2024年5月2日发(作者：)

学校智能用电管理系统研发

摘要：在科学技术不断发展进步的强大推动下，极大地促进了电网智能化，而

构建校园智能用电管理系统也变得越来越重要，在节约用电成本、提高电力管理

效益等方面发挥着不可比拟的作用和优势，通过高校校园智能用电管理系统的构

建，可以将电费收入进行明确化、清晰化，避免安全隐患事故的出现，不断提高

高校智能用电管理水平，为高校教师和学生带来用电便利。该文主要以高校校园

智能用电管理系统为论点，旨在为相关研究人员提供一些理论性参考依据。

关键词：学校；智能用电管理系统；设计研发；

前言

智能电网的高速发展带来了电力系统与用户之间交互的更多可能性，校园微

电网近年来也逐渐成为电力系统运行中的重要组成部分，学校可以从节约自身用

电成本的角度，发展智能用电技术，采用主动调整用电需求的策略，实现可再生

能源的发展与城市电网的优化配置，达到灵活的电力供应模式。

一、学校智能用电管理系统

学校用电负荷较稳定，用电设备种类较多，教学时间段、非教学时间段用电

需求有显著变化，利用PV系统实现部分用能自给自足，针对学校用电负荷特点，

设计了学校智能用电管理系统，并分析了参与需求响应的学校用电策略。

1.智能用电管理系统架构

以下提出了PV发电管理和用电优化调整的学校智能用电管理系统，包括PV

发电管理模块、基本用电管理模块、温控设备管理模块和教学设备管理模块，架

构图如图1所示。

学校智能用电管理模块中电力供应可以通过城市电网和光伏发电两个途径提

供，以学校公共教学楼、学部楼、宿舍等为例，建筑物的用电需求包括各类教学

设备设施用电、基本照明插座用电和温控设备等用电。其中，教学设备用电由各

类教室、实验室等设备用电构成，是学校教学中的主要用电负荷;温控设备用电由

空调、电暖气、电热水器等有利于教学、学习及生活环境舒适度提高的设备构成;

