徐華1 周正波2 畢博3 宗壽鬆3 楊立海3
（1. 清華大學建築設計研究院有限公司 北京 100084）
（2. 四川省建築科學研究院 四川成都 610084）
（3.安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801)
摘要： 針(zhen)對(dui)高(gao)校(xiao)學(xue)生(sheng)宿(xiu)舍(she)用(yong)電(dian)管(guan)理(li)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)以(yi)及(ji)安(an)全(quan)用(yong)電(dian)的(de)管(guan)理(li)需(xu)求(qiu)，設(she)計(ji)了(le)一(yi)種(zhong)學(xue)生(sheng)宿(xiu)舍(she)安(an)全(quan)用(yong)電(dian)智(zhi)能(neng)管(guan)理(li)終(zhong)端(duan)。測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，智(zhi)能(neng)管(guan)理(li)終(zhong)端(duan)可(ke)快(kuai)速(su)識(shi)別(bie)接(jie)入(ru)宿(xiu)舍(she)回(hui)路(lu)的(de)惡(e)性(xing)負(fu)載(zai)，組(zu)合(he)控(kong)製(zhi)邏(luo)輯(ji)共(gong)同(tong)對(dui)宿(xiu)舍(she)用(yong)電(dian)進(jin)行(xing)監(jian)控(kong)，以(yi)滿(man)足(zu)學(xue)校(xiao)後(hou)勤(qin)管(guan)理(li)部(bu)門(men)對(dui)學(xue)生(sheng)宿(xiu)舍(she)的(de)用(yong)電(dian)管(guan)理(li)需(xu)求(qiu)。
關鍵詞： 宿舍用電；智能管理；邏輯控製；負載識別
0 引言
隨著社會經濟的發展及學生公寓的普及，學生宿舍的用電情況發生了巨大變化。科學、合he理li地di管guan理li學xue生sheng宿xiu舍she的de用yong電dian，成cheng為wei學xue校xiao後hou勤qin管guan理li部bu門men麵mian臨lin的de一yi個ge十shi分fen重zhong要yao的de課ke題ti。綜zong合he調tiao查zha比bi較jiao學xue校xiao學xue生sheng宿xiu舍she的de用yong電dian情qing況kuang，總zong結jie學xue校xiao用yong電dian管guan理li有you以yi下xia幾ji個ge需xu求qiu：
（1）電(dian)力(li)商(shang)品(pin)化(hua)。傳(chuan)統(tong)限(xian)時(shi)限(xian)量(liang)的(de)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)和(he)從(cong)住(zhu)宿(xiu)費(fei)中(zhong)平(ping)均(jun)收(shou)取(qu)電(dian)費(fei)的(de)方(fang)法(fa)不(bu)適(shi)應(ying)現(xian)在(zai)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)日(ri)趨(qu)增(zeng)多(duo)的(de)需(xu)求(qiu)，采(cai)取(qu)按(an)需(xu)購(gou)電(dian)的(de)方(fang)式(shi)實(shi)行(xing)電(dian)力(li)商(shang)品(pin)化(hua)是(shi)勢(shi)在(zai)必(bi)行(xing)的(de)管(guan)理(li)手(shou)段(duan)。
（2）用電安全。為避免學生在使用非安全用電設備時引起火災情況，所以應考慮超負荷及惡性負載識別自動斷電的控製措施。
（3）按需控製。為培養學生良好的生活習慣，規範學生的作息，應結合學校管理需求對學生宿舍的用電回路實施定時控製。
本文設計一種學生宿舍安全用電智能管理終端，以滿足學校後勤管理部門對學生宿舍的用電管理需求。
1 功能設計
結合計量計費、智能監控及識別、斷送電控製管理的要求，宿舍安全用電智能管理終端設計功能如下：
（1）累加計量總用電量，遞減計量剩餘電量；
（2）可實時檢測電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數等電力參數；
（3）支持對3個輸出回路（如照明、插座、空調）作獨立控製；
（4）支持預付費控製、負載識別控製、時間控製、強製控製等4種邏輯控製功能；
（5）可查詢各種日誌記錄。
2 硬件組成
宿舍安全用電智能管理終端采用專用功能的微控製單元（Micro Control Unit，MCU）設計。整機的硬件係統實現依據各個功能模塊而展開，包含微處理器、電阻分壓網絡電壓采樣、電流互感器電流采樣、三路磁保持繼電器控製輸出、鐵電數據存儲、液晶顯示、按鍵輸入、有功電能脈衝指示輸出等。硬件組成如圖1所示。
圖1 硬件組成
3 軟件設計
3.1 主程序流程
主程序作時間片及事件的觸發條件來管理各個不同的功能模塊。主程序軟件流程如圖2所示。
圖2 主程序軟件流程
3.2 負載限製及負載識別算法
當學生使用純阻性負載的違規電器（惡性負載）時，極易導致電器火災等安全事故，對學生的生命和財產安全造成影響；當學生使用過多的常規電器，但累加用電負荷過高，同樣會造成安全事故。
因此，該管理終端從最大功率限製和惡性負載識別兩方麵需求出發來決定負載控製結果，以保證宿舍用電安全。
