高校供電系統(tǒng)節(jié)能策略探析

黃勝柱 梁明華

摘要：伴隨著節(jié)能減排觀念的提出及在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，當(dāng)前越來越多人提倡節(jié)能理念。高校作為向社會輸送人才的重要場所，日常用電量較大，為響應(yīng)節(jié)能減排號召，對高校供電系統(tǒng)節(jié)能方法進行研究，總結(jié)有效的供電系統(tǒng)節(jié)能策略，有著非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：高校;供電系統(tǒng);節(jié)能策略

多年來，節(jié)能減排和低碳環(huán)保一直是世界性的主題，當(dāng)前越來越多的人提高了節(jié)電意識，市場上的用電設(shè)備也更強調(diào)節(jié)約的理念，節(jié)能時代的到來是必然趨勢。校園供電系統(tǒng)是高校主要的電力流動系統(tǒng)，其能耗問題也得到越來越多人的重視。

一、高校用電節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計分析

（一）智能用電系統(tǒng)設(shè)計方案

在高校各建筑用電過程中，智能用電系統(tǒng)為節(jié)約電力等帶來革新，當(dāng)前的智能用電系統(tǒng)硬件組成部分包括電源電路、通信電路、控制電路、光照檢測、強度檢測等等，電源電路指的是將電源轉(zhuǎn)變5V與24V傳輸控制接口，通過連接主控板的芯片達到提供電力的效果，過程中需避免掉電產(chǎn)生其他影響，因此要保存?zhèn)溆秒娫矗⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)保護延時開啟。而測量控制電路則有采集電路、繼電器控制，其中包含有電壓、單片機、電流互感器、鎖存電路、繼電器驅(qū)動等等，以上的器件合成下在液晶顯示器中反映出功率與累計的電量，上位機傳出命令并接收后，信息就能傳輸?shù)椒?wù)器中。

（二）電源模塊設(shè)計

控制系統(tǒng)中低壓電由芯片提供，目前電力電子發(fā)展已產(chǎn)生電源開關(guān)影響，且應(yīng)用在電力、軍工儀表等諸多行業(yè)，因電源體系較小、低耗能、效率高等優(yōu)勢，成為開關(guān)電源的首選。供電系統(tǒng)采用的開關(guān)電源屬于雙輸出直流電源，輸入端是電工頻，輸出端包括好幾類，進行接線時可隨機選擇輸入，通過內(nèi)部的線路傳輸后在輸出端獲得穩(wěn)定直流電壓。電壓產(chǎn)生的作用有兩點，一是由電壓轉(zhuǎn)變電路供電芯片，二是光照檢測電路主控電源。電源輸出直流電壓再經(jīng)過雙二極管進行降壓，轉(zhuǎn)換電流，耦合電容，待電壓穩(wěn)定后將電源芯片輸入相連，為芯片供電。此外還可以經(jīng)過電源穩(wěn)壓塊轉(zhuǎn)變源頭，從而直接為單片機集成芯片進行供電。

（三）主電路設(shè)計

首先是STC單片機和外圍電路。前者包括兩組I/O口，與串口輸入與串口輸出相互連接，主板以ADl674信號采集電路，構(gòu)成通信模塊，后者包含有液晶顯示接口和接口板控制口等。其次是外擴RAM，如果是STCl2C5A32S2集成1280字節(jié)SRM，還無法進行負(fù)載識別，要實現(xiàn)其功能的應(yīng)用效果就需要放入RAM到負(fù)載諧波特征值矩陣中，以達到外擴單片機的作用。比如可應(yīng)用程序運行數(shù)據(jù)等隨機存儲器來存放，盡管具有存儲快的優(yōu)勢，但比較容易丟失，可選擇的芯片應(yīng)用較多。設(shè)計的節(jié)能系統(tǒng)中采用的是8K×8SRAM芯片，其單機片擴展連接需使用振蕩驅(qū)動電路，連接晶片與電容，對應(yīng)數(shù)量分別是1和2，再將其與地址鎖存器件相連，與單片機系統(tǒng)總線進行擴展，從而達到連接6264的目的。再者是數(shù)據(jù)的儲存，是對一些單路用戶用電信息和較為重要的信息進行處理，確定在斷電的過程中所需要的信息還能完好地保存，那么進行系統(tǒng)的設(shè)計時就要應(yīng)用FM24C256的鐵電芯片，并在其中將鋰電池存放，就能進行存儲。另外還有時鐘電路，其穩(wěn)定性的保持有助于確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，還能幫助人們查詢電量并進行很好的電能管理。設(shè)計中應(yīng)用的是DS系列的時鐘芯片，具有高精準(zhǔn)度的優(yōu)勢，通?？蛇_到0.01秒，還能避免如普通時鐘采樣過程可能出現(xiàn)的各種問題。只要主要控制電路正常，那么芯片就能確保正常工作，且有電源作保證，一旦電源失電，還能及時啟動備用電源（如設(shè)計圖1所示）。

