多功能智能電能表在高校學生宿舍中的應(yīng)用

溫金保

摘 要：學生宿舍使用機械式電能表和普通智能電能表存在許多問題，為滿足學生宿舍用電管理在智能用電管控、智能收費管理和用電情況統(tǒng)計分析等方面的需求，新建學生宿舍將使用多功能智能電能表?，F(xiàn)分析了多功能智能電能表及其配套軟件的功能特點，設(shè)計了宿舍配電箱系統(tǒng)圖、電能表箱系統(tǒng)圖和遠程抄表系統(tǒng)圖。

關(guān)鍵詞：學生宿舍;配電系統(tǒng);多功能智能電能表

0 引言

當前，學校招生規(guī)模不斷擴大，為滿足學生住宿需求，將新建兩棟宿舍樓。學生宿舍人員密集，用電情況復雜，學生宿舍的電能表和配電系統(tǒng)既要能滿足學生用電需求，又要能滿足學校用電管理需求，實現(xiàn)安全、節(jié)能用電。

1 學生宿舍用電管理需求

1.1? ? 智能用電管控

識別學生是否使用大功率電器，比如燒水壺、電熱棒等，在識別有宿舍使用大功率電器后，立刻斷電;對宿舍進行分時段供電控制，比如在周一至周五23：00對各宿舍的燈管（除陽臺和衛(wèi)生間的燈管）停電;根據(jù)學校的規(guī)定對各宿舍空調(diào)供電，比如上課期間空調(diào)不供電、天氣低于某個溫度時不供電。具體要求如表1所示。

對電器的識別較為復雜，識別的方法大致可分為時域法和頻域法兩類。時域分析方法主要包括總功率限定法、瞬時功率增加法、波形比較法等，頻域分析方法主要包括基于小波變換識別法、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)識別法以及小波變換和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法等[1-3]。

1.2? ? 智能收費管理

后勤人員可通過用電管理系統(tǒng)查看各宿舍的人員信息、電費收繳記錄、余額;設(shè)置電價，設(shè)置每間宿舍每月免費用電的度數(shù);通過電子屏、短信等發(fā)送停電信息、各宿舍欠費信息等，對欠費宿舍可自動或手動停電。學生可通過網(wǎng)站、微信公眾號等查詢繳費記錄、余額，可通過IC卡、微信、支付寶等方式繳費。

1.3? ? 用電情況統(tǒng)計分析

后勤人員通過管理系統(tǒng)，能統(tǒng)計各棟宿舍、整個校園不同時段、不同月份、不同季節(jié)的用電情況，對數(shù)據(jù)進行分析，為學生宿舍管理提供參考數(shù)據(jù)。

2 機械式電能表及配電系統(tǒng)

某棟學生宿舍已投入使用多年，使用機械式電能表，其低壓配電系統(tǒng)圖如圖1所示，電路分為照明、普通插座、空調(diào)插座和備用。照明電路沒有區(qū)分宿舍大燈管和衛(wèi)生間、陽臺燈管，機械式電能表又沒有這一路電線的定時功能，沒法按學校的作息時間對照明電路實現(xiàn)自動通斷電;普通插座可以接各種電器，無法限制燒水壺等電器的使用;無法實現(xiàn)對空調(diào)通電時間的控制;機械式電能表無通信功能，需人工抄表、收費，費時耗力且容易出錯，無法實現(xiàn)智能用電管控、智能收費管理。

3 普通智能電能表及配電系統(tǒng)

某棟學生宿舍使用普通智能電能表并配有管理軟件，其宿舍配電箱系統(tǒng)圖如圖2所示，電能表箱系統(tǒng)圖如圖3所示。宿舍配電箱出線電路分為宿舍燈具照明、陽臺及衛(wèi)生間照明、吸頂搖頭風扇、普通插座、空調(diào)。

3.1? ? 普通智能電能表及管理軟件

普通智能電能表可以向管理軟件傳輸信息，用電需預付費，欠費則停電，不需要人工抄表，學生可到繳費辦公室人工繳費或通過微信公眾號繳費。管理軟件有用戶管理模塊、電費充值及查詢模塊、統(tǒng)計分析模塊，可以實現(xiàn)智能收費管理和用電情況統(tǒng)計分析。普通智能電能表及配套管理軟件無法實現(xiàn)宿舍照明燈具的定時供電，無法識別禁止使用的電器。

3.2? ? 定時器

普通智能電能表無法給宿舍照明定時供電，在宿舍燈管供電回路安裝定時器，可以按學校的作息時間要求設(shè)定通電時間，但定時器的設(shè)置需人工操作，而且學校調(diào)整作息時間時又需人工設(shè)置，很不方便。

3.3? ? 限量用電控制器

學校后勤管理人員將不能在學生宿舍使用的電器通常稱為“違規(guī)電器”。為使學生不能使用違規(guī)電器，需對違規(guī)電器進行控制。因普通智能電能表不能識別違規(guī)電器，在普通插座和空調(diào)插座的線路上安裝限量用電控制器。限量用電控制器根據(jù)接入電路中各種電器具有不同的電流波形來識別電器，當接入如電熱棒、電磁爐、燒水壺等違規(guī)電器時，立即斷電，在撤除違規(guī)電器后，可自動恢復供電。限量用電控制器可以設(shè)置允許使用電器的總功率，當接入的電器太多、超過設(shè)定值時，可自動停止供電。但總功率在限量用電控制器出廠時就設(shè)定好，使用時不能更改，對于違規(guī)電器的可識別種類也有限。

4 多功能智能電能表及配電系統(tǒng)

為實現(xiàn)學生宿舍用電管理的用電智能管控、智能收費管理、用電情況統(tǒng)計分析，新建的學生宿舍將使用多功能智能電能表及配套管理軟件。

4.1? ? 多功能智能電能表功能

多功能智能電能表具有以下功能：（1）網(wǎng)絡(luò)通信功能，電能表提供RS485接口，可直接組建RS485通信網(wǎng)絡(luò)或通過轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)其他通信方式的組網(wǎng);（2）用戶可采用三回路供電，將電能表的3條出線提供給1個學生宿舍使用，用電量可合并計算，但每條供電線路參數(shù)可分別設(shè)置，實現(xiàn)獨立控制;（3）根據(jù)學校安排每月贈予每間學生宿舍一定電量，并累加至剩余電量中;（4）斷電事件記錄功能，電能表將記錄每戶電能表最后一次斷電的時間和斷電原因，比如欠費斷電、過載保護斷電、使用違規(guī)電器斷電等，便于管理人員查詢用戶的斷電情況;（5）違規(guī)電器識別功能，特許負載允用功能;（6）預付費功能，用戶需先購電后用電，欠費斷電，繳費方式多樣，可通過微信等繳費;（7）控制功能，內(nèi)部有繼電器，可以控制及監(jiān)控用戶用電;（8）定時斷送電（開關(guān)）功能，根據(jù)每個時間段的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)對用戶的定時通斷電控制。

4.2? ? 管理軟件功能

管理軟件包括多個模塊：

（1）日常工作模塊。