摘要：為保障學(xué)生公寓用電安全，有效降低校園耗能，同時(shí)提高學(xué)校后勤部門(mén)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(shí)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(jìn)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(xué)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(zhù)效果。

　　關(guān)鍵詞： 宿舍安全用電 惡性負載 能效管理平臺

　　0引言

　　隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，物質(zhì)生活水平不斷提高，高校學(xué)生公寓的住宿條件也逐步提高。公寓內的配置由過(guò)去滿(mǎn)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(shí)代的到來(lái)，學(xué)生需要從電視、網(wǎng)絡(luò )中學(xué)習知識，了解信息動(dòng)態(tài)，查找資料，這些需求也導致學(xué)生公寓的供電方式也隨之發(fā)生改變。以往對學(xué)生公寓的用電管理主要是采取限電流、定時(shí)問(wèn)斷送電的用電管理模式，這顯然已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足大學(xué)生學(xué)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(kāi)水用的電爐、“熱得快"等產(chǎn)品的違規使用，給學(xué)生公寓帶來(lái)了極大的安全隱患，對學(xué)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(lái)無(wú)法挽回的嚴重后果。

　　因此對于學(xué)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(xué)生公寓用電的實(shí)際情況，采取更為科學(xué)而完善的技術(shù)手段，制定一種適合學(xué)生公寓用電特征的智能化用電管理方案．通過(guò)對學(xué)生公寓內用電監控進(jìn)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(shí)提高學(xué)校后勤部門(mén)的管理工作效率。

　　1 高校學(xué)生公寓用電管理現狀

　　本研究以廣東地區某高校學(xué)生公寓為對象，對該公寓的用電情況和用電管理進(jìn)行了深入調查，并進(jìn)行了實(shí)地考察走訪(fǎng)，發(fā)現該學(xué)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(wèn)題，主要體現在以下3個(gè)方面：

　?。?）電表老化：該學(xué)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(zhì)期，計量精度和安全都無(wú)法保證。

　?。?）管理功能落后：學(xué)生公寓用電管理基本上采用定時(shí)管理，人房檢查方式．這不僅無(wú)法滿(mǎn)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(fā)宿舍電氣火災。

　?。?）管理效率低下：主要依靠人工抄表方式統計耗電量，不能實(shí)時(shí)發(fā)現異常用電，消除隱患，在數據異常時(shí)，無(wú)法提供依據。

　　經(jīng)過(guò)調查，以上現象是大多數高校學(xué)生公寓普遍存在的現象，也是困擾高校后勤管理部門(mén)的主要問(wèn)題。因此，對高校學(xué)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(lái)的安全隱患，提升后勤部門(mén)管理效益，通過(guò)技術(shù)手段降低學(xué)生公寓能耗是急需解決的問(wèn)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(xué)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(wèn)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(hù)服務(wù)與管理）.該系統具備智能用電管理功能，可實(shí)時(shí)監測學(xué)生公寓用電信息，并通 過(guò)管理平臺的數據分析功能，為學(xué)校管理部門(mén)提供依據，進(jìn)而解決用電過(guò)程中存在的問(wèn)題.通過(guò) 科學(xué)化、智能化的用電管理，實(shí)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(shí)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(shí)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(hù)設置，具備通信接口，可方便組構管理網(wǎng)絡(luò )。

　　數據傳輸系統實(shí)現數據傳輸功能，采用以太網(wǎng)數據采集器將電表與系統管理平臺服務(wù)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(luò )以節省成本，從學(xué)校提供的網(wǎng)絡(luò )端口引到交換機。

　　管理平臺實(shí)現數據處理與數據服務(wù)功能，提供預付費管理（包含充值、退電、財務(wù)統計等），用電分析，用電實(shí)時(shí)監控（包含電流、電壓、功率、剩余金額等），用電管理（包含定時(shí)通斷電、違規電器管理、負荷限制等），用戶(hù)自助査詢(xún)等.管理平臺包括了 3個(gè)子系統,即網(wǎng)絡(luò )預付費管理系統、校園能 耗監控系統、用電信息查詢(xún)系統.用戶(hù)服務(wù)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(hù)查詢(xún)管理平臺等。其他的管理端也 可以直接連接到服務(wù)器進(jìn)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(xún)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(xué)校相關(guān)職能部門(mén)，把系統的重要信息反饋到各主要職能部門(mén)，實(shí)現人員的有效管理。

　　圖2安全用電管理系統實(shí)施案例的系統結構圖

　　2.2系統功能

　　安科瑞學(xué)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(dòng)識別學(xué)院規定禁止使用的各類(lèi)違章電器（如熱得快、電吹風(fēng)、電熱毯、暖手煲等）功能，自動(dòng)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(guò)設定值時(shí)，支路跳閘。夜間功率限制：需要與時(shí)間管理控制共同使用，在夜間模式下，支路電流超過(guò)設定值，支路跳閘。

