技术领域
[0001] 本
发明涉及用电管理技术领域，尤其涉及一种智能安全用电管理系统。
背景技术
[0002] 学校学生宿舍的用电管理问题，一直是摆在学校学生宿舍管理者面前的一道难题。传统的以手工作业方式为主的学生宿舍用电管理方式，信息反馈慢、工作效率低、管理
质量差，这种落后的管理方式与时代的步伐已经格格不入，对学生宿舍用电实行智能化、信息化管理是加强学校后勤管理建设、提高服务意识的必然要求。学生宿舍私自长时间使用大功率发热电器，若不能做到及时发现、有效控制，可直接导致火灾事故的发生，对学生生命财产安全造成重大威胁。为此，针对学生宿舍的特点，制定了一套智能化学生宿舍智能安全用电管理系统。
发明内容
[0003] 基于上述目的，本发明提供了一种智能安全用电管理系统。
[0004] 为实现本发明的目的，本发明提供了一种智能安全用电管理系统，所述系统采用B/S架构，包括智能电表、集中器、浏览器以及
服务器，
[0005] 通过上述系统，能够实现主动用电控制功能，通过
波形指纹技术实时采集房间内电器的
电压和
电流波形，通过2个周期的波形数据特征，准确有效的判断发热电器，并可有效制止通过调节可控
硅的导通
角，将阻性电器特征变换成非阻性电器特征的可调插排的使用；
[0006] 具体步骤如下：
[0007] 1.1
软件具有学习功能，上线后学习当地
电网电压波形，在本地存储一个周期电压数据，每个周期
采样72个数据点，采样率为3.6K；
[0008] 1.2
应用软件每秒采集一次有功电流值，并以3.6K采样率每秒采集两周期电流波形，截取出一个完整周期的波形数据；
[0009] 1.3当有功电流增加时，本周期电流波形数据与上一秒周期电流波形数据求差值，取得这一秒的波形增量；
[0010] 1.4增量乘以一定系数，缩放到与电压波形数据处于同一数量级后，放到同一
坐标系，判断二者重合度，当重合度超过设置的参数时，判断末端负载使用发热电器；
[0011] 上述系数计算方法为：
[0012] 电压波形数据的峰值-电压波形数据的谷值＝Vz
[0013] 电流波形增量数据的峰值-电流波形增量数据的谷值＝Iz
[0014] 系数＝Vz/Iz。
[0015] 进一步地，通过所述系统能够实现多时段供电功能，系统能够根据用户需求设置每天多时段供电，实现在
指定时间指定区域，在规定的时刻进入策略管理运行模式，系统支持多时段控电策略的独立设定，互不干扰。
[0016] 进一步地，通过所述系统能够实现黑、白名单配置功能，黑、白名单设置，可针对特定电器进行参数设置，使其达到允许或禁止使用的功能例如饮
水机属于发热电器，可以通过白名单进行配置，让它可以使用。
[0017] 进一步地，通过所述系统能够实现断电原因上传功能，当房间出现断电后，可将断电时间、断电原因、断电数据、断电
位置信息上传至软件系统，以便用户管理使用。
[0018] 进一步地，通过所述系统能够实现远程更新功能，在服务器端密码校验正确后，通过系统对所有电表程序版本升级，以应对日后管理需求的升级与新增电器识别的应用升级。
[0019] 进一步地，通过所述系统能够实现缴退费管理功能，系统支持购电退费功能，将电量分为购电和赠电两个区域分别存储。采用赠电优先使用原则，待赠电量用完后，再使用购电量，方便退费。
[0020] 与
现有技术相比，本发明的有益效果为：更精准快速地识别违禁电器，另外，还能够实现多时段多用电策略控制更贴合学校管理需求；赠电购电分区管理，缴费退费更简单高效；所有控电参数本地存储，可以实现脱机管理；自带远程升级功能，可在不变动
硬件的前提下更新应用程序，以满足未来出现的新需求。
附图说明
具体实施方式
[0022] 以下结合附图和具体
实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本
