試論機關節約型用電控制方法分析

福建省漳州市工商行政管理局 羅勇明

所謂的“用電負荷”主要指的是用電設備或者線路中所通過的電流或電功率。在進行供電設計過程中，應先對用電單位所需的用電量情況進行初步了解。對于用電單位而言，其運行中的用電設備用電負荷情況往往處于動態變化過程中，但是，用電負荷不能夠大于各設備的總體額定容量。如果以各設備的總額定容量為依據，對變壓器、電線、電纜以及開關電器等進行確定，將會導致設備及投資的大量浪費；相反，則會造成電線、電纜、變壓器以及開關電器存在過熱等風險，進而導致設備及線路絕緣提前出現老化或損壞等情況。因此，必須針對用電單位的用電現狀進行分析，了解其供電容量情況，并借助于高效的用電控制系統及方法，實現機關用電設備的有效運行及充分利用，從而達到節約用電的目的。

1.機關單位的用電現狀分析

對于不同行業而言，其用電性質也各不相同，因此，用電負荷情況也存在著較大的差別。對于機關單位而言，其用電設備主要包括電腦、空調、飲水及照明等相關設備，因此，每個辦公室所產生的用電負荷6KW左右。因此，在對變壓器容量負荷進行考慮時，必須認識到用電設備開啟時間及用電負荷特殊性等方面的問題，合理進行機關供電設備的選擇，確保供電設備運行過程的安全性及有效性。但是，應注意的是，供電設備投資較大，也很難得到充分的利用，因此，很難滿足機關單位經濟性運行等方面的發展要求。經分析機關單位的用電情況可知：在上班期間，單位用電負荷最大，為用電高峰階段。下班后，單位用電負荷迅速降至最低水平，處于用電的低谷階段，只有少數值班人員需要使用電腦及照明等設備。且機關單位的用電設備并非全年使用，節假日及周末均未停用，因此，必須以機關用電的變化規律為依據，來設計有效的節約型用電控制系統，盡可能實現用電設備的充分利用。

2.節約型用電控制系統的設計方案分析

機關可以通過智能電網實現用電負荷的有效配置，以實現降低用電成本、提高設備使用效率的目標。本文所設計的節約型用電控制系統是以智能電表為基礎展開的，該系統僅需一個互聯網接口即可實現對機關用電設備的智能化控制，且所設計系統簡單、易操作、即時性高，具有一定的應用價值。

圖1 機關節約型用電控制系統原理圖

本文所設計的節約型用電控制系統主要包括如下三個部分：用電控制中心、模擬電表及智能化開關等。其主要具有如下功能：在機關單位對用電設備的遠程化控制。系統原理圖見圖1所示。

由圖1可知：模擬電表將單片機作為MCU，經串口同用電控制中心之間進行數據的傳輸。用電控制中心將Mini 2440作為平臺，并將嵌入式linux及web服務器移植入，用以支撐系統的軟件平臺。此外，借助于大量的GPIO口帶動無線發送模塊將控制信息傳至智能開關中，智能開關以單片機作為MCU，經無線接收模塊對相關控制信息進行接收，并借助于繼電裝置來對機關單位的用電設備進行控制。

3.節約型用電控制系統的硬件設計

3.1 模擬電表模塊的設計

模擬電表主要負責從供電公司獲取即時電價信息，并將其傳送至用電控制中心中，為便于程序的調試及下載，本文采用的是AT89S52單片機，以其為模擬電表的MCU，經串口將即時電價信息傳送至用電控制中心中。

3.2 用電控制中心模塊的設計

用電控制中心能夠從電表中獲取即時電價信息，經瀏覽器獲取機關單位所輸入的用電設備控制信息，經與之相連的無線傳輸模塊，將這些控制信息傳送至智能開關中。用電控制中心采用的是Mini2440開發板為其硬件平臺，主芯片為Samsung S3C2440A，前端需經串口同模擬電表進行相互通信，后端需經SPI接口連接無線發送模塊進行相互通信。其中，用電控制中心串口主要采用的是Mini2440開發板上的CON1。

3.3 智能開關的設計

對于智能開關而言，其主要負責對即時電價控制或遠程控制命令進行接收和解析，并以此為依據對機關單位的用電設備進行開關等操作，其原理圖見圖2。

圖2 智能開關原理圖

由圖可知，智能開關主要是借助于無線通信模塊對從用電控制中心所發送過來的控制信號進行接收的，智能開關MCU對所接收信號進行解析后，對同機關單位用電設備相連的繼電器進行控制信號的發出，并通過繼電器的動作實現用電控制的目的。除此以外，繼電裝置的控制信號即單片機的輸出，其負載為機關單位220V的用電設備。經比較后，系統采用了直流控制交流型繼電器，其中，負載端：交流24-380V，控制端：直流3-32V。在具體操作過程中，只需給控制端3-32V的信號即可接通負載端。

4.節約型用電控制系統的軟件設計

4.1 模擬電表和用電控制中心的串口通信設計

用電控制中心采用的是Mini 2440開發板作為硬件平臺，同時，引入了Linux操作系統，對S3C2440串口驅動程序進行了加載，為串口操作所需的函數進行了提供。對于linux而言，所有用電設備均以文件形式存在，CON1通信串口所對應文件的路徑為dev/ttySAC1，而linux的下串口通信必須經termios結構來對數據位、停止位、輸入方式、輸出方式、波特率等多種參數進行設置。

模擬電表經串口將即時電價信息傳送至用電控制中心中，其中，串口的通信程序主要包括了電表單片機及用電控制中心的串口通信程序。單片機和控制中心的主芯片均具有極強的通信能力，所設計的串口通信協議如下：

1)單片機和主芯片間以9600bit進行通信，其幀格式為1-8-N-1；

2)單片機向主芯片發起請求，進行0x99呼叫信號的發送；

3)主芯片收到呼叫信號后，向單片機發送0xAA應答信號；

4)建立數據通信過程。

4.2 遠程登錄模塊的設計

由于系統具有遠程控制功能，因此需在用電控制中心上引入Web服務器，本文選用的是Boa服務器。通過在瀏覽器上進行用電控制中心服務器IP的輸入，即可對內置Boa服務器的用電控制中心的HTML網頁進行遠程訪問，在網頁表單上進行有關信息的輸入。瀏覽器將所輸入信息傳送至用電控制中心中，經CGI對相關程序進行調用，并對系統用戶的登陸界面及設備控制界面所輸入的相關信息進行處理，將所輸入信息進行解析，經硬件接口對設備進行控制，并將反饋信息傳送至瀏覽器中。

5.結語

本文所設計的節約型用電控制系統只需一個網絡接口即可對機關單位的用電設備進行有效的控制，因而實現了機關用電的智能化控制。該系統結構簡單、便于操作，且具有較高的性價比，實時性極強，因此，具有一定的應用價值。

[1]羅輝,喬麗莉,仲冬華.智能安全用電節能計量管理系統在高校能源管理中的應用[J].智能建筑與城市信息,2012(5):68-71.

[2]黃建國.學生公寓的節約型用電控制方法——實時監測法確定用電負荷[J].廣西質量監督導報,2008(7):92-93.

[3]徐芝婷.創建節約型社會的“永康經驗”[J].電力需求側管理,2007,9(3):55.

[4]趙凱,張凌宇.國際推動變壓器節能降耗的經驗做法[J].電力需求側管理,2006,8(5):63-64.