浅析高校公寓集中抄表系统的设计与能效管理应用方案
张品
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：基于新开普公司在河池学院建设水电智能系统的过程，阐述解决当前公寓水电管理遇到的常见问题，研究了水电费余量的转移，供电线路的分路，水电量报表统计，恶意用电的判断、切断和恢复等系列问题。
关键词：学生公寓；系统平台；联网电表；一卡通
1 系统平台建设任务
1.1系统背景
高校后勤管理系统是一个庞大的管理体系，目前学校宿舍、公寓用电管理是其中重要的一个环节，学校宿舍、公寓内危险用电、恶意用电、偷电、漏电、超负荷用电等现象一直是困扰后勤管理的普遍问题；近几年随着经济的飞速发展，学校宿舍、公寓内电脑以及各种电器逐渐地普及，导致用电量与日俱增，以往的单一照明用电已不能满足日常的需求，同时学校宿舍、公寓电费开支日益变大，各学校也不时出现用电安全问题。
1.2系统初步结构
建设系统由 RS485 或 TCP-IP 联网电表管理机（集中器）、抄送器、联网型电表、自助购电机、监控管理工作站、监控管理软件组成；本系统联网电表适合于集中安装或分散安装的联网电表。
1.3系统应具备的功能
1）采用先进计量和控制芯片，具有判断大功率阻性负载的功能，能够实现恶载和超载断电，有功电能计量准确，计量精度达到 1.0 级。2）联网电表系统可实现自助购电，无缝接入校园一卡通系统。3）采用外部 E2PROM 保存数据，寿命长达 10 年，支持掉电保存数据功能，数据保存安全可靠。4）可多卡购电，支持退电、补电、房间类型管理等操作。5）电表具有按时断电功能设置，电表具有两路输出功能。6）智能管理：下载电量，计量用电量，根据剩余电量实现开断继电管理。学生换房不影响正常的购电和用电。7）负荷控制：限制用户*大功率（可修改），超负荷自动断电，超载是否启用可由参数设置，设置为 0 时不启用。不管表处于开通还是没有开通状态，只要参数设置了超载功率不为 0 时，超载即启用，如果出现超负荷就会自动断电。8）恶性负载控制：此表可以准确地识别出恶性负载，并能快速地做出断电的反应，限制用户恶性负载。恶载是否启用可通过参数卡设置，设置为 0 时为不启用。不管表处于开通还是没有开通，只要参数卡设置了恶载功率不为 0 时，恶载即启用，如果出现有恶性负载就会自动断电。9） 提示信息：LCD 液晶显示，可显示本次充值电量、剩余电量、累计用电量、请购点、房间号、取卡、超载、恶载以及异常提示信息。10）防窃电、异常用电、非法用电自动记录功能。11）低限提醒：剩余电量不足时，显示请购电，提示电量不足，工作指示灯会快速闪烁。12）支持透支用电，透支的度数可由参数设定，透支范围以度为单位。13）通信部分采用了 RS-485 通讯模式，外部链接抄送器进行数据通信。14）通信可以实时查询当前的用电量，当前电器状态。可以通过通信进行初始化参数，设置房间信息，进行单个房间或全部的断送电功能。能够实现定时断送电功能。
2 系统应有的特点
2.1低电量报警
具有低电量报警功能，提示用户及时购电：报警电量参数可以根据实际需要由参数设定，剩余电量等于或小于报警电量时，提醒用户电量不足需及时购电。如不及时购电充值，当剩余电量为0时，继电器断开，购电充值才能恢复供电。
2.2 超负荷控制
本款电表具有超负荷控制功能，即：可以通过参数对电表设置*大用电负荷 5（20）A 表缺省却*大值5kW，10（40）A 表缺省*大值为10kW，如果用户使用的电器设备的总功率超过设定的*大用电负荷 5 s，则电表切断继电器，停止供电，其中还可以设置超载断电次数，设置好断电次数，则需要刷授权卡才能供电，如果超载断电次数设置为 0，超载断电后直接刷用户卡后自动联通、恢复供电。如果仍存在超负荷情况，5 s 内电表会再次切断供电线路。
2.3 透支用电
