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浅谈预付费系统在学生公寓用电中的发展前景

浅谈预付费系统在学生公寓用电中的发展前景

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:为保障学生公寓用电安全,有效降低校园耗能,同时提高学校后勤部门工作效率,本文中将安全用电、用能收费、节能管控统一考虑,设计并实现了一套校园综合能效管理平台。并对该平台的工作原理、平台架构和各项功能进行了详细介绍,并分析了该平台的主要优势,该平台对提高学校后勤管理效率、保障宿舍用电安全、校园节能减排等具有显著效果。

关键词: 宿舍安全用电 恶性负载 能效管理平台 


0引言

随着社会经济的发展,物质生活水平不断提高,高校学生公寓的住宿条件也逐步提高。公寓内的配置由过去满足基本生活需求的设备,到如今拥有电热水器、空调、电脑等较为现代的用电设备。另外,由于信息时代的到来,学生需要从电视、网络中学习知识,了解信息动态,查找资料,这些需求也导致学生公寓的供电方式也随之发生改变。以往对学生公寓的用电管理主要是采取限电流、定时问断送电的用电管理模式,这显然已经无法满足大学生学习的需求。值得注意的是,由于大量使用电器,尤其是一些大功率不安全的发热电器,如烧开水用的电炉、“热得快"等产品的违规使用,给学生公寓带来了极大的安全隐患,对学生人生安全和财产安全造成了极大的威胁,若不加以限制,一旦发生电气火灾等重大事故,将带来无法挽回的严重后果。 

因此对于学生公寓的用电管理,不能再局限于一些传统的用电管理方式上,需要充分考虑学生公寓用电的实际情况,采取更为科学而完善的技术手段,制定一种适合学生公寓用电特征的智能化用电管理方案.通过对学生公寓内用电监控进行更深入的研究,将安全用电和用电管理统一考虑,建立高效的安全用电智能控制管理系统,既保障公寓用电安全,又降低公寓能耗,同时提高学校后勤部门的管理工作效率。


1 高校学生公寓用电管理现状

本研究以广东地区某高校学生公寓为对象,对该公寓的用电情况和用电管理进行了深入调查,并进行了实地考察走访,发现该学校目前使用的电表均为机械表,计量效果不理想,在管理方式上也存在一些问题,主要体现在以下3个方面:

(1)电表老化:该学生公寓采用老式机械计量电表,并已持续使用多年,超出了保质期,计量精度和安全都无法保证。

(2)管理功能落后:学生公寓用电管理基本上采用定时管理,人房检查方式.这不仅无法满足当今用电管理需求,而且难于管理违规用电。不能限制由于违规使用电热器、电饭锅、大功率电器导致的超负荷,易引发宿舍电气火灾。 

(3)管理效率低下:主要依靠人工抄表方式统计耗电量,不能实时发现异常用电,消除隐患,在数据异常时,无法提供依据。

经过调查,以上现象是大多数高校学生公寓普遍存在的现象,也是困扰高校后勤管理部门的主要问题。因此,对高校学生公寓采用高效的智能化用电管理措施,消除违规用电带来的安全隐患,提升后勤部门管理效益,通过技术手段降低学生公寓能耗是急需解决的问题。

2 安全用电智能控制管理系统设计

根据上述分析,本研究设计了一种针对高校学生公寓的安全用电智能控制管理系统,以期能够解决目前存在的问题。

2.1系统结构

本系统由以下几部分构成:计量采集系统(计量设备),数据传输系统(通信设备),管理平台(数据处理、用户服务与管理).该系统具备智能用电管理功能,可实时监测学生公寓用电信息,并通 过管理平台的数据分析功能,为学校管理部门提供依据,进而解决用电过程中存在的问题.通过 科学化、智能化的用电管理,实现安全用电、便捷管理、高效稳定运行的目的。


图1安全用电管理系统结构图

计量采集系统实现数据采集和电能计量功能,并提供异常保护和预付费功能,实现用电计 量、预付费、安全用电管理的基本功能.计量采集系统分户设置,具备通信接口,可方便组构管理网络。

数据传输系统实现数据传输功能,采用以太网数据采集器将电表与系统管理平台服务器连通,每台采集器具备独立的IP地址,传输网利用校园通信网络以节省成本,从学校提供的网络端口引到交换机