（四）測控電路模塊設(shè)計

首先是電量信號采集電路，所應(yīng)用的計量控制柜必須處理管轄負(fù)載用電信息并進行計算，采集的過程中主要是為互感器轉(zhuǎn)變電信號，從而形成模擬值信號，結(jié)合4051電子開關(guān)將其與信號AD1674進行聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，達到目的后再將數(shù)據(jù)進行傳輸，直到傳輸?shù)絾纹瑱C當(dāng)中，電源進線采用三相四線制，根據(jù)電壓分相計量采樣電流，如圖2所示。電流采樣經(jīng)4051多路開關(guān)選擇，再由之路地址輸入。結(jié)合實際的測量值，掌握相應(yīng)的相電壓浮動范圍后，電壓互感器原邊線圈與電阻和電位器串聯(lián)，調(diào)節(jié)電位器后，如果電壓原邊線輸入電壓值后，而兩端電壓保持為IV，那么就能得到原邊線圈串聯(lián)電阻值，見圖3。

其次是繼電器控制方面，繼電器控制電路包括選擇比較電路、施密特鎖存電路和繼電器控制電路，可采用繼電器吸和斷開控制管轄負(fù)載，工作人員要選擇好電路，再傳輸8255單片機信息，而4051則由74LSl39控制，選擇地址后就能完成其他繼電器操作工作。施密特鎖存路則以4051輸出高低電平信號為主，在電路控制繼電器的操作過程中控制信息，如圖4所示。在鎖存電路狀態(tài)下，要通過74HC04反向門搭建形成，可以選擇滯回比較器，從而達到抗干擾的作用，這樣電頻的輸出才會更穩(wěn)定，還有助于減少外界噪音對此產(chǎn)生的影響。如果輸入端電壓門限電出現(xiàn)波動的情況，這又與比較器功能的發(fā)揮有關(guān)，波動干擾不會影響繼電器斷開，于是就降低了錯誤動作的發(fā)生率，提高可靠性。繼電器控制電路包括繼電器、NPN驅(qū)動三極管、指示燈、保護電阻等，進行控制電路過程中聯(lián)系出口和施密特電路，聯(lián)通輸出端口，在吸和作用下負(fù)載得電放光LED點亮。

（五）光照強度檢測計設(shè)計

這個環(huán)節(jié)是供電系統(tǒng)最為節(jié)能的環(huán)節(jié)，其中包括有光敏電阻，應(yīng)用在對光照速度情況的感知上，以差分方大電路的方式進行控制。進行設(shè)計時，要注意光照靈敏度電阻遮擋的可能，于是被曝光，降低外部光強的情況下對應(yīng)的光敏阻值將增加，保護繼電器一次線圈得電，以觸點吸和。如果光強升高，那么阻值就會減小，輸出電平降低，線圈失去電量，觸點斷開，這時就會達到自動控制照明的效果。

二、高校供電節(jié)能的實現(xiàn)分析

（一）高校用電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

高校用電過程要做好監(jiān)控工作，監(jiān)控時系統(tǒng)會收集能耗數(shù)據(jù)，通過控制硬件完成，傳入實時信息，從而掌握水耗、暖能耗和電耗的情況，提高對能耗的控制能力。其中系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)備有以下幾種。首先是智能表，支持高校正反向電能計量的應(yīng)用，結(jié)合高校電能計量的具體情況進行結(jié)算，存儲重要數(shù)據(jù)，如水電氣的記錄、半小時內(nèi)的負(fù)荷量曲線、日月電能負(fù)荷曲線、能耗曲線、故障下負(fù)荷控制與管理需求等等。另一個繼電器則主要用在輔助控制的功能上，不會正常用電造成影響。智能表的應(yīng)用有重要的功能，包括電能計量功能、測量功能、計算最大需求量功能、分時計量功能、方案應(yīng)用切換功能、結(jié)算功能、記錄事件功能、負(fù)荷曲線記錄功能。其中負(fù)荷曲線記錄功能是根據(jù)用戶的具體需求對電氣量作詳細(xì)的保存，智能化實現(xiàn)六種電氣量數(shù)據(jù)，還有三種可視化讀取方式，可記錄最早、給定、最近時間線，并設(shè)定零或早于系統(tǒng)當(dāng)前時間的負(fù)荷起錄時間，對應(yīng)的圖示就可將當(dāng)下當(dāng)做第一個記錄點，避免出現(xiàn)負(fù)荷起錄時間大于當(dāng)下記錄時間的情況，這時工作人員獲取的曲線圖就會從第一次的時間記錄延續(xù)到當(dāng)前的記錄。應(yīng)用智能表進行工作，其原理則需應(yīng)用單片機、接口設(shè)備、芯片等來反映，計量芯片能夠確保電壓采集電流與流互電流轉(zhuǎn)換下形成數(shù)字信號，再通過數(shù)字積分運算將最終的值精確計算出來，如果還有無功電能、有功電能等需要處理，則還需應(yīng)用單片機對其進行處理，轉(zhuǎn)入結(jié)果為存儲區(qū)，和外部信息及相關(guān)數(shù)據(jù)作交換。