电表具有透支功能，使未及时办卡的新入住用户也能用电，并且透支的量也可以控制。DDSY1351这款电表，主要应用于校园、工业园区或企事业单位的公寓，用户一般是相对流动住户，电表内设置有*大可透支电量参数 （可以根据实际需要由参数设定），电量不足时报警提示用户及时购电。如果管理方在新用户入住时需要允许透支，当透支电量累计达到参数设定的*大可透支电量时，电表继电器断开停电，需要购电充值才能恢复供电，透支用电量从初次下载的电量里扣除。新住户入住后应及时办理用户卡购电充值，注意当电表处于透支运行时，首次购电充值后如果剩余电量小于或等于零，则不能供电。
2.4 恶载断电
本款表具有判断大功率的阻性负载 （即恶性负载）功能，具体的恶载是否启用及功率参数可通过联网实时来传递（设置为 0 时即为不启用）。电表在任何状态下，只要参数设置了恶载功率，当发现有恶性负载时，LCD 会显示恶载及剩余电量，同时继电器会断开，其中还可以设置恶载断电次数，在设置好断电次数后，如果恶载断电了，经过 5 min 后会自动送电，如果恶载的次数超过了设置的断电次数，则需要刷授权卡才能供电。
2.5 未用完电量可退电
当本房间住户由于退房或其他原因需要退还电表的剩余电量时，可进行退电。操作步骤如下：
1）用户拿要退电的卡在购电机上进行退电授权（输入退电后想保存的剩余电量，这里是为了保证学生在离校前退电后仍能短时间用电），具体操作见《购电机操作说明》。2）用户退电授权过的用户卡到电表系统上进行退电，退电成功后显示“OK”，剩余电量为保留电量，如果保留电量比当前剩余电量大，则电表上剩余电量为原来的剩余电量，退电量0。
3）退电操作后的表没有可透支功能，如果用户需要透支，要进行清零操作。
2.6 房间换表不影响原有数据
当电表出现故障现场无法及时维修时，应更换新表，操作步骤如下：1）如果电表仍有显示，记录剩余电量和该表对应的房间号。如果不能显示，记下电表的房间号。2）管理员将记录的信息反馈给管理中心。3）维护人员拿到表后，安装好电表，然后联网更新传递参数，填写换表登记单，用软件系统收集下当前电表的MAC 及房间号。4） 通过上位软件收集下所换表的MAC 及房间号，然后对这块表进行单独的初始化。初始化时把所换电表的剩余电量初始化到新表内。电表已开通。5）维护人员把表登记单上交到管理中心，将换表信息入库。此时换表操作完成。
2.7 按房间号购电
用户换房间后，只需要按照新房间号购电即可。
2.8 自动提示剩余电量报警阀值
水电系统与校方的短信平台、运营商的信息服务系统对接后，可支持设备异常短信息报警、系统故障报警、以及剩余电量报警阀值的设置，当剩余电量低于报警阀值时自动通过告警面板和手机短信等方式进行提示。
2.9 固定水费收缴特殊定制功能
系统运用定制的业务流程及收费机制，通过批量扣费方式，扣除固定的已缴电费费用，作为每个使用用户的分摊税费收取，完成学校的特殊水费缴纳需求。
2.10 7X24 灵活的自助购电方式
系统自助购电通过需要的房间号或户号或户主登记的手机号，在自助购电系统上查询信息并完成购电，系统根据购电信息自动完成送电，并可在学校指定地点打印缴费凭证。
用户在管理中心购电或通过购电机自助购电，把新购电量充到本房间电表上，即可用电。购电与电量充值。用户购电后请及时将所购电量充值到电表中，有未下载电量时不能再新购。用户首次充值如果小于已用透支量，则剩余电量为负值，继电器关断，只有当充值后剩余电量为正值时才能恢复正常供电。
用户购电后请及时将所购电量充值到电表中，有未下载电量时不能再新购。用户首次充值如果小于已用透支量，则剩余电量为负值，继电器关断，只有当充值后剩余电量为正值时才能恢复正常供电。
4 应用设备性能选择
4.1 带恶性负载联网型电表
使用 DDSY1351 型（单控）联网型电表，产品符合 GB/T 17215.321—2008《1 和 2 级静止式交流有功 电 能 表》、GB/T18460 《预付费售电系统》和Q/CAP 002.5—2012 《一卡通计费系统 非接触卡预付费非电能表》等相关的标准和要求，集管理和自动控制为一体，用电预付费，计量准确，切断可靠，可以提高供电管理效率，满足学生公寓、集体宿舍用电的管理需求。本款电表和原先的校园一卡通兼容，使用方便。DDSY1354 型（双控）非接触式联网智能电表满足一个房间要求双路控制的应用需求。两种电表准确度等级为 1.0，额定电压 220 V，负载电流有 10（40）A，5（20）A 等。