管理平台实现数据处理与数据服务功能,提供预付费管理(包含充值、退电、财务统计等),用电分析,用电实时监控(包含电流、电压、功率、剩余金额等),用电管理(包含定时通断电、违规电器管理、负荷限制等),用户自助査询等.管理平台包括了 3个子系统,即网络预付费管理系统、校园能 耗监控系统、用电信息查询系统.用户服务系统主 要是存储整套系统的数据信息,提供系统的人机界面,提供用户查询管理平台等。其他的管理端也 可以直接连接到服务器进行系统管理;另外该系 统还有配套设备,主要用于预付费管理系统的功 能扩展及补充,配套设备包括售电及查询终端、、LED显示屏、自助充值终端等多种.管理系统 主要是连接学校相关职能部门,把系统的重要信息反馈到各主要职能部门,实现人员的有效管理。

2安全用电管理系统实施案例的系统结构图

2.2系统功能

安科瑞学生宿舍预付费管理系统具有以下功能:

1) 恶性负载控制:具备恶性负载识别功能,自动识别学院规定禁止使用的各类违章电器(如热得快、电吹风、电热毯、暖手煲等)功能,自动断电;断电次数可设。

2) 功率限制:负载总功率限制:限制支路最大用电功率,支路功率超过设定值时,支路跳闸。夜间功率限制:需要与时间管理控制共同使用,在夜间模式下,支路电流超过设定值,支路跳闸。

3) 一进三出:宿舍方案使用ADM130的仪表,可以分三路照明/插座/空调,三路单独控制,单独计量,单独设置。

4) 基础免费电量:可根据管理要求,对各宿舍,不同区域独立设置基础电量,提供给学生一定的免费电量。

5) 负控次数复位:超负荷断电或使用禁用发热电器自动断电后可自动恢复供电,自动供电时间和次数可设。超过自动恢复次数后由管理员查明原因后台恢复供电。

6) 定时通断:根据生效日期设置、节假日设置、通断时间段设置,来自动对宿舍供电进行通断。

7) 白名单管理:维护电器白名单的信息,自带不低于30类学校常用电器使用特征的数据库。支持学习其他电器使用特征,白名单负载不会识别恶性负载。

8) 夜间小电流:可以设置宿舍夜间小电流的使用,仅能供手机充电或夜灯使用。

9) 空调模式:当一路设置为空调负载时,将会独立判断恶性负载。

安全用电控制

针对公寓安全用电的隐患本系统对违规用电提供了针对性制约控制功能,具备恶性负载控制、恶性负载失败控制、分时段功率限制等措施,可有效制约违规用电,降低安全风险。

3.1恶性负载控制

恶性负载又称阻性负载,主要是指纯阻性的直热式电器(电烙铁、烧水棒、电炉、电饭煲、电炒锅、电热杯、电吹风、发夹板等),由于其容易引发 火灾,因此在各大院校明令禁止使用.学生公寓用 电智能管理系统在。~24时之间,全时段对电路中的恶性负载进行实时监控,一旦有恶性负载接入,通过对主继电器进行操作,及时进行断电.当恶性负载接入时,电表总负荷上升到一定高度持续运行,同时,由于恶性负载的功率因数接近1,电路总负载的功率因数增加,因此,可认定功率因数 高于某一值,并且启动后功率维持在高位的电器 为恶性负载.通过本安全用电控制系统,可以对接入的恶性负载进行识别控制.

3.2恶性负载识别控制

恶性负载识别控制主要包括开关值、受控功率区间值、功率因数阈值、恢复供电间隔时间和每 日恢复供电限制次数.