（二）用電設(shè)備節(jié)能管理

用電設(shè)備管理也是節(jié)能的重要手段，具體操作上可以以下的方式實施。首先，高校工作人員要對高校內(nèi)所有的用電設(shè)備記錄數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)測工作，確保完全掌握用電的情況，且相關(guān)信息能夠及時準(zhǔn)確反饋發(fā)送到學(xué)校的管理中心進行記錄和處理，制定節(jié)能方案。高校管理人員需要檢測到所掌握的負(fù)荷數(shù)據(jù)和整體的趨勢進行預(yù)測，科學(xué)調(diào)度供電系統(tǒng)，比如系統(tǒng)自動改變、顯示配電所運行方式，切斷負(fù)載變壓器再與聯(lián)絡(luò)線供電相連，有助于一定程度降低變壓器損耗的問題，調(diào)整電壓，提高電能的質(zhì)量。高校供電系統(tǒng)組成包含通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程采集子系統(tǒng)、節(jié)能管理中心。其中，通訊網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、多功能網(wǎng)絡(luò)控制器和光纖交換機，不但能連接其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和太網(wǎng)、RS-485方式，還能單獨作為站點使用。遠(yuǎn)程采集子系統(tǒng)包含變頻器、動力設(shè)備、變壓器、照明設(shè)備、不間斷電源所產(chǎn)生的電壓、電流與功率，一般計入28項電參數(shù)，均需要進行采集，系統(tǒng)會將信息進行傳輸，一直到前端機。節(jié)能管理中心中系統(tǒng)軟件與中央服務(wù)器發(fā)揮重要作用，其所處位置在于能源管理中心，應(yīng)用太網(wǎng)獲取各點原始數(shù)據(jù)，整理分析并進行儲存后分析用電情況與能耗情況，還能自動繪制形成曲線圖表，給出相應(yīng)的建議。最后將其創(chuàng)建形成動態(tài)化的數(shù)據(jù)庫，進一步作分析后發(fā)送給管理人員，管理人員只需要通過密碼登錄就能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，還會顯示獲取數(shù)據(jù)的時間、名稱、電力參數(shù)、報表等等。如果是實驗室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、室內(nèi)溫度、給排水系統(tǒng)等，節(jié)能的效果就要轉(zhuǎn)為自動化集中管理的方法，這時需應(yīng)用集成化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與相關(guān)技術(shù)，對各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)測和管理也對電能進行高效應(yīng)用，才能達到節(jié)能的效果。而高校節(jié)能系統(tǒng)中所包含的BEMS建筑能源管理系統(tǒng)，還能在應(yīng)用控制器設(shè)備、變送器設(shè)備和傳感器設(shè)備，將具備功能的模塊形成一個完整的局域網(wǎng)，從而達到很好的更新、維護系統(tǒng)的作用，這個過程和操作不會對高校供電系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，反而通過控制器與BAc net/IP網(wǎng)絡(luò)的連接，在智能化和專業(yè)化中央管理器的控制下進行統(tǒng)一管理與調(diào)度，從而確保供電系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)的達成。

三、結(jié)語

綜上所述，節(jié)能降耗、節(jié)能減排是近些年世界范圍內(nèi)所提倡議題，也是各領(lǐng)域各行業(yè)爭相落實的重要工作，要達到節(jié)能減排降耗的目標(biāo)，與人們的生活生存息息相關(guān)，而將其應(yīng)用在發(fā)展人才、培養(yǎng)人才的高校中，具有十分重要的意義，除了為各大高校節(jié)能減耗之外，還能發(fā)揮很好的示范性作用。本文通過對高校用電系統(tǒng)的實現(xiàn)方式、供電系統(tǒng)節(jié)能的應(yīng)用方法和管理方法進行分析，探討節(jié)能效果，以為高校供電系統(tǒng)節(jié)能工作提供策略，為相關(guān)管理者和研究者提供有效的參考價值。