黃勝柱 梁明華

摘要：伴隨著節(jié)能減排觀念的提出及在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，當(dāng)前越來(lái)越多人提倡節(jié)能理念。高校作為向社會(huì)輸送人才的重要場(chǎng)所，日常用電量較大，為響應(yīng)節(jié)能減排號(hào)召，對(duì)高校供電系統(tǒng)節(jié)能方法進(jìn)行研究，總結(jié)有效的供電系統(tǒng)節(jié)能策略，有著非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：高校;供電系統(tǒng);節(jié)能策略

多年來(lái)，節(jié)能減排和低碳環(huán)保一直是世界性的主題，當(dāng)前越來(lái)越多的人提高了節(jié)電意識(shí)，市場(chǎng)上的用電設(shè)備也更強(qiáng)調(diào)節(jié)約的理念，節(jié)能時(shí)代的到來(lái)是必然趨勢(shì)。校園供電系統(tǒng)是高校主要的電力流動(dòng)系統(tǒng)，其能耗問(wèn)題也得到越來(lái)越多人的重視。

一、高校用電節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

（一）智能用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在高校各建筑用電過(guò)程中，智能用電系統(tǒng)為節(jié)約電力等帶來(lái)革新，當(dāng)前的智能用電系統(tǒng)硬件組成部分包括電源電路、通信電路、控制電路、光照檢測(cè)、強(qiáng)度檢測(cè)等等，電源電路指的是將電源轉(zhuǎn)變5V與24V傳輸控制接口，通過(guò)連接主控板的芯片達(dá)到提供電力的效果，過(guò)程中需避免掉電產(chǎn)生其他影響，因此要保存?zhèn)溆秒娫矗⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)保護(hù)延時(shí)開啟。而測(cè)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(jī)、電流互感器、鎖存電路、繼電器驅(qū)動(dòng)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(jì)的電量，上位機(jī)傳出命令并接收后，信息就能傳輸?shù)椒?wù)器中。

（二）電源模塊設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)中低壓電由芯片提供，目前電力電子發(fā)展已產(chǎn)生電源開關(guān)影響，且應(yīng)用在電力、軍工儀表等諸多行業(yè)，因電源體系較小、低耗能、效率高等優(yōu)勢(shì)，成為開關(guān)電源的首選。供電系統(tǒng)采用的開關(guān)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(jìn)行接線時(shí)可隨機(jī)選擇輸入，通過(guò)內(nèi)部的線路傳輸后在輸出端獲得穩(wěn)定直流電壓。電壓產(chǎn)生的作用有兩點(diǎn)，一是由電壓轉(zhuǎn)變電路供電芯片，二是光照檢測(cè)電路主控電源。電源輸出直流電壓再經(jīng)過(guò)雙二極管進(jìn)行降壓，轉(zhuǎn)換電流，耦合電容，待電壓穩(wěn)定后將電源芯片輸入相連，為芯片供電。此外還可以經(jīng)過(guò)電源穩(wěn)壓塊轉(zhuǎn)變?cè)搭^，從而直接為單片機(jī)集成芯片進(jìn)行供電。

（三）主電路設(shè)計(jì)

首先是STC單片機(jī)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(hào)采集電路，構(gòu)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(kuò)RAM，如果是STCl2C5A32S2集成1280字節(jié)SRM，還無(wú)法進(jìn)行負(fù)載識(shí)別，要實(shí)現(xiàn)其功能的應(yīng)用效果就需要放入RAM到負(fù)載諧波特征值矩陣中，以達(dá)到外擴(kuò)單片機(jī)的作用。比如可應(yīng)用程序運(yùn)行數(shù)據(jù)等隨機(jī)存儲(chǔ)器來(lái)存放，盡管具有存儲(chǔ)快的優(yōu)勢(shì)，但比較容易丟失，可選擇的芯片應(yīng)用較多。設(shè)計(jì)的節(jié)能系統(tǒng)中采用的是8K×8SRAM芯片，其單機(jī)片擴(kuò)展連接需使用振蕩驅(qū)動(dòng)電路，連接晶片與電容，對(duì)應(yīng)數(shù)量分別是1和2，再將其與地址鎖存器件相連，與單片機(jī)系統(tǒng)總線進(jìn)行擴(kuò)展，從而達(dá)到連接6264的目的。再者是數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，是對(duì)一些單路用戶用電信息和較為重要的信息進(jìn)行處理，確定在斷電的過(guò)程中所需要的信息還能完好地保存，那么進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)就要應(yīng)用FM24C256的鐵電芯片，并在其中將鋰電池存放，就能進(jìn)行存儲(chǔ)。另外還有時(shí)鐘電路，其穩(wěn)定性的保持有助于確保采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，還能幫助人們查詢電量并進(jìn)行很好的電能管理。設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是DS系列的時(shí)鐘芯片，具有高精準(zhǔn)度的優(yōu)勢(shì)，通?？蛇_(dá)到0.01秒，還能避免如普通時(shí)鐘采樣過(guò)程可能出現(xiàn)的各種問(wèn)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(shí)啟動(dòng)備用電源（如設(shè)計(jì)圖1所示）。

