• 关键词：预付费系统,建筑
• 作者：安科瑞程海霞
• 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。

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。

图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。

3 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 时,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"时,启用分时段功率限制功能;当开关值处于“关"时,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。

4 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、电暖器等)、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。

l 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。

l 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。

l 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。

l 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

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.