最大功率限製的方法比較簡單，若所有負載功率和超過總功率最大值，則判斷為功率超限，必須切斷宿舍供電回路。
對dui於yu惡e性xing負fu載zai的de判pan斷duan，若ruo也ye采cai用yong總zong功gong率lv判pan斷duan的de方fang法fa，則ze不bu能neng夠gou被bei準zhun確que識shi別bie。測ce試shi小xiao功gong率lv純chun阻zu性xing惡e性xing負fu載zai工gong作zuo特te性xing時shi，可ke發fa現xian其qi功gong率lv因yin數shu很hen高gao。但dan若ruo直zhi接jie測ce試shi宿xiu舍she總zong供gong電dian回hui路lu功gong率lv因yin數shu並bing不bu會hui很hen高gao，故gu本ben設she計ji終zhong端duan采cai取qu增zeng量liang判pan斷duan法fa，即ji實shi時shi檢jian測ce用yong電dian回hui路lu功gong率lv因yin數shu增zeng量liang，作zuo為wei判pan斷duan惡e性xing負fu載zai的de依yi據ju。在zai宿xiu舍she總zong用yong電dian回hui路lu總zong功gong率lv為wei超chao限xian的de情qing形xing下xia，功gong率lv因yin數shu增zeng量liang超chao過guo最zui大da設she定ding值zhi，則ze判pan斷duan為wei惡e性xing負fu載zai接jie入ru。功gong率lv因yin數shu增zeng量liang為wei
式中：PN——當前有功功率；
PL——上一時刻有功功率；
ΔP——有功功率增量；
QN——當前無功功率；
QL——上次無功功率；
ΔQ——無功功率增量。
3.3 邏輯控製方式。
3.3.1 強製控製
高校宿舍中有部分宿舍會安排給相關管理人員和留學生住宿。這些宿舍往往是不切斷電供電且沒有負載、時shi間jian限xian製zhi等deng。這zhe種zhong情qing況kuang下xia，強qiang製zhi控kong製zhi功gong能neng打da開kai，則ze其qi他ta的de控kong製zhi功gong能neng將jiang不bu起qi作zuo用yong。另ling外wai，高gao校xiao在zai有you大da型xing活huo動dong安an排pai時shi，需xu要yao對dui各ge宿xiu舍she回hui路lu做zuo統tong一yi的de斷duan送song電dian處chu理li，也ye需xu通tong過guo強qiang製zhi控kong製zhi功gong能neng實shi現xian。
3.3.2 時間控製
高校學生較多，為統一安排作息，需統一按時通/斷電，例如06:00~08:00為學生早晨起床洗漱時間，應保持照明和插座回路處於通電狀態；08:00~11:00為學生上課時間，學生一般不在宿舍，切斷所有回路；23:00~06:00為學生休息時間，應切斷照明用電，但保證插座和空調用電回路正常供電；在周末，08:00~23:00，一般學生不用上課，大多數時間均在宿舍，此時應保證所有相關回路供電。
終端為照明、插座、空調回路均提供獨立的兩套控製時段表，方便學校管理部門根據實際情況在不同的時刻控製不同的回路通/斷電，滿足定時控製管理的要求。
3.3.3 負載控製
終端為宿舍用電總回路提供負載控製，可識別惡性負載並迅速作出響應。
3.3.4 預付費控製
終zhong端duan配pei合he遠yuan程cheng預yu付fu費fei售shou電dian管guan理li係xi統tong可ke實shi現xian先xian交jiao費fei後hou用yong電dian的de功gong能neng。學xue生sheng可ke根gen據ju宿xiu舍she用yong電dian情qing況kuang自zi行xing充chong值zhi，用yong以yi保bao證zheng宿xiu舍she正zheng常chang用yong電dian。當dang學xue生sheng用yong完wan充chong值zhi的de電dian能neng後hou，終zhong端duan會hui自zi行xing切qie除chu宿xiu舍she用yong電dian。學xue生sheng若ruo及ji時shi充chong值zhi，可ke及ji時shi恢hui複fu供gong電dian。
3.3.5 組合控製
以上4種邏輯控製方式可單獨使用，也可組合使用。終端可根據強製控製、時間控製、負載控製、預付費控製的組合控製邏輯及優先級共同決定供電輸出回路的通或斷。
組合控製邏輯如圖 3所示。
圖3 組合控製邏輯
4 試驗結果
惡性負載識別測試結果如表1所示。
由表1可知，管理終端可快速識別學生接入宿舍回路的惡性負載，並給出分閘命令。組合控製邏輯如表2所示，可實現時間段控製、負載控製、預付費控製等組合邏輯控製，共同對宿舍進行用電監控。
5 結語
該學生宿舍用電管理終端具備計量、監測、kongzhigongneng，nenggoujiangdixuexiaodengguanlifangmiandianfeishouqunandu，tigaogongzuoxiaolv，shixianyouhuayunxing，youxiaojieyuedianneng，bingweiyonghudeheliguanlitigongshujuyiju，shiyitaoqieshikexingdeyonghuduandiannengshoufeiguanlixitong。
文章來源：《現代建築電氣》2015年5期。
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表1 惡性負載識別測試結果
表2 組合控製邏輯