（四）測(cè)控電路模塊設(shè)計(jì)

首先是電量信號(hào)采集電路，所應(yīng)用的計(jì)量控制柜必須處理管轄負(fù)載用電信息并進(jìn)行計(jì)算，采集的過(guò)程中主要是為互感器轉(zhuǎn)變電信號(hào)，從而形成模擬值信號(hào)，結(jié)合4051電子開關(guān)將其與信號(hào)AD1674進(jìn)行聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，達(dá)到目的后再將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，直到傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)當(dāng)中，電源進(jìn)線采用三相四線制，根據(jù)電壓分相計(jì)量采樣電流，如圖2所示。電流采樣經(jīng)4051多路開關(guān)選擇，再由之路地址輸入。結(jié)合實(shí)際的測(cè)量值，掌握相應(yīng)的相電壓浮動(dòng)范圍后，電壓互感器原邊線圈與電阻和電位器串聯(lián)，調(diào)節(jié)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(lián)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(fù)載，工作人員要選擇好電路，再傳輸8255單片機(jī)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(hào)為主，在電路控制繼電器的操作過(guò)程中控制信息，如圖4所示。在鎖存電路狀態(tài)下，要通過(guò)74HC04反向門搭建形成，可以選擇滯回比較器，從而達(dá)到抗干擾的作用，這樣電頻的輸出才會(huì)更穩(wěn)定，還有助于減少外界噪音對(duì)此產(chǎn)生的影響。如果輸入端電壓門限電出現(xiàn)波動(dòng)的情況，這又與比較器功能的發(fā)揮有關(guān)，波動(dòng)干擾不會(huì)影響繼電器斷開，于是就降低了錯(cuò)誤動(dòng)作的發(fā)生率，提高可靠性。繼電器控制電路包括繼電器、NPN驅(qū)動(dòng)三極管、指示燈、保護(hù)電阻等，進(jìn)行控制電路過(guò)程中聯(lián)系出口和施密特電路，聯(lián)通輸出端口，在吸和作用下負(fù)載得電放光LED點(diǎn)亮。

（五）光照強(qiáng)度檢測(cè)計(jì)設(shè)計(jì)

這個(gè)環(huán)節(jié)是供電系統(tǒng)最為節(jié)能的環(huán)節(jié)，其中包括有光敏電阻，應(yīng)用在對(duì)光照速度情況的感知上，以差分方大電路的方式進(jìn)行控制。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(qiáng)的情況下對(duì)應(yīng)的光敏阻值將增加，保護(hù)繼電器一次線圈得電，以觸點(diǎn)吸和。如果光強(qiáng)升高，那么阻值就會(huì)減小，輸出電平降低，線圈失去電量，觸點(diǎn)斷開，這時(shí)就會(huì)達(dá)到自動(dòng)控制照明的效果。

二、高校供電節(jié)能的實(shí)現(xiàn)分析

（一）高校用電監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

高校用電過(guò)程要做好監(jiān)控工作，監(jiān)控時(shí)系統(tǒng)會(huì)收集能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)控制硬件完成，傳入實(shí)時(shí)信息，從而掌握水耗、暖能耗和電耗的情況，提高對(duì)能耗的控制能力。其中系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)備有以下幾種。首先是智能表，支持高校正反向電能計(jì)量的應(yīng)用，結(jié)合高校電能計(jì)量的具體情況進(jìn)行結(jié)算，存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)，如水電氣的記錄、半小時(shí)內(nèi)的負(fù)荷量曲線、日月電能負(fù)荷曲線、能耗曲線、故障下負(fù)荷控制與管理需求等等。另一個(gè)繼電器則主要用在輔助控制的功能上，不會(huì)正常用電造成影響。智能表的應(yīng)用有重要的功能，包括電能計(jì)量功能、測(cè)量功能、計(jì)算最大需求量功能、分時(shí)計(jì)量功能、方案應(yīng)用切換功能、結(jié)算功能、記錄事件功能、負(fù)荷曲線記錄功能。其中負(fù)荷曲線記錄功能是根據(jù)用戶的具體需求對(duì)電氣量作詳細(xì)的保存，智能化實(shí)現(xiàn)六種電氣量數(shù)據(jù)，還有三種可視化讀取方式，可記錄最早、給定、最近時(shí)間線，并設(shè)定零或早于系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間的負(fù)荷起錄時(shí)間，對(duì)應(yīng)的圖示就可將當(dāng)下當(dāng)做第一個(gè)記錄點(diǎn)，避免出現(xiàn)負(fù)荷起錄時(shí)間大于當(dāng)下記錄時(shí)間的情況，這時(shí)工作人員獲取的曲線圖就會(huì)從第一次的時(shí)間記錄延續(xù)到當(dāng)前的記錄。應(yīng)用智能表進(jìn)行工作，其原理則需應(yīng)用單片機(jī)、接口設(shè)備、芯片等來(lái)反映，計(jì)量芯片能夠確保電壓采集電流與流互電流轉(zhuǎn)換下形成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)數(shù)字積分運(yùn)算將最終的值精確計(jì)算出來(lái)，如果還有無(wú)功電能、有功電能等需要處理，則還需應(yīng)用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)入結(jié)果為存儲(chǔ)區(qū)，和外部信息及相關(guān)數(shù)據(jù)作交換。

