源,電器在長時間使用后往往會導致火災。
2)設施老化:很多學校早期修建的宿舍樓,在當時設計時,防火等方面做的不規(guī)范,宿舍供電線路負荷小,電源插座設計不合理或數(shù)量較少,多年使用線路老化等等多方面的原因。宿舍用電設備多,一旦負荷過大,會引起火災的隱患。
3)為了鼓勵節(jié)約用能,學校宿舍電費水費有一定的基礎補貼,補貼之外的需要學生自己承擔?;A補貼如何下發(fā),如何通過校園一卡通充值都需要由系統(tǒng)來完成。
4)學生宿舍有作息時間管理的要求,什么時候熄燈、開燈,那些負荷夜間要關閉哪些不能關都需要由系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。
l微信查詢功能
學生可以用手機在新中新一卡通微信平臺上,進行用電充值、查詢用電情況。平臺具有用戶剩余電量微信提醒功能。
l分時控制、三回路獨立控制用電管理
每間宿舍分空調(diào)、插座照明、衛(wèi)生間照明三路獨立電源配電,三路電源的供電保護、供電控制、供電時間相互獨立,可以由學院根據(jù)管理需要決定三條用電回路各自供電時間。
l遠程實時抄表計量功能
系統(tǒng)應能夠遠程實時讀取電能數(shù)據(jù),電能數(shù)據(jù)采用通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關上傳至管理計算機。
l違章電器實時監(jiān)控識別預警控制
系統(tǒng)應具備惡性負載識別功能,自動識別學院規(guī)定禁止使用的各類違章電器(如熱得快、電吹風、電熱毯、暖手煲等)功能,并及時自動斷電。
l自動恢復供電功能
超負荷斷電或使用禁用發(fā)熱電器自動斷電后可自動恢復供電,自動供電時間可設。管理者可設定自動供電的次數(shù),超過設定次數(shù)后系統(tǒng)不能再自動供電,需找管理者查明斷電原因后,由供電管理人員恢復供電。
l控制權限管理
系統(tǒng)能夠實現(xiàn)總體控制和分類控制管理。學院管理員可以管理全院學生公寓能耗對象,各樓幢管理員只能負責管理本樓幢能耗對象。
l分戶計費管理
可以進行免費基礎電量設置、預購電量、無費關斷、用電情況查詢、退費管理、房間調(diào)換進行數(shù)據(jù)轉換、支持中途更換操作員、打印能耗管理報表等。
l系統(tǒng)學習功能
自帶不低于30類學校常用電器使用特征的數(shù)據(jù)庫。不在特征數(shù)據(jù)庫的電器可以通過現(xiàn)場學習進入數(shù)據(jù)庫。
7 硬件選型
7.1宿舍預付費平臺
8 結束語
通過以上介紹可以看出,校園綜合能效管理平臺安裝簡單,使用方便,容易管理,且智能化和自動化程度高,并可實施遠程監(jiān)控。是實現(xiàn)高校學生公寓的用電科學管理,減少校方的管理量,提高控制能力,解決自動判斷、自動控制 (自動斷電供電)、自動查違規(guī)用電,以及電量儲值計量等問題的有效解決方案。對于嚴格控制公寓違章用電,消除公寓用電隱患,防控公寓火災事故的發(fā)生將起到十分積極的作用。
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