胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 

建立資源節約型社會(huì )是我國經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的一項長(cháng)遠的戰略方針，也是當前一項緊迫的任務(wù)。本文從安全、智能、節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能計量管理系統進(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(wèn)題非常重要，落實(shí)對學(xué)生公寓用電的安全管理勢在必行。

隨著(zhù)公寓用電負載的多樣化，白熾燈、電熱毯、“熱得快"、電爐等通過(guò)電阻實(shí)現發(fā)

光發(fā)熱、容易引起火災的各類(lèi)惡性負載電器大量進(jìn)入公寓，給用電安全帶來(lái)了隱患；傳統的專(zhuān)人巡檢或限流功能已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足公寓安全管理的需要。對惡性負載加以識別的功能經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。

(1)早期的識別方式，是在整個(gè)公寓內逐個(gè)房間地將正常負載全部接入，測定每個(gè)房間的視在功率及功率因數值，并以此數值為依據設置一個(gè)用電參數范圍；當某個(gè)房間的用電參數超出此范圍時(shí)，就判斷該房間內使用了惡性負載。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)生公寓的負載多種多樣，不同負載組合電氣參數不同，而且學(xué)生隨時(shí)可能新增加負載，測試工作困難重重，需要對每個(gè)房間進(jìn)行獨立測量。

（2）改進(jìn)后的識別方式，同樣以視在功率及功率因數作為識別依據，只不過(guò)由整體識別改為了單體識別，即每當用戶(hù)啟用一個(gè)負載時(shí)，系統就對視在功率及功率因數的變化進(jìn)行檢測，從而判斷新增加負載的性質(zhì)。這是目前國內絕大多數電控系統使用的識別方式。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(wèn)題，比如無(wú)法區分用戶(hù)同時(shí)啟動(dòng)的兩個(gè)負載。

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

著(zhù)電器行業(yè)的發(fā)展和國家強制性政策的實(shí)行，各電器廠(chǎng)家都對產(chǎn)品的功率因數進(jìn)行補償，使其功率因數達到了0.95以上，甚至接近1.0，導致通過(guò)功率因數進(jìn)行識別很容易造成誤判，將大多數正常負載判斷為惡性負載的問(wèn)題，采用了同時(shí)檢測負載的有功功率、無(wú)功功率、交流正弦波形進(jìn)行綜合判斷的方式，提高了判斷公寓負載性質(zhì)的準確性，避免了誤判。

2.用電的智能化管理

隨著(zhù)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場(chǎng)總線(xiàn)的智能化遠程能源綜合管理系統獲得了長(cháng)足發(fā)展。

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

（1）基表構成

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

圖 1 多用戶(hù)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轉換器從中抽取各采樣點(diǎn)離散值I i（t）和Ui（t），由單片機內的數字乘法器據此完成瞬時(shí)功率計算。表內各用戶(hù)共用一個(gè)A/D轉換器和數字乘法器；一路信號采集完成后，由CPU控制選通下一路信號。根據香農采樣定理，要使采樣值能夠復現被測信號，采樣角頻率ωs應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為500Hz，即采樣周期不長(cháng)于2ms。也就是說(shuō)對于周期為20ms的工頻電壓或電流來(lái)說(shuō)，一個(gè)周期內至少應采集十個(gè)采樣值。

（2）系統構成

電能智能化管理系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將各個(gè)基表采集到的數據匯集到管理終端，并根據不同的管理需求設置具體應用。系統網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖2所示。

圖2 系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

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

（3）系統主要功能

智能安全用電節能計量管理系統除具備基本的遠程數據傳輸、遠程控制、限流、自動(dòng)定時(shí)斷送電、實(shí)時(shí)狀態(tài)監測等功能外，還具備其他一些特色功能。

①電能源的純商品化管理

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

選擇預付費或后付費等多種結算類(lèi)型，可透支，此外，系統還可預先設置免費使用底數，

設置峰谷、平尖或階梯等多種費率及電價(jià)，進(jìn)行欠費限制等。

②自動(dòng)催費提醒功能

系統可通過(guò)設備報警、軟件報警、語(yǔ)音電話(huà)、短信等多種方式自動(dòng)提醒學(xué)生及時(shí)買(mǎi)電充值。

③多回路功能

系統可對同一公寓的多個(gè)回路，如空調、插座、照明等各回路進(jìn)行各自獨立的控制、統一計費。

④智能用電管理功能

系統具有智能用電管理功能，包括在線(xiàn)控制、定時(shí)自動(dòng)斷/送電、限流、惡性負載的識別及有條件放行、支持夜間手機充電及夜燈等小負載使用等。

⑤狀態(tài)查詢(xún)及事件記錄功能

系統可以實(shí)時(shí)或定時(shí)監測每個(gè)用戶(hù)的用電狀態(tài)，包括累計用電量、剩余電量、電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、通斷狀態(tài)等，并可以自動(dòng)記錄十次斷電事件，包括斷電時(shí)間及斷電前的用電狀態(tài)。

⑥免費基礎電量功能

系統可根據學(xué)校能源管理方案給每個(gè)用戶(hù)或房間設置免費基礎電量，定時(shí)自動(dòng)增加。

⑦檔案管理及統計查詢(xún)功能

系統可建立設備檔案、分區檔案、用戶(hù)檔案、學(xué)籍信息等內容豐富、管理方便的各類(lèi)檔案；可按用戶(hù)或時(shí)段進(jìn)行售電量、用電量等各種能耗數據的統計查詢(xún)，為制定高校能源管理政策提供詳盡的參考數據。

