高校供電系統節能策略探析

黃勝柱 梁明華

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

關鍵詞：高校;供電系統;節能策略

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

一、高校用電節能系統設計分析

（一）智能用電系統設計方案

在高校各建筑用電過程中，智能用電系統為節約電力等帶來革新，當前的智能用電系統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生其他影響，因此要保存備用電源，并將相關數據保護延時開啟。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，信息就能傳輸到服務器中。

（二）電源模塊設計

控制系統中低壓電由芯片提供，目前電力電子發展已產生電源開關影響，且應用在電力、軍工儀表等諸多行業，因電源體系較小、低耗能、效率高等優勢，成為開關電源的首選。供電系統采用的開關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，通過內部的線路傳輸后在輸出端獲得穩定直流電壓。電壓產生的作用有兩點，一是由電壓轉變電路供電芯片，二是光照檢測電路主控電源。電源輸出直流電壓再經過雙二極管進行降壓，轉換電流，耦合電容，待電壓穩定后將電源芯片輸入相連，為芯片供電。此外還可以經過電源穩壓塊轉變源頭，從而直接為單片機集成芯片進行供電。

（三）主電路設計

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SRM，還無法進行負載識別，要實現其功能的應用效果就需要放入RAM到負載諧波特征值矩陣中，以達到外擴單片機的作用。比如可應用程序運行數據等隨機存儲器來存放，盡管具有存儲快的優勢，但比較容易丟失，可選擇的芯片應用較多。設計的節能系統中采用的是8K×8SRAM芯片，其單機片擴展連接需使用振蕩驅動電路，連接晶片與電容，對應數量分別是1和2，再將其與地址鎖存器件相連，與單片機系統總線進行擴展，從而達到連接6264的目的。再者是數據的儲存，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，那么進行系統的設計時就要應用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，其穩定性的保持有助于確保采集數據的準確性與可靠性，還能幫助人們查詢電量并進行很好的電能管理。設計中應用的是DS系列的時鐘芯片，具有高精準度的優勢，通常可達到0.01秒，還能避免如普通時鐘采樣過程可能出現的各種問題。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（如設計圖1所示）。

（四）測控電路模塊設計

首先是電量信號采集電路，所應用的計量控制柜必須處理管轄負載用電信息并進行計算，采集的過程中主要是為互感器轉變電信號，從而形成模擬值信號，結合4051電子開關將其與信號AD1674進行聯系和轉換，達到目的后再將數據進行傳輸，直到傳輸到單片機當中，電源進線采用三相四線制，根據電壓分相計量采樣電流，如圖2所示。電流采樣經4051多路開關選擇，再由之路地址輸入。結合實際的測量值，掌握相應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，調節電位器后，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定，還有助于減少外界噪音對此產生的影響。如果輸入端電壓門限電出現波動的情況，這又與比較器功能的發揮有關，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生率，提高可靠性。繼電器控制電路包括繼電器、NPN驅動三極管、指示燈、保護電阻等，進行控制電路過程中聯系出口和施密特電路，聯通輸出端口，在吸和作用下負載得電放光LED點亮。

（五）光照強度檢測計設計

這個環節是供電系統最為節能的環節，其中包括有光敏電阻，應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、高校供電節能的實現分析

（一）高校用電監控系統結構研究

高校用電過程要做好監控工作，監控時系統會收集能耗數據，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。其中系統中應用的設備有以下幾種。首先是智能表，支持高校正反向電能計量的應用，結合高校電能計量的具體情況進行結算，存儲重要數據，如水電氣的記錄、半小時內的負荷量曲線、日月電能負荷曲線、能耗曲線、故障下負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、方案應用切換功能、結算功能、記錄事件功能、負荷曲線記錄功能。其中負荷曲線記錄功能是根據用戶的具體需求對電氣量作詳細的保存，智能化實現六種電氣量數據，還有三種可視化讀取方式，可記錄最早、給定、最近時間線，并設定零或早于系統當前時間的負荷起錄時間，對應的圖示就可將當下當做第一個記錄點，避免出現負荷起錄時間大于當下記錄時間的情況，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到當前的記錄。應用智能表進行工作，其原理則需應用單片機、接口設備、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換下形成數字信號，再通過數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，則還需應用單片機對其進行處理，轉入結果為存儲區，和外部信息及相關數據作交換。

（二）用電設備節能管理

用電設備管理也是節能的重要手段，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所有的用電設備記錄數據進行實時的監測工作，確保完全掌握用電的情況，且相關信息能夠及時準確反饋發送到學校的管理中心進行記錄和處理，制定節能方案。高校管理人員需要檢測到所掌握的負荷數據和整體的趨勢進行預測，科學調度供電系統，比如系統自動改變、顯示配電所運行方式，切斷負載變壓器再與聯絡線供電相連，有助于一定程度降低變壓器損耗的問題，調整電壓，提高電能的質量。高校供電系統組成包含通訊網絡、遠程采集子系統、節能管理中心。其中，通訊網絡包括網關、多功能網絡控制器和光纖交換機，不但能連接其他網絡設備和太網、RS-485方式，還能單獨作為站點使用。遠程采集子系統包含變頻器、動力設備、變壓器、照明設備、不間斷電源所產生的電壓、電流與功率，一般計入28項電參數，均需要進行采集，系統會將信息進行傳輸，一直到前端機。節能管理中心中系統軟件與中央服務器發揮重要作用，其所處位置在于能源管理中心，應用太網獲取各點原始數據，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，給出相應的建議。最后將其創建形成動態化的數據庫，進一步作分析后發送給管理人員，管理人員只需要通過密碼登錄就能獲取相關數據，還會顯示獲取數據的時間、名稱、電力參數、報表等等。如果是實驗室空調通風系統、室內溫度、給排水系統等，節能的效果就要轉為自動化集中管理的方法，這時需應用集成化結構設計方法與相關技術，對各個環節進行監測和管理也對電能進行高效應用，才能達到節能的效果。而高校節能系統中所包含的BEMS建筑能源管理系統，還能在應用控制器設備、變送器設備和傳感器設備，將具備功能的模塊形成一個完整的局域網，從而達到很好的更新、維護系統的作用，這個過程和操作不會對高校供電系統的運行產生影響，反而通過控制器與BAc net/IP網絡的連接，在智能化和專業化中央管理器的控制下進行統一管理與調度，從而確保供電系統節能目標的達成。

三、結語

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