　　3)一進(jìn)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(xué)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(fā)熱電器自動(dòng)斷電后可自動(dòng)恢復供電，自動(dòng)供電時(shí)間和次數可設。超過(guò)自動(dòng)恢復次數后由管理員查明原因后臺恢復供電。

　　6)定時(shí)通斷：根據生效日期設置、節假日設置、通斷時(shí)間段設置，來(lái)自動(dòng)對宿舍供電進(jìn)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(lèi)學(xué)校常用電器使用特征的數據庫。支持學(xué)習其他電器使用特征，白名單負載不會(huì )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(shí)，將會(huì )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(shí)段功率限制等措施，可有效制約違規用電，降低安全風(fēng)險。

　　3.1惡性負載控制

　　惡性負載又稱(chēng)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(fēng)、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(xué)生公寓用 電智能管理系統在。~24時(shí)之間，全時(shí)段對電路中的惡性負載進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，一旦有惡性負載接入，通過(guò)對主繼電器進(jìn)行操作，及時(shí)進(jìn)行斷電.當惡性負載接入時(shí)，電表總負荷上升到一定高度持續運行，同時(shí)，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(dòng)后功率維持在高位的電器 為惡性負載.通過(guò)本安全用電控制系統，可以對接入的惡性負載進(jìn)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(kāi)關(guān)值、受控功率區間值、功率因數閾值、恢復供電間隔時(shí)間和每 日恢復供電限制次數.

　　當開(kāi)關(guān)值處于“報警"時(shí)，啟用惡性負載識別限制功能,并在惡性負載使用時(shí)報警；當開(kāi)關(guān)值處 于“跳閘"時(shí)，啟用惡性負載識別限制功能,并在惡性負載使用時(shí)跳閘；當開(kāi)關(guān)值處于“關(guān)"時(shí),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(gè)區間，當設定功率區間內的阻性負載投入使用時(shí)，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(shí)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 時(shí),電表自動(dòng)跳閘，考慮具體用電環(huán)境，可在跳閘后自動(dòng)恢復供電，斷電時(shí)間間隔以秒為單位,設定惡性負載跳閘后每日自動(dòng)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(dòng)恢復供電次數超過(guò)設定次數時(shí),不再自動(dòng)恢復供電，需要用戶(hù)到管理部門(mén)說(shuō)明原因后，通過(guò)管理平臺重新恢復供電。

　　3.3分時(shí)段功率限制

　　該系統允許用戶(hù)的個(gè)性化，在0 ~ 24時(shí)之間，將時(shí)間分為1 ~6個(gè)時(shí)間段,并分別對各個(gè)時(shí)間段進(jìn)行總功率限制。

　　當開(kāi)關(guān)值處于“報警"時(shí)，啟用分時(shí)段功率限制功能，并在分時(shí)段功率限制使用時(shí)報警；當開(kāi)關(guān) 值處于“跳閘"時(shí)，啟用分時(shí)段功率限制功能,并在分時(shí)段功率限制使用時(shí)跳閘；當開(kāi)關(guān)值處于“開(kāi)"時(shí),啟用分時(shí)段功率限制功能;當開(kāi)關(guān)值處于“關(guān)"時(shí),不啟用功率限制功能.分時(shí)段表的時(shí)間段最多 可設6個(gè)，每個(gè)時(shí)間段的起始時(shí)間、終止時(shí)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(shí)間自動(dòng)執行.若設置2個(gè)時(shí)段，則時(shí)段1的后一個(gè)值需小于時(shí)段2的前一個(gè)值，以此類(lèi)推;功率閾值6個(gè)，對應6個(gè)時(shí)段，不同時(shí)間段的閾值可 能相同，也可能不同;超負荷跳電后自動(dòng)恢復供電的時(shí)間間隔，以秒為單位，最大值為9 999.超負荷 跳電后每日自動(dòng)恢復供電的次數(3 - 10次)(每日，第二天清零或累計，通過(guò)系統處理),由上位機 設定并下傳存儲于電表內，當自動(dòng)恢復供電次數 超過(guò)設定次數時(shí)，不再自動(dòng)恢復供電，只能通過(guò)上位機遠程控制進(jìn)行開(kāi)電，遠程開(kāi)電后或跨0:00時(shí)自動(dòng)清空電表內的跳電記錄，上位機內的跳電記錄保存1 ~6個(gè)月，且可清除。

