多功能智能電能表在高校學生宿舍中的應用

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分析了多功能智能電能表及其配套軟件的功能特點，設計了宿舍配電箱系統圖、電能表箱系統圖和遠程抄表系統圖。

關鍵詞：學生宿舍;配電系統;多功能智能電能表

0 引言

當前，學校招生規模不斷擴大，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，實現安全、節能用電。

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（除陽臺和衛生間的燈管）停電;根據學校的規定對各宿舍空調供電，比如上課期間空調不供電、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、基于神經元網絡識別法以及小波變換和人工神經元網絡結合的方法等[1-3]。

1.2? ? 智能收費管理

后勤人員可通過用電管理系統查看各宿舍的人員信息、電費收繳記錄、余額;設置電價，設置每間宿舍每月免費用電的度數;通過電子屏、短信等發送停電信息、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? ? 用電情況統計分析

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

2 機械式電能表及配電系統

某棟學生宿舍已投入使用多年，使用機械式電能表，其低壓配電系統圖如圖1所示，電路分為照明、普通插座、空調插座和備用。照明電路沒有區分宿舍大燈管和衛生間、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;無法實現對空調通電時間的控制;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

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

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、統計分析模塊，可以實現智能收費管理和用電情況統計分析。普通智能電能表及配套管理軟件無法實現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定通電時間，但定時器的設置需人工操作，而且學校調整作息時間時又需人工設置，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“違規電器”。為使學生不能使用違規電器，需對違規電器進行控制。因普通智能電能表不能識別違規電器，在普通插座和空調插座的線路上安裝限量用電控制器。限量用電控制器根據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、燒水壺等違規電器時，立即斷電，在撤除違規電器后，可自動恢復供電。限量用電控制器可以設置允許使用電器的總功率，當接入的電器太多、超過設定值時，可自動停止供電。但總功率在限量用電控制器出廠時就設定好，使用時不能更改，對于違規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

為實現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）網絡通信功能，電能表提供RS485接口，可直接組建RS485通信網絡或通過轉換器實現其他通信方式的組網;（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可分別設置，實現獨立控制;（3）根據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、使用違規電器斷電等，便于管理人員查詢用戶的斷電情況;（5）違規電器識別功能，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，內部有繼電器，可以控制及監控用戶用電;（8）定時斷送電（開關）功能，根據每個時間段的通斷狀態，實現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。