基本用电设备是指其他满足教学、学习及生活所必须的其他用电，一般是由末端

用户进行选择、控制。基本用电设备称为固定负荷，可由学校进行调配的用电设

备称为可控负荷。学校总用电负荷由固定负荷和可控负荷组成。

2.参与需求响应的学校用电策略

为进一步实现学校用电的合理性、经济性，通过制定各类用电模式，采用了

智能化用电管理系统优化学校用电需求，以节省用电成本为目标制定以下策略∶

教学设备的用电计划由学校安排确定。可根据教室使用情况，以整体负荷平衡为

前提合理安排使用时段和频次。温控设备负荷等可控负荷可根据需要实际需要灵

活配置。如通过控制空调设定温度，热水器使用时间，采用地源热泵等辅助设备

等手段，进一步灵活调整有关负荷。固定负荷中的照明可根据需要灵活转移用电

需求，利用学校PV发电系统进行消纳，自给自足，也可采用并网方式向电力公

司售电，视学校PV发电系统规模而定。

二、主要研发内容及关键技术

1.主要研发内容

其核心研发内容主要集中下面三个方面∶

（1）根据面向对象"抽象、封装"设计原则，研制WI-FI通信模块、无线G24、

通信模块、电源模块、软开关控制模块、硬开关控制模块等系统设备的通用模块。

研制集WI-FI通信模块、通过RS485通信采集电表用电信息的采集器。研制集WI-

FI通信模块、无线G24通信模块的互动终端。研制集无线G24通信模块或WI-FI

通信模块、软开关控制模块、红外线控制的智能插座。研制集无线G24通

（2）信模块或WI-FI通信模块、硬开关控制模块的智能插座。设计系统通信

协议，提高系统数据传输的经济性和安全性，降低对计算机网络的影响程度;支持

各种型号的空调、投影仪、电表的控制指令的透明嵌入，提高系统应用的适应性。

开发智能手机操作软件，实现移动互动、控制和报警信息的短信通知，提高故障

响应能力、系统运行质量和实用性，降低系统运维成本。通过计算机网络把系统

设备、智能手机、管理平台连接起来，形成一个无需重新布线的系统通信网络。

构建智能用电管理平台，实现对学校用电信息采集、用电安全、用电设备进行集

中管理和控制。

2.拟解决关键技术

不同电表的用电采集指令不同，目前大部分指令为DL/T645和MODBUSRTU

厂家协议指令，不同型号电表的数据存储地址各不相同，如何把不同指令嵌入到

项目通信协议，是解决项目设备适应性的关键技术。不同型号的空调、投影仪的

控制指令各不相同，如何把不同指令通过项目设备传递到对应设备，是项目需解

决的另一个关键技术。

3.系统功能

在设定的时段内，如果电表自动跳闸断电，可以发挥出定时开关电功能，彰

显出定时开关电方案的灵活性，这在学生宿舍、教室灯以及景观用电等方面的定

时控制中得到了充分体现，1d设置6组定时开关电时间，从而可以借助管理软件

通电、断电电表，对系统下面的所有表计的用电状态进行实时了解，所查看的数

据具有较强的实时性，实时更新和了解用电状态，并为电表通电、断电操作提供

极大的便利性。构建高校校园智能用电管理系统，其中一项功能还包括有效限制

了学生宿舍的用电总功率，给予用电安全一定的保障，可以设置1d内6个时间

段。如果超功率以后，可以设置报警，给予用户或断电一定的警示，进而不仅可

以对主用电时段学生的总用电功率的有效控制，学生也可以在夜晚使用小台灯或

充电器等，避免使用大功率电器，符合人性化的管理需求。

4.校园智能用电管理系统的优化措施

（1）注重防火功能设计

通过高校校园智能用电管理系统的构建，可以实时监督和控制用电设施，结

合设定好的管理参数，可以实现跳闸管理，具体如图2所示，其功能和作用主要

涵盖房间配置、费用统计、远程监督和控制等。在防火功能设计中，主要包括以

下几点内容∶要深入分析截面尺寸、线路敷设方式、使用年限等因素，对电流上

限进行设置，实现超负荷断电。比如某一房间设置总电流为2200W，如果该房间

所用电气总和超过2200W以后，系统可以实时检测分析数据，从而发挥出报警功

能，并将其断电。同时，系统还可以设置校园总用电负荷上限，其范围大都在

30A以下，如果电流突然超出设置范围，系统将会自动进行断电处理。对于高校

物业管理监控室，在数据传输过程中，要加强计算机与智能用电管理器的应用，

远程监控校园各个区域的用电情况，通过远程了解其工作状态，并及时记录出现

的违规用电行为。此外，在智能用电管理器中，要重点包括各项设置参数和预储

电量，在网络不顺畅时，可以将数据纳入IC卡之中，通过刷卡实现各项设置和预

储电量的顺利传递，并且在IC卡中还可以查询到违规用电记录。

（2）抄表系统管理

第一，在电力监控方面。可以将整个电力监控系统网络图显示出来，实时显

示电力各个主接线图，在主接线图上，可以将各个开关运行状态和在线运行参数

充分显示出来。同时，还可以落实好用户当日总体能耗的汇总整理工作叫，对各

类电力设备运行状况、电能质量以及安全运行天数等信息进行了解。第二，在电

能计量管理方面。要加强夜间监测平台的构建，对用电采集到的数据进行有效记

录，对能耗情况进行深入分析，避免在夜间浪费过多不必要的电能资源。而且对

于大型用电设备来说，比如电脑机房等，在待机过程中，会浪费较多的电能，所

以必须要积极构建能耗管理系统，进而可以对这类待机能耗进行准确定位。

结束语

总之，加强高校校园智能化用电管理系统是至关重要的，可以避免出现用电

安全事故，给予安全用电一定的保障，不断提高高校校园用电管理水平，将智能

化优势充分发挥出来。

参考文献：

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