当开关值处于“报警"时,启用恶性负载识别限制功能,并在恶性负载使用时报警;当开关值处 于“跳闸"时,启用恶性负载识别限制功能,并在恶性负载使用时跳闸;当开关值处于“关"时,不启用恶性负载识别限制功能.恶性负载的功率区间可从30 W起到最大为电表额定负荷,最多可以设6 个区间,当设定功率区间内的阻性负载投入使用时,电表将跳闸停止供电.为保证正常使用的负载,如饮水机、电热水器等,可以在设定受控区间时加以区分,从而不受负载识别限制

恶性负载的功率因数设为0.997,当功率因数大于等于此值的受控功率区间的电器投入使用 ,电表自动跳闸,考虑具体用电环境,可在跳闸后自动恢复供电,断电时间间隔以秒为单位,设定恶性负载跳闸后每日自动恢复供电的次数(3 ~5 次),这由管理计算机锁定并将标志下传到电表内,当自动恢复供电次数超过设定次数时,不再自动恢复供电,需要用户到管理部门说明原因后,通过管理平台重新恢复供电。

3.3分时段功率限制

该系统允许用户的个性化,在0 ~ 24时之间,将时间分为1 ~6个时间段,并分别对各个时间段进行总功率限制。

当开关值处于“报警"时,启用分时段功率限制功能,并在分时段功率限制使用时报警;当开关 值处于“跳闸"时,启用分时段功率限制功能,并在分时段功率限制使用时跳闸;当开关值处于“开",启用分时段功率限制功能;当开关值处于“关",不启用功率限制功能.分时段表的时间段最多 可设6个,每个时间段的起始时间、终止时间可在 上位机上设定,并下传存储于电表内,由电表根据 设定时间自动执行.若设置2个时段,则时段1的后一个值需小于时段2的前一个值,以此类推;功率阈值6个,对应6个时段,不同时间段的阈值可 能相同,也可能不同;超负荷跳电后自动恢复供电的时间间隔,以秒为单位,最大值为9 999.超负荷 跳电后每日自动恢复供电的次数(3 10次)(每日,第二天清零或累计,通过系统处理),由上位机 设定并下传存储于电表内,当自动恢复供电次数 超过设定次数时,不再自动恢复供电,只能通过上位机远程控制进行开电,远程开电后或跨0:00时自动清空电表内的跳电记录上位机内的跳电记录保存1 ~6个月,且可清除

安全用电管理系统优势

与传统的学生宿舍供电系统相比,该系统具有以下主要优势:

(1) 用电安全.引进校园智能用电管理系统, 提升了高校学生公寓用电管理效率和用电安全尽管有详细的用电安全守则,但仅靠制度仍然难以避免超负荷用电、使用大功率高热电器(电热 棒、电磁炉、电暖器)、线路私拉乱拉等现象.同时线路短路、漏电、电压过高等不安全隐患也无法 预先消除.使用智能管理系统后,可有效解决上述问题该系统具有用电安全保护措施,能迅速发现 不安全用电因素,及时主动上报管理员,并自动作出预定的制止措施,消除因学生乱用电器等行为 引发的火灾隐患,减少学校损失

(2) 降低能耗.智能控制管理系统能分析用电,减少浪费,节约用电,降低能耗目前高校管理部门对用电状况的了解程度不够细致,不了解能 耗构成,导致浪费严重却找不到源头,采用智能管理系统后,可实时显示用户的用电量,自动分析用电明细,如果发现用电超标、故障等现象,可以在平台上报警,通知管理人员釆取措施,杜绝不合理用电,有效降低能耗.超标、故障信息自动建立文 档,供管理部门进一步分析原因,釆取对策

(3) 智能管理.该系统提供电脑终端远程自动抄表、远程充值、电脑自动换算电费电量等功能, 不需要人工管理抄表,避免了由于系统问题与人员错误操作,减少了收费管理日常用电管理等工作量;同时该系统可直接与学校财务管理系统对 接,提供安全便捷的数据输出,有效提升后勤用电管理部门的工作效率,该系统实施后,受到学校后勤管理部门 肯定管理人员处理故障强度下降,效率提升

5 安科瑞电气针对高校推出能效管理解决方案--AcrelEMS-EDU校园综合能效管理平台

5.1平台概述

AcrelEMS-EDU校园综合能效管理解决方案针对校园能源统计、后勤计费管理、校园运维管理等提供高校的信息化管理平台。从“源、网、荷、储、充"多个角度解析高校当下及未来的用能问题及用能需求,在统一的需求下“实现能源互补、信息互通"等管理模式。助力学校管理智能化、数字化、综合化,实现节能校园、绿色校园、低碳校园。