说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模
块、组件和/或它们的组合。
[0024] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025] 如图1所示，本系统采用B/S架构，包括智能电表、集中器、浏览器以及服务器，还可以包括前端处理机，对数据进行处理。
[0026] 其中，智能电表通过RS485通信方式与集中器进行通讯，能够实时采集电
力线上的电压、电流、功率因数，以及两个周期的电流波形数据等。
[0027] 智能电表采集的数据经过网络发送至服务器，服务器包括
数据库服务器、数据缓冲服务器以及
应用服务器。
[0028] 服务器对采集的数据进行处理，浏览器通过
请求获取服务器的
数据处理信息，并呈现在用户操作界面。
[0029] 通过上述系统，能够实现如下功能：
[0030] 1.主动用电控制
[0031] 通过“波形指纹”技术能够实时采集房间内电器的电压和电流波形，通过2个周期的波形数据特征，准确有效的判断发热电器，并可有效制止通过调节可控硅的导通角，将阻性电器特征变换成非阻性电器特征的可调插排的使用，防止采用全波、半波、可控硅等各种方法改变电源线性的破解。
[0032] 判断原理如下：
[0033] 发热电器为阻性负载，电流与电压线性相关，当波形增量乘以系数之后与电压波形重合时，判断末端负载使用发热电器；
[0034] 可调插排改变电源线性破解识别方法：通过调节可调插排中可控硅导通角，可以每周期关断两次电流，即波形增量的峰谷都会有一部分被削平，但乘以系数后，导通部分与电压波形仍旧会重合，当重合度超过设置的参数，可认为新接入的负载为插在可调插排上的发热电器；
[0035] 具体步骤如下：
[0036] 1.1软件具有学习功能，上线后学习当地电网电压波形，在本地存储一个周期(20mS)电压数据，每个周期采样72个数据点，采样率为3.6K；
[0037] 1.2应用软件每秒采集一次有功电流值，并以3.6K采样率每秒采集两周期电流波形，截取出一个完整周期的波形数据；
[0038] 1.3当有功电流增加时，本周期电流波形数据与上一秒周期电流波形数据求差值，取得这一秒的波形增量；
[0039] 1.4增量乘以一定系数，缩放到与电压波形数据处于同一数量级后，放到同一坐标系，判断二者重合度，当重合度超过设置的参数时，判断末端负载使用发热电器。
[0040] 上述系数计算方法为：
[0041] 电压波形数据的峰值-电压波形数据的谷值＝Vz
[0042] 电流波形增量数据的峰值-电流波形增量数据的谷值＝Iz
[0043] 系数＝Vz/Iz。
[0044] 2.多时段供电
[0045] 系统可根据用户需求设置每天多时段供电，实现在指定时间指定区域，在规定的时刻进入策略管理运行模式，系统支持多时段控电策略的独立设定，互不干扰。为学校日常教学、考试周期、假期以及军营日常休息、训练等的不同用电策略实施提供有效保障。
[0046] 原理如下：
[0047] 设备具有时钟模块，可进行校时，利用通讯模块将指定时段，指定时段内的运行模式写入设备内，当运行至相应时段内，设备自动执行该时段的运行模式；
[0048] 具体步骤：
[0049] 2.1时段为每天内各个时段，例如：08:00-12:00断电、12:01-14:00通电；
[0050] 2.2运行模式为通电，断电；
[0051] 2.3其中通电模式中的控电参数可灵活设置，主要包含：总有功电流、增量电流、发热电器增量电流、发热电器功率因数、切换至当前时段的限制电流；
[0052] 2.4设备按时段自动执行相应的运行模式及通电模式中的控电参数；
[0053] 3.黑、白名单配置
[0054] 黑、白名单设置，可针对特定电器进行参数设置，使其达到允许或禁止使用的功能例如饮水机属于发热电器，可以通过白名单进行配置，让它可以使用。