　　4 安全用電管理系統優(yōu)勢

　　與傳統的學(xué)生宿舍供電系統相比，該系統具有以下主要優(yōu)勢：

　　(1)用電安全.引進(jìn)校園智能用電管理系統， 提升了高校學(xué)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(xiàn)路私拉亂拉等現象.同時(shí)線(xiàn)路短路、漏電、電壓過(guò)高等不安全隱患也無(wú)法 預先消除.使用智能管理系統后，可有效解決上述問(wèn)題。該系統具有用電安全保護措施，能迅速發(fā)現 不安全用電因素,及時(shí)主動(dòng)上報管理員，并自動(dòng)作出預定的制止措施，消除因學(xué)生亂用電器等行為 引發(fā)的火災隱患，減少學(xué)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(mén)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(shí)時(shí)顯示用戶(hù)的用電量，自動(dòng)分析用電明細，如果發(fā)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(dòng)建立文 檔,供管理部門(mén)進(jìn)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(dòng)抄表、遠程充值、電腦自動(dòng)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(wèn)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(shí)該系統可直接與學(xué)校財務(wù)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(mén)的工作效率，該系統實(shí)施后，受到學(xué)校后勤管理部門(mén)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(gè)角度解析高校當下及未來(lái)的用能問(wèn)題及用能需求，在統一的需求下“實(shí)現能源互補、信息互通"等管理模式。助力學(xué)校管理智能化、數字化、綜合化，實(shí)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(kāi)放的分層分布式網(wǎng)絡(luò )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(shí)時(shí)在線(xiàn)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

　　圖1 安科瑞能效管理方案架構拓撲

　　6 學(xué)生宿舍用電管理系統介紹

　　學(xué)生宿舍用電管理系統主要基于2個(gè)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(gè)需要解決的問(wèn)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(fēng)扇，日常的電熱水壺、熱得快，做飯的電飯煲、電磁爐，學(xué)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(cháng)時(shí)間使用后往往會(huì )導致火災。

　　2)設施老化：很多學(xué)校早期修建的宿舍樓，在當時(shí)設計時(shí)，防火等方面做的不規范，宿舍供電線(xiàn)路負荷小，電源插座設計不合理或數量較少，多年使用線(xiàn)路老化等等多方面的原因。宿舍用電設備多，一旦負荷過(guò)大，會(huì )引起火災的隱患。

　　3)為了鼓勵節約用能，學(xué)校宿舍電費水費有一定的基礎補貼，補貼之外的需要學(xué)生自己承擔?；A補貼如何下發(fā)，如何通過(guò)校園一卡通充值都需要由系統來(lái)完成。

　　4)學(xué)生宿舍有作息時(shí)間管理的要求，什么時(shí)候熄燈、開(kāi)燈，那些負荷夜間要關(guān)閉哪些不能關(guān)都需要由系統來(lái)實(shí)現自動(dòng)控制。

　　l微信查詢(xún)功能

　　學(xué)生可以用手機在新中新一卡通微信平臺上，進(jìn)行用電充值、查詢(xún)用電情況。平臺具有用戶(hù)剩余電量微信提醒功能。

　　l分時(shí)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(shí)間相互獨立，可以由學(xué)院根據管理需要決定三條用電回路各自供電時(shí)間。

　　l遠程實(shí)時(shí)抄表計量功能

　　系統應能夠遠程實(shí)時(shí)讀取電能數據，電能數據采用通過(guò)數據網(wǎng)關(guān)上傳至管理計算機。

　　l違章電器實(shí)時(shí)監控識別預警控制

　　系統應具備惡性負載識別功能，自動(dòng)識別學(xué)院規定禁止使用的各類(lèi)違章電器（如熱得快、電吹風(fēng)、電熱毯、暖手煲等）功能，并及時(shí)自動(dòng)斷電。

　　l自動(dòng)恢復供電功能

　　超負荷斷電或使用禁用發(fā)熱電器自動(dòng)斷電后可自動(dòng)恢復供電，自動(dòng)供電時(shí)間可設。管理者可設定自動(dòng)供電的次數，超過(guò)設定次數后系統不能再自動(dòng)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

　　系統能夠實(shí)現總體控制和分類(lèi)控制管理。學(xué)院管理員可以管理全院學(xué)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(hù)計費管理

　　可以進(jìn)行免費基礎電量設置、預購電量、無(wú)費關(guān)斷、用電情況查詢(xún)、退費管理、房間調換進(jìn)行數據轉換、支持中途更換操作員、打印能耗管理報表等。

　　l系統學(xué)習功能

　　自帶不低于30類(lèi)學(xué)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(guò)現場(chǎng)學(xué)習進(jìn)入數據庫。

　　7 硬件選型

　　7.1宿舍預付費平臺

　　8 結束語(yǔ)

　　通過(guò)以上介紹可以看出，校園綜合能效管理平臺安裝簡(jiǎn)單，使用方便，容易管理，且智能化和自動(dòng)化程度高，并可實(shí)施遠程監控。是實(shí)現高校學(xué)生公寓的用電科學(xué)管理，減少校方的管理量，提高控制能力，解決自動(dòng)判斷、自動(dòng)控制 (自動(dòng)斷電供電)、自動(dòng)查違規用電，以及電量?jì)χ涤嬃康葐?wèn)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。

　　【參考文獻】

　　【1】 游飛．高校學(xué)生公寓安全用 電管理技術(shù)分析 [J]．成都航空職業(yè) 技術(shù)學(xué)院學(xué)報 ，2008(6)：42-44

　　【2】 林進(jìn)鵬.蘇少琳 高校學(xué)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(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.