5.2平台组成

AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采用开放的分层分布式网络结构,主要由设备层、传输层、数据层、应用层组成。AcrelEMS-EDU高校综合能效平台提供校园用能实时在线监控、能耗数据统计分析、空调智能管理、用能排名、节能评估、宿舍恶性负载监管等功能。

5.3平台架构

5.2平台组成

AcrelEMS-EDU高校综合能效管理平台采用开放的分层分布式网络结构,主要由设备层、传输层、数据层、应用层组成。AcrelEMS-EDU高校综合能效平台提供校园用能实时在线监控、能耗数据统计分析、空调智能管理、用能排名、节能评估、宿舍恶性负载监管等功能。

5.3平台架构


6 学生宿舍用电管理系统介绍

学生宿舍用电管理系统主要基于2个主要目的:用电安全和预付费管理。

宿舍用电主要有以下几个需要解决的问题:

1)违规使用恶性负载:首先大功率违章电器屡禁不止,冬天的电热毯、电取暖器,夏天的电风扇,日常的电热水壶、热得快,做饭的电饭煲、电磁炉,学习用的电脑,还有各种其它发热的小家电。在使用完这些电器之后,如果忘记拔掉电源,电器在长时间使用后往往会导致火灾。

2)设施老化:很多学校早期修建的宿舍楼,在当时设计时,防火等方面做的不规范,宿舍供电线路负荷小,电源插座设计不合理或数量较少,多年使用线路老化等等多方面的原因。宿舍用电设备多,一旦负荷过大,会引起火灾的隐患。

3)为了鼓励节约用能,学校宿舍电费水费有一定的基础补贴,补贴之外的需要学生自己承担。基础补贴如何下发,如何通过校园一卡通都需要由系统来完成。

4)学生宿舍有作息时间管理的要求,什么时候熄灯、开灯,那些负荷夜间要关闭哪些不能关都需要由系统来实现自动控制。



?微信查询功能

学生可以用手机在新中新一卡通微信平台上,进行用电充值、查询用电情况。平台具有用户剩余电量微信提醒功能。

?分时控制、三回路独立控制用电管理

每间宿舍分空调、插座照明、卫生间照明三路独立电源配电,三路电源的供电保护、供电控制、供电时间相互独立,可以由学院根据管理需要决定三条用电回路各自供电时间。

?远程实时抄表计量功能

系统应能够远程实时读取电能数据,电能数据采用通过数据网关上传至管理计算机。

?违章电器实时监控识别预警控制

系统应具备恶性负载识别功能,自动识别学院规定禁止使用的各类违章电器(如热得快、电吹风、电热毯、暖手煲等)功能,并及时自动断电。

自动恢复供电功能

超负荷断电或使用禁用发热电器自动断电后可自动恢复供电,自动供电时间可设。管理者可设定自动供电的次数,超过设定次数后系统不能再自动供电,需找管理者查明断电原因后,由供电管理人员恢复供电。

控制权限管理

系统能够实现总体控制和分类控制管理。学院管理员可以管理全院学生公寓能耗对象,各楼幢管理员只能负责管理本楼幢能耗对象。

分户计费管理

可以进行免费基础电量设置、预购电量、无费关断、用电情况查询、退费管理、房间调换进行数据转换、支持中途更换操作员、打印能耗管理报表等。

系统学习功能

自带不低于30类学校常用电器使用特征的数据库。不在特征数据库的电器可以通过现场学习进入数据库。

7 硬件选型

7.1宿舍预付费平台

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8 结束语

通过以上介绍可以看出,校园综合能效管理平台安装简单,使用方便,容易管理,且智能化和自动化程度高,并可实施远程监控。是实现高校学生公寓的用电科学管理,减少校方的管理量,提高控制能力,解决自动判断、自动控制 (自动断电供电)、自动违规用电,以及电量储值计量等问题的有效解决方案。对于严格控制公寓违章用电,消除公寓用电隐患,防控公寓火灾事故的发生将起到十分积极的作用。

【参考文献】

【1】 游飞.高校学生公寓安全用 电管理技术分析 [J].成都航空职业 技术学院学报 ,2008(6):42-44

【2】 林进鹏.苏少琳 高校学生公寓安全用电智能控制与管理系统研究.

【3】 高校综合能效解决方案2022.5版.

【4】 企业微电网设计与应用手册2022.05版.

审核编辑(
王静
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