[0055] 原理如下：
[0056] 黑名单为禁止使用电器，白名单为允许使用电器，设备中
铁电
存储器存储黑白名单内所有电器用电特征(有功电流上下限值，功率因数上下限值)；设备根据存储的用电特征，自动实时检测，当使用黑名单内电器时，设备内继电器自动执行断电操作；
[0057] 具体步骤如下：
[0058] 3.1对于特定电器，读取用电特征有功电流值，功率因数值，将其写入设备中的相应黑白名单电器属性；
[0059] 3.2配置黑白名单电器属性，将电器名称、有功电流上下限值，功率因数上下限值写入设备中铁电存储器内；
[0060] 3.3每秒采集一次有功电流值及功率因数，与设备内存储的电器属性进行比对，当有功电流值与功率因数均在设定的上下限值内，按照黑白名单设置，执行通断电操作；
[0061] 4.断电原因上传
[0062] 当房间出现断电后，可将断电时间、断电原因、断电数据、断电位置信息上传至软件系统，以便用户管理使用。
[0063] 原理如下：
[0064] 设备中铁电存储器可存储将最近10条的断电记录，记录内容包含：断电时间、断电原因、断电数据、断电位置信息；根据实际应用需求，系统可将设备中所有断电记录存储至服务器中；
[0065] 具体步骤如下：
[0066] 4.1当设备检测到违规使用电器时，自动生成1条断电记录，存储至设备中的铁电存储器内，存储记录按发生时间排序；
[0067] 4.2当设备中的铁电存储器存储10条断电记录后，如设备继续检测到违规使用电器生成1条断电记录，自动
覆盖存储的第一条记录，以此类推；
[0068] 4.3系统可获取设备中存储的任意记录。
[0069] 5.远程更新
[0070] 可在服务器端密码校验正确后，通过系统对所有电表程序版本升级，以应对日后管理需求的升级与新增电器识别的应用升级。
[0071] 更新原理如下：
[0072] 设备MCU具有IAP功能(即用户程序运行中作自身的更新操作)，且每个设备具有独立ID，根据实际运行需求，可批量或指定对设备进行程序版本升级；
[0073] 具体步骤如下：
[0074] 设备程序分为应用程序(Application)和引导程序(BootLoader)两部分，应用程序用于实现采集、控制、计量、通讯等功能。引导程序用于对应用程序进行升级操作。
[0075] 5.1应用程序文件格式为.hex；系统具有上位机更新应用模块，
[0076] 5.2首先，利用应用模块可读取查看
选定设备当前程序版本；
[0077] 5.3其次，选择准备升级(即启动设备引导程序)；引导程序负责擦除当前应用程序，写入需要更新程序版本文件；
[0078] 5.4最后，校验无误后，退出引导程序，自动执行更新的程序版本；
[0079] 6.缴退费管理
[0080] 系统支持购电退费功能，将电量分为购电和赠电两个区域分别存储。采用赠电优先使用原则，待赠电量用完后，再使用购电量，方便退费。赠电时间和赠电量系统可任意设置。
[0081] 计量原理如下：
[0082] 设备中铁电存储器划分出两个寄存空间用于存储电量，两个寄存空间属性为赠电与购电；
[0083] 优先使用原则为赠电寄存空间电量＞0；
[0084] 1度电＝1000个脉冲；
[0085] 具体步骤如下：
[0086] 6.1设备检测到1个脉冲时，赠电寄存空间电量减0.001度；
[0087] 6.2赠电寄存空间电量为0时，设备检测到1个脉冲时，购电寄存空间电量减0.001度；
[0088] 6.3购电时，系统将购买电量写入设备购电寄存空间；
[0089] 6.4退费时，无论赠电寄存空间是否有剩余电量，均不予退费；只根据购电寄存空间剩余的电量，进行退费。
[0090] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