⑧系統保護功能

系統在結構上采用模塊化設計，強弱電系統隔離，并配置了大量的保護電路及防磁、防雷電路，通信模塊引入了獨立設計，并且憑借雙CPU與雙存儲器協(xié)同工作保證穩定性及持續性。

⑨分級授權管理功能

系統支持各部門(mén)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，進(jìn)行能源管理工作；可為各管理員及操作員設置不同的權限，并自動(dòng)記錄各管理員及操作員的操作。

⑩系統集成功能

系統默認集成水、電、氣、暖等多種能耗管理功能；并配備標準化接口及數據協(xié)議，可與一卡通、樓宇自控等各種系統進(jìn)行整合。

3.系統的節能效果

3.1高校節能的經(jīng)濟、社會(huì )效益

（1）經(jīng)濟效益簡(jiǎn)析

我國高校在校學(xué)生人數在2700萬(wàn)以上（2009年5月數據），高校是生活能耗相當高的場(chǎng)所。據有關(guān)資料介紹，如果全國2000多所高校都建成“綠色大學(xué)"，一年就可節約資金210億元，節水量將超過(guò)12個(gè)亞洲較大的人工湖——北京密云水庫的總水量。高校節能既是需要的，又有很大的潛力。

（2）社會(huì )效益簡(jiǎn)析

高校是育人之地，是國家培養各類(lèi)人才之地。據統計，我國高校每年有640萬(wàn)畢業(yè)生走向社會(huì )；在高校開(kāi)展節能教育，實(shí)施節能工作，將對高校師生形成深遠的影響，帶來(lái)巨大的社會(huì )效益。

3.2智能安全用電節能計量管理系統節能效果簡(jiǎn)析

智能安全用電節能計量管理系統于2001年開(kāi)始研制，于2005年獲國家，此后又根據用戶(hù)需求，在技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)，在功能上進(jìn)行了擴展，成為了“四表遠程智能監控系統"，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，節能。表1為KD型多用戶(hù)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(jiàn)，KD型多用戶(hù)集中式智能網(wǎng)絡(luò )電表的自身功耗僅為等戶(hù)數普通IC卡電表的1/8。

按我國高校在校學(xué)生人數為2700萬(wàn)，每五人共用一個(gè)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(hù)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約5202.2萬(wàn)度電，按每度電0.55元計算，每年約可節約2861.2萬(wàn)元。

（2）由于智能安全用電節能計量管理系統計量準確，管理功能科學(xué)、完善，采用該系統可提高人們的節能意識。國內某高表1多用戶(hù)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，建設用地總面積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、附屬用房等在內的約25組建筑；采用智能安

全用電節能計量管理系統對各建筑群進(jìn)行分類(lèi)管理，在公寓部分采用惡性負載系列產(chǎn)品，在實(shí)驗室、教學(xué)用房、辦公室等采用普通預付費系列產(chǎn)品，針對應急照明、電器、空調機組等公共用電設備采用后付費系列產(chǎn)品，共有計量點(diǎn)12000余戶(hù)。采用該系統后，與使用前相比，公寓部分平均每月每戶(hù)節約電量25.6度，實(shí)驗室及教室平均每月每戶(hù)節約電量32.8度，公共用電平均每月每點(diǎn)節約30.5度。

4.安科瑞高校宿舍預付費電控系統的介紹及選型

4.1 系統結構

AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預付費基礎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(wèn)題。

4.2  系統功能

AcrelCloud-3100學(xué)生宿舍版預付費云平臺是與ADM130（一進(jìn)三出）或ADF300L（多回路計量箱）預付費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，通訊管理機在內的集成系統。針對高校宿舍這一特殊應用場(chǎng)合研發(fā)，主要實(shí)現電能監控、時(shí)間管理、惡性負載管理、預付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

批量操作：系統支持對宿舍進(jìn)行批量設置，批量初始化、批量下發(fā)基礎電量、批量設置負控、批量設置時(shí)控等，方便學(xué)校進(jìn)行統一管理。

惡性負載自動(dòng)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(shí)施自動(dòng)識別控制，發(fā)現這些發(fā)熱電器自動(dòng)斷電。惡性負載暫停時(shí)間和次數可通過(guò)軟件設定。  

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

時(shí)間控制功能：支持8個(gè)時(shí)段設置宿舍供電斷電，方便管理學(xué)生宿舍作息 。

遠程售電：操作員可以通過(guò)后臺給宿舍進(jìn)行電費充值，學(xué)生也可以通過(guò)學(xué)習一卡通、學(xué)校微信公眾號進(jìn)行自助充值。

遠程集中抄表：抄表信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

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

對接一卡通支付：系統支持中間庫，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，各回路單獨分合閘、惡性負載、時(shí)控等設置。

4.3 系統設備選型

5.結束語(yǔ)

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

可靠，而且將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益——按上文引用數據計算，如每個(gè)宿舍每月

平均下限節電15度，使用該系統每年節約用電約可達10.9億度，按每度電0.55元計算，每年可為高校節約近6億元的電費支出。

參考文獻

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【2】宗建華，閆華光，史樹(shù)冬.智能電能表[M].中國電力出版社，2010

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