（二）用電設(shè)備節(jié)能管理

用電設(shè)備管理也是節(jié)能的重要手段，具體操作上可以以下的方式實(shí)施。首先，高校工作人員要對(duì)高校內(nèi)所有的用電設(shè)備記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)工作，確保完全掌握用電的情況，且相關(guān)信息能夠及時(shí)準(zhǔn)確反饋發(fā)送到學(xué)校的管理中心進(jìn)行記錄和處理，制定節(jié)能方案。高校管理人員需要檢測(cè)到所掌握的負(fù)荷數(shù)據(jù)和整體的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，科學(xué)調(diào)度供電系統(tǒng)，比如系統(tǒng)自動(dòng)改變、顯示配電所運(yùn)行方式，切斷負(fù)載變壓器再與聯(lián)絡(luò)線供電相連，有助于一定程度降低變壓器損耗的問(wèn)題，調(diào)整電壓，提高電能的質(zhì)量。高校供電系統(tǒng)組成包含通訊網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程采集子系統(tǒng)、節(jié)能管理中心。其中，通訊網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)關(guān)、多功能網(wǎng)絡(luò)控制器和光纖交換機(jī)，不但能連接其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和太網(wǎng)、RS-485方式，還能單獨(dú)作為站點(diǎn)使用。遠(yuǎn)程采集子系統(tǒng)包含變頻器、動(dòng)力設(shè)備、變壓器、照明設(shè)備、不間斷電源所產(chǎn)生的電壓、電流與功率，一般計(jì)入28項(xiàng)電參數(shù)，均需要進(jìn)行采集，系統(tǒng)會(huì)將信息進(jìn)行傳輸，一直到前端機(jī)。節(jié)能管理中心中系統(tǒng)軟件與中央服務(wù)器發(fā)揮重要作用，其所處位置在于能源管理中心，應(yīng)用太網(wǎng)獲取各點(diǎn)原始數(shù)據(jù)，整理分析并進(jìn)行儲(chǔ)存后分析用電情況與能耗情況，還能自動(dòng)繪制形成曲線圖表，給出相應(yīng)的建議。最后將其創(chuàng)建形成動(dòng)態(tài)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)一步作分析后發(fā)送給管理人員，管理人員只需要通過(guò)密碼登錄就能獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，還會(huì)顯示獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間、名稱、電力參數(shù)、報(bào)表等等。如果是實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、室內(nèi)溫度、給排水系統(tǒng)等，節(jié)能的效果就要轉(zhuǎn)為自動(dòng)化集中管理的方法，這時(shí)需應(yīng)用集成化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與相關(guān)技術(shù)，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理也對(duì)電能進(jìn)行高效應(yīng)用，才能達(dá)到節(jié)能的效果。而高校節(jié)能系統(tǒng)中所包含的BEMS建筑能源管理系統(tǒng)，還能在應(yīng)用控制器設(shè)備、變送器設(shè)備和傳感器設(shè)備，將具備功能的模塊形成一個(gè)完整的局域網(wǎng)，從而達(dá)到很好的更新、維護(hù)系統(tǒng)的作用，這個(gè)過(guò)程和操作不會(huì)對(duì)高校供電系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，反而通過(guò)控制器與BAc net/IP網(wǎng)絡(luò)的連接，在智能化和專業(yè)化中央管理器的控制下進(jìn)行統(tǒng)一管理與調(diào)度，從而確保供電系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)的達(dá)成。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，節(jié)能降耗、節(jié)能減排是近些年世界范圍內(nèi)所提倡議題，也是各領(lǐng)域各行業(yè)爭(zhēng)相落實(shí)的重要工作，要達(dá)到節(jié)能減排降耗的目標(biāo)，與人們的生活生存息息相關(guān)，而將其應(yīng)用在發(fā)展人才、培養(yǎng)人才的高校中，具有十分重要的意義，除了為各大高校節(jié)能減耗之外，還能發(fā)揮很好的示范性作用。本文通過(guò)對(duì)高校用電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式、供電系統(tǒng)節(jié)能的應(yīng)用方法和管理方法進(jìn)行分析，探討節(jié)能效果，以為高校供電系統(tǒng)節(jié)能工作提供策略，為相關(guān)管理者和研究者提供有效的參考價(jià)值。