4.2 使用联网电表管理机应有的功能
负责对互联网电表的控制和数据采集，简要查询相应房间用电情况等信息，通、断电命令的下载以及抄送器与电脑控制中心之间的数据传输，当有房间电量低于底限值时，将自动报警。管理机（集中器）将具有如下功能：1）查询房间信息；2）具有TCP/IP 接口；3）查询断电房间；4）设置系统时间；5）手动房间送电；6）网络查询功能；7）手动房间断电；8）查看管理机（集中器）IP；9）查看系统参数；10）设置开关时间（选装有定时开关装置的具有此功能）；11）查询开关时间（选装有定时开关装置的具有此功能）；12）取消开关时间 (选装有定时开关装置的具有此功能)；13）通讯端口：上行 TCP/IP、RS485,下行 RS485；14）每个可连32个抄送器。
4.3 使用抄送器应有的功能
1）管理机（集中器）到计量控制模块的数据包转发；2）本地数据处理：接收存储定时送断电参数；3）工装功能：强制送断电，测试送断电，收集联网电表MAC地址等；4）给联网电表进行定时送断电；5）RS485 可带64个电表；6）通讯端口：上行一个RS485端口，下行一个RS485 端口，一个电流环端口。
5 系统平台建设（软件由新开普公司提供）
5.1 运行环境
运行平台 ：Windows 2003 server、Windows 2008server、Windows 7。
5.2 管理系统安装、卸载及登陆
5.2.1 安装前的准备工作
1）SQL SERVER 2008光盘、系统软件、读卡器。2）将读卡器连接到 PC 机上。3）确定计算机网络连接正常，能 Ping 通管理机（集中器）。4）本系统可以配合 [综合收费系统]、[两层一卡通系统]、[三层一卡通系统]使用，也可脱离以上环境运行。根据系统环境的不同，系统会自动在原有系统上创建本系统所需的数据库结构。与[综合收费系统]和[两层一卡通系统]配合时，直接连接主数据库“Accdb”；与[三层一卡通系统]配合时，连接到第三方本地库“LocalCost”(注意：需要先创建第三方本地库 LocalCost，然后再运行电控系统)。使用系统前，请准备好用户房间与电控机柜的行、列对应关系表。
注：为了系统的安全稳定，需保证时时通讯软件与管理机（集中器）处于时时联机状态。
5.2.2 卸载
本系统为绿色软件，将安装目录和快捷方式删除即可完全卸载。
5.2.3 登陆
1）单击开始菜单“电控管理系统”图标或桌面上“电控管理系统”快捷方式的图标，将显示登陆窗口，系统首次登陆时应在窗口中输入服务器、数据库、登陆用户、登陆密码、操作员、操作员密码及登录区域，其中登陆用户名和操作员密码显示为 * 号；如果是第一次登陆，请选中[创建 / 校验数据库]复选框；2）需要输入的参数：服务器：本报计算机的网络标识或是 IP 地址。数据库：两层收费系统的 Accdb数据库或三层系统的 LocalCost 数据库。登录用户：SA 或其他用户。登录密码：即数据库用户的密码。操作员：超级管理员（系统默认）。密码：（系统默认）。
6 系统维护
6.1 系统日常维护
在“系统维护”窗口中，包括了系统日常维护的大多数操作，用户可以通过在左侧树形结构各级目录上点右键实现这些维护功能。
如上面的显示，可分级对房间进行操作，如果在公寓上点击鼠标右键，则是对公寓下所有管理机（集中器）的操作，如果是在单个楼层上点击鼠标右键，则只操作本楼层的房间。
6.2 持卡购电
功能概述：房间用户持消费卡到电控软件上购电，会扣卡上相应金额。
操作方式：1）将左侧树形结构定位到“楼层”级，此时右上部数据窗口内会显示该楼层下所有房间的信息；2）选中需要购电的房间，让其处于高亮显示状态，然后点击“确认房间”按钮，持卡购电数据窗口内就会显示该房间的详细信息；3）输入购电金额或者购电量，将消费卡放到读卡器上，点击“持卡购电”，即完成了持卡购电操作；4）操作过程中需要确定网络通讯正常，否则将操作失败；5）持卡购电和购电POS 机购电均保存在《购电明细报表》中。
6.3 现金购电
