學生宿舍用電智能管理終端設計

更新時間：2015-08-21　點擊次數(shù)： 1836次

徐華1 周正波2 畢博3 宗壽松3 楊立海3

（1. 清華大學建筑設計研究院有限公司北京 100084）

（2. 四川省建筑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：針對高校學生宿舍用電管理的復雜性以及用電的管理需求，設計了種學生宿舍用電智能管理終端。測試結(jié)果表明，智能管理終端可快速識別接入宿舍回路的惡性負載，組合控制邏輯共同對宿舍用電進行監(jiān)控，以滿足學校后勤管理部門對學生宿舍的用電管理需求。

關鍵詞：宿舍用電；智能管理；邏輯控制；負載識別

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及學生公寓的普及，學生宿舍的用電情況發(fā)生了巨大變化。科學、合理地管理學生宿舍的用電，成為學校后勤管理部門面臨的個十分重要的課題。綜合調(diào)查比較學校學生宿舍的用電情況，總結(jié)學校用電管理有以下幾個需求：

（1）電力商品化。傳統(tǒng)*的供電方式和從住宿費中平均收取電費的方法不適應現(xiàn)在用電設備日趨增多的需求，采取按需購電的方式實行電力商品化是勢在必行的管理手段。

（2）用電。為避免學生在使用非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制措施。

（3）按需控制。為培養(yǎng)學生良好的生活習慣，規(guī)范學生的作息，應結(jié)合學校管理需求對學生宿舍的用電回路實施定時控制。

本文設計種學生宿舍用電智能管理終端，以滿足學校后勤管理部門對學生宿舍的用電管理需求。

1 功能設計

結(jié)合計量計費、智能監(jiān)控及識別、斷送電控制管理的要求，宿舍用電智能管理終端設計功能如下：

（1）累加計量總用電量，遞減計量剩余電量；

（2）可實時檢測電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等電力參數(shù)；

（3）支持對3個輸出回路（如照明、插座、空調(diào)）作獨立控制；

（4）支持預付費控制、負載識別控制、時間控制、強制控制等4種邏輯控制功能；

（5）可查詢各種日志記錄。

2 硬件組成

宿舍用電智能管理終端采用功能的微控制單元（Micro Control Unit，MCU）設計。整機的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)依據(jù)各個功能模塊而展開，包含微處理器、電阻分壓網(wǎng)絡電壓采樣、電流互感器電流采樣、三路磁保持繼電器控制輸出、鐵電數(shù)據(jù)存儲、液晶顯示、按鍵輸入、有功電能脈沖指示輸出等。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(fā)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 負載限制及負載識別算法

當學生使用純阻性負載的違規(guī)電器（惡性負載）時，極易導致電器火災等事故，對學生的生命和財產(chǎn)造成影響；當學生使用過多的常規(guī)電器，但累加用電負荷過高，同樣會造成事故。

因此，該管理終端從zui大功率限制和惡性負載識別兩方面需求出發(fā)來決定負載控制結(jié)果，以保證宿舍用電。

zui大功率限制的方法比較簡單，若所有負載功率和超過總功率zui大值，則判斷為功率超限，必須切斷宿舍供電回路。

對于惡性負載的判斷，若也采用總功率判斷的方法，則不能夠被準確識別。測試小功率純阻性惡性負載工作特性時，可發(fā)現(xiàn)其功率因數(shù)很高。但若直接測試宿舍總供電回路功率因數(shù)并不會很高，故本設計終端采取增量判斷法，即實時檢測用電回路功率因數(shù)增量，作為判斷惡性負載的依據(jù)。在宿舍總用電回路總功率為超限的情形下，功率因數(shù)增量超過zui大設定值，則判斷為惡性負載接入。功率因數(shù)增量為

式中：PN——當前有功功率；

PL——上時刻有功功率；

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 邏輯控制方式。

3.3.1 強制控制

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、時間限制等。這種情況下，強制控制功能打開，則其他的控制功能將不起作用。另外，高校在有大型活動安排時，需要對各宿舍回路做統(tǒng)的斷送電處理，也需通過強制控制功能實現(xiàn)。

3.3.2 時間控制

高校學生較多，為統(tǒng)安排作息，需統(tǒng)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于通電狀態(tài)；08:00~11:00為學生上課時間，學生般不在宿舍，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(diào)用電回路正常供電；在周末，08:00~23:00，般學生不用上課，大多數(shù)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(diào)回路均提供獨立的兩套控制時段表，方便學校管理部門根據(jù)實際情況在不同的時刻控制不同的回路通/斷電，滿足定時控制管理的要求。

3.3.3 負載控制

終端為宿舍用電總回路提供負載控制，可識別惡性負載并迅速作出響應。

3.3.4 預付費控制

終端配合遠程預付費售電管理系統(tǒng)可實現(xiàn)先交費后用電的功能。學生可根據(jù)宿舍用電情況自行充值，用以保證宿舍正常用電。當學生用完充值的電能后，終端會自行切除宿舍用電。學生若及時充值，可及時恢復供電。

3.3.5 組合控制

以上4種邏輯控制方式可單獨使用，也可組合使用。終端可根據(jù)強制控制、時間控制、負載控制、預付費控制的組合控制邏輯及先級共同決定供電輸出回路的通或斷。

組合控制邏輯如圖 3所示。