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淺談預付費系統在學生公寓用電中的發展前景

淺談預付費系統在學生公寓用電中的發展前景

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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、節能管控統一考慮,設計并實現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

隨著社會經濟的發展,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、網絡中學習知識,了解信息動態,查找資料,這些需求也導致學生公寓的供電方式也隨之發生改變。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熱電器,如燒開水用的電爐、“熱得快"等產品的違規使用,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安全造成了極大的威脅,若不加以限制,一旦發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.通過對學生公寓內用電監控進行更深入的研究,將安全用電和用電管理統一考慮,建立高效的安全用電智能控制管理系統,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狀

本研究以廣東地區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,發現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,并已持續使用多年,超出了保質期,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,而且難于管理違規用電。不能限制由于違規使用電熱器、電飯鍋、大功率電器導致的超負荷,易引發宿舍電氣火災。 

(3)管理效率低下:主要依靠人工抄表方式統計耗電量,不能實時發現異常用電,消除隱患,在數據異常時,無法提供依據。

經過調查,以上現象是大多數高校學生公寓普遍存在的現象,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設計

根據上述分析,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,以期能夠解決目前存在的問題。

2.1系統結構

本系統由以下幾部分構成:計量采集系統(計量設備),數據傳輸系統(通信設備),管理平臺(數據處理、用戶服務與管理).該系統具備智能用電管理功能,可實時監測學生公寓用電信息,并通 過管理平臺的數據分析功能,為學校管理部門提供依據,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,實現安全用電、便捷管理、高效穩定運行的目的。


圖1安全用電管理系統結構圖

計量采集系統實現數據采集和電能計量功能,并提供異常保護和預付費功能,實現用電計 量、預付費、安全用電管理的基本功能.計量采集系統分戶設置,具備通信接口,可方便組構管理網絡。

數據傳輸系統實現數據傳輸功能,采用以太網數據采集器將電表與系統管理平臺服務器連通,每臺采集器具備獨立的IP地址,傳輸網利用校園通信網絡以節省成本,從學校提供的網絡端口引到交換機。

管理平臺實現數據處理與數據服務功能,提供預付費管理(包含充值、退電、財務統計等),用電分析,用電實時監控(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,即網絡預付費管理系統、校園能 耗監控系統、用電信息查詢系統.用戶服務系統主 要是存儲整套系統的數據信息,提供系統的人機界面,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管理;另外該系 統還有配套設備,主要用于預付費管理系統的功 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 主要是連接學校相關職能部門,把系統的重要信息反饋到各主要職能部門,實現人員的有效管理。

2安全用電管理系統實施案例的系統結構圖

2.2系統功能

安科瑞學生宿舍預付費管理系統具有以下功能:

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,三路單獨控制,單獨計量,單獨設置。

4) 基礎免費電量:可根據管理要求,對各宿舍,不同區域獨立設置基礎電量,提供給學生一定的免費電量。

5) 負控次數復位:超負荷斷電或使用禁用發熱電器自動斷電后可自動恢復供電,自動供電時間和次數可設。超過自動恢復次數后由管理員查明原因后臺恢復供電。

6) 定時通斷:根據生效日期設置、節假日設置、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據庫。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) 空調模式:當一路設置為空調負載時,將會獨立判斷惡性負載。

安全用電控制

針對公寓安全用電的隱患,本系統對違規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、發夾板等),由于其容易引發 火災,因此在各大院校明令禁止使用.學生公寓用 電智能管理系統在。~24時之間,全時段對電路中的惡性負載進行實時監控,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運行,同時,由于惡性負載的功率因數接近1,電路總負載的功率因數增加,因此,可認定功率因數 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,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、受控功率區間值、功率因數閾值、恢復供電間隔時間和每 日恢復供電限制次數.

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.惡性負載的功率區間可從30 W起到最大為電表額定負荷,最多可以設6 個區間,當設定功率區間內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,可以在設定受控區間時加以區分,從而不受負載識別限制。

惡性負載的功率因數設為0.997,當功率因數大于等于此值的受控功率區間的電器投入使用 ,電表自動跳閘,考慮具體用電環境,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(3 ~5 次),這由管理計算機鎖定并將標志下傳到電表內,當自動恢復供電次數超過設定次數時,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",啟用分時段功率限制功能;當開關值處于“關",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,由電表根據 設定時間自動執行.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(3 10次)(每日,第二天清零或累計,通過系統處理),由上位機 設定并下傳存儲于電表內,當自動恢復供電次數 超過設定次數時,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時自動清空電表內的跳電記錄,上位機內的跳電記錄保存1 ~6個月,且可清除。

安全用電管理系統優勢

與傳統的學生宿舍供電系統相比,該系統具有以下主要優勢:

(1) 用電安全.引進校園智能用電管理系統, 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)、線路私拉亂拉等現象.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.使用智能管理系統后,可有效解決上述問題。該系統具有用電安全保護措施,能迅速發現 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 引發的火災隱患,減少學校損失。

(2) 降低能耗.智能控制管理系統能分析用電,減少浪費,節約用電,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,采用智能管理系統后,可實時顯示用戶的用電量,自動分析用電明細,如果發現用電超標、故障等現象,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;同時該系統可直接與學校財務管理系統對 接,提供安全便捷的數據輸出,有效提升后勤用電管理部門的工作效率,該系統實施后,受到學校后勤管理部門 肯定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、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,在統一的需求下“實現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學校管理智能化、數字化、綜合化,實現節能校園、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絡結構,主要由設備層、傳輸層、數據層、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控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節能評估、宿舍惡性負載監管等功能。

5.3平臺架構

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絡結構,主要由設備層、傳輸層、數據層、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控、能耗數據統計分析、空調智能管理、用能排名、節能評估、宿舍惡性負載監管等功能。

5.3平臺架構


6 學生宿舍用電管理系統介紹

學生宿舍用電管理系統主要基于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范,宿舍供電線路負荷小,電源插座設計不合理或數量較少,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,如何通過校園一卡通都需要由系統來完成。

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來實現自動控制。



?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。

?分時控制、三回路獨立控制用電管理

每間宿舍分空調、插座照明、衛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,可以由學院根據管理需要決定三條用電回路各自供電時間。

?遠程實時抄表計量功能

系統應能夠遠程實時讀取電能數據,電能數據采用通過數據網關上傳至管理計算機。

?違章電器實時監控識別預警控制

系統應具備惡性負載識別功能,自動識別學院規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。

自動恢復供電功能

超負荷斷電或使用禁用發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,超過設定次數后系統不能再自動供電,需找管理者查明斷電原因后,由供電管理人員恢復供電。

控制權限管理

系統能夠實現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。

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、房間調換進行數據轉換、支持中途更換操作員、打印能耗管理報表等。

系統學習功能

自帶不低于30類學校常用電器使用特征的數據庫。不在特征數據庫的電器可以通過現場學習進入數據庫。

7 硬件選型

7.1宿舍預付費平臺

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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,并可實施遠程監控。是實現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)、自動違規用電,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生將起到十分積極的作用。

【參考文獻】

【1】 游飛.高校學生公寓安全用 電管理技術分析 [J].成都航空職業 技術學院學報 ,2008(6):42-44

【2】 林進鵬.蘇少琳 高校學生公寓安全用電智能控制與管理系統研究.

【3】 高校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】 企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

審核編輯(
王靜
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