功能概述：房间用户持现金到电控软件上购电，不扣消费卡上的金额，生成现金购电报表。
操作方式：1）将左侧树形结构定位到“楼层”级，此时右上部数据窗口内会显示该楼层下所有房间的信息；2）选中需要购电的房间，让其处于高亮显示状态，然后点击“确认房间”按钮，现金购电数据窗口内就会显示该房间的详细信息；3）输入购电金额或者购电量，输入购电人姓名，点击“确认购电”按钮，即完成了现金购电操作；4）操作过程中需要确定网络通讯正常，否则将操作失败；5）现金购电数据可通过《现金购电明细报表》查到。
6.4 补电管理
功能概述：补电管理用于管理方免费给房间一定的补电量，该补电量输入福利性质，本系统一个房间一个补电日期只能补一次电。
操作方式：本系统提供四种补电方式，分别是：选中房间补电、导入补电文件补电、按管理机（集中器）和房间类型补电、单个房间补电。
6.5 退电管理
功能概述：把房间的剩余电量转换为金额退给用户。
操作方式：1）在管理机（集中器）连接正常情况下，您选定要进行退电操作的房间后，单击[确认退电]按钮，然后输入退电量（以度为单位），确认无误后您就可以单击[退电]按钮，即可完成第一步退电操作。2）退电中的[写卡]操作是为了在进行第一步退电操作后，将退的电量转换为金额写到用户消费卡上，在没有进行写卡退电的记录上点右键，将消费卡放在读卡器上，点[写卡退电]即可将退电金额作为存款写到消费卡上。
6.6 换房管理
功能概述：将两个房间的剩余电量调换。
操作方式：1）在选中 A 房间，点“原房间”按钮，选中 B 房间，点“新房间”按钮，然后点击“换房”按钮即可完成换房操作；2）换房采用多退少补的原则，给剩余电量多的房间退电，给剩余电量少的房间补电，同时生成相应的补、退电明细。
6.7 用电量较少的房间监控
在电控的系统参数中，增加房间用电量监控等设置：1）系统参数窗口。2）用电量较少时间报表。3）设置不监控房间：可以在系统维护窗口的房间信息视图上点右键，来设置某些房间不纳入监控范围。4）本系统提供手动和自动向邮箱发送用电较少和剩余电量为负的房间的功能。手动发送：打开综合查询———向邮箱发送用电量较少和剩余电量为负的房间打开如下窗口，点击发送邮件按钮即可。自动发送：根据用户在系统参数中设置的参数，每日某些时间段实时通讯程序会自动向指定邮箱发送邮件。5）邮件发送功能：在本系统任意报表上点一下鼠标左键，然后点击菜单栏中的“发送邮件”按钮，即可将报表发送到指定邮箱。
6.8 系统用电报表
功能概述：此模块可分别以整个系统、公寓、管理机（集中器）、楼层、房间为单位统计用电情况，分级标准以用户在左侧树形结构点击的目录为准。
6.9 操作员操作情况报表
功能概述：此模块可分别以每个操作员为单位统计他们的操作情况。
操作方式：选择所要查询的操作员（系统会自动生成一个名为“实时通讯”的操作员，以便于用户查询其自动采集到的购电记录），可按 Ctrl 或 Shift 多选，输入查询时间段，点“统计”按钮即可。本报表*多可同时统计 10 位操作员的操作情况，本统计结果的来源是购电、补电、退电明细记录。
6.10 短信发送
水电系统与校方的短信平台、运营商的增值服务系统对接后，可支持剩余电量报警阀值的设置，当剩余电量低于报警阀值时，自动通过告警面板和手机短信等方式进行提示。
6.11 综合查询
此模块的主要功能是便于用户查询各种信息并打印出来，此模块包括两个子功能模块，分别为：数据查询和示意图。查询：包括：查找、查询、过滤、排序，并且每一种操作都非常灵活，完全由个人设定的条件进行查询。
6.12 数据查询
1）房间信息查询；2）房间有水电表查询。除以上报表外，系统还提供 [初始化房间信息表]、[退电信息表]、[补电信息表]、[软件购电信息表]、[补电文件信息表]等报表。
6.13 自定义报表查询
为方便查询，本系统将一些常用的查询条件集成到“查询向导”窗口中，用户可以通过鼠标选择查询条件快速完成查询操作。
6.14 WEB 自助查询
网上查询系统可以实现通过任意一台联网电脑查询用水电信息及余额。自助查询如下：
1）房间用水用电明细查询功能：多选条件，时间段选择、水电分类选择；支持导出 EXCEL、打印功能；2）房间买水买电明细查询功能：增加多选条件，时间段选择、水电分类选择；支持导出 EXCEL、打印功能；3）房间用水用电统计查询功能：时间段选择、水电分类选择；支持导出 EXCEL、打印功能。
6.15 日志管理
日志管理：日志管理模块对系统开始运行后的操作员、登录时间、退出时间、操作模块信息进行统计。
7 对接一卡通方案
为使原有一卡通系统能够实现自助缴纳水电费，以下的方案是以数据的实时共享为前提，达到用户用水电所产生的费用从一卡通系统用户账户余额中实时扣除的目的。
1）系统由自助购水电设备、转账前置机、一卡通服务器、水电表系统缴费管理工作站、水电表管理系统主机组成。2）对接方案：根据学校要求，水电系统需要与学校原有的一卡通系统对接，通过专网设备和原有系统连接，一卡通数据库和原有购水电工作站数据库进行数据同步。学生可以通过原有自助设备进行自助刷卡购水电，扣除的金额通过数据同步到一卡通数据中心更新库余额，通过数据同步系统将购水电记录传送给水电表系统。学校原有一卡通开放集成以便水电系统接入。
8 高校综合能效解决方案
8.1校园电力监控与运维
集成设备所有数据，综合分析、协同控制、优化运行，集中调控，集中监控，数字化巡检，移动运维， 班组重新优化整合，减少人力配置。
8.2后勤计费管理
采用先进的网络抄表付费管理技术，实现电、水、气等能源综合计费，实现远程抄表、费率设置、 账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源付费管理方式，培养用能群体和部门的节能意识。
针对学生宿舍用电进行管理控制：可批量下发基础用电额度和定时通断功能；
可进行恶性负载识别，检测违规电气，并可获取违规用电跳闸记录。
8.2.2商铺水电收费
针对校园超市、商铺、食堂及其他针对个体的水电用能进行预付费管理
8.2.3充电桩管理平台
充电桩在“源、网、荷、储、充”信息能源结构中是必不可缺的。充电桩应用管理同样是校园生活服务中必不可缺的一部分。
8.2.4智能照明管理
通过对高校路灯的全局监测，提供对路灯灵活智能的管理，实现校园内任一线路，任一个路灯的定时 开关、强制开关、亮度调节，以及定时控制方案灵活设置，确保路灯照明的智能控制和高效节能。
8.3能源管理系统
针对校园水、电、气等各类接入能源进行统计分析，包含同比分析、环比分分析、损耗分析等。了解用能总量和能源流向。
按校园建筑的分类进行采集和统计的各类建筑耗电数据。如办公类建筑耗电、教学类建筑耗电、学生宿舍耗电等，对数据分门别类的分析，提供领导决策，提高管理效能。
构建符合校园节能监管内容及要求的数据库，能自动完成能耗数据的采集工作，自动生成各种形式的报表、图表以及系统性的能耗审计报告，能够监测能耗设备的运行状态，设置控制策略，达到节能目的。
8.4智慧消防系统
智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。
9.平台部署硬件选型
9.1电力监控与运维平台
9.2后勤计费管理
9.2.1宿舍/商业预付费平台
9.2.2充电桩管理平台
9.2.3智能照明管理
9.3能源管理系统
9.4智慧消防系统
9.4.1电气火灾监控系统
9.4.2消防设备电源监控系统
9.4.3防火门监控系统
9.4.4消防应急照明和疏散指示系统
10 结束语
本系统的建设目的在于解决学生公寓集中抄表出现的问题，减少人工的投入，更便于学生公寓用电管理的科学化，建立节约型校园的模块化。
【参考文献】
【1】 杨永清.公寓集中电表抄表系统设计案例 ——新开普水电管理系统的应用[J]广西中进建设工程有限公司,2016,(121):32-37.
【2】 钱照明.电力电子技术[M].北京:中国电力出版社,2009.
【3】 高校综合能效解决方案2022.5版.
【4】 企业微电网设计与应用手册2022.05版.
作者简介
张品，女，本科，安科瑞电气股份有限公司， Email:3008064078@qq.com，手机：18701998662
