高校宿舍用电分析及负载识别
高校宿舍用电分析及负载识别董雪伟（安科瑞电气股份有限公司，上海市201801）
Electricity Analysis and Load Identification for College Dormitory DONG Xuewei（Acrel Co.，Ltd.，Shanghai201801，China）
Abstract：This paper enumerates and analyzes the classification of common electric load in college dormitories，and its load.The identification algorithm is designed according to the load characteristics，combined with a dormitory electricity management terminal，can effectively identify the illegal load connected in the loop.
Key words：dormitory electricity；electric safety；load characteristics；load identification；dormitory electricity management terminal；malignant load；anti power limiting socket；air conditioner power supply
摘要：列举、分析高校宿舍常见的用电负载分类，并对其负载特性进行分析。针对其负载特性设计对应识别算法，配合某宿舍用电管理终端可有效识别回路中接入的违规负载。
关键词：宿舍用电；电气安全；负载特性；负载识别；宿舍用电管理终端；恶性负载；防限电插座；空
调用电
中图分类号：TU852文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1003－8493.2021.01.011
1高校宿舍用电负载分类和负载特性分析高校宿舍用电一般包含照明回路和插座回路，南方地区高校一般还会有单独的一条线路用于空调供电。照明回路和空调回路只用于宿舍照明灯具用电和空调用电，而插座回路可接入负载种类较多，大致可将高校宿舍插座回路用电负载分为常规负载、恶性负载以及通过防限电插座接入的恶性负载。除了以上三大类外还有空调负载，因为其多种模式和多种工作状态的特性，需要独立出来进行说明。
1.1常规负载
宿舍用电插座回路的常规负载一般有手机充电器、笔记本电脑、台式电脑、剃须刀等常规负载。此类负载与恶性负载最大的区别是其负载特性是非阻性的，甚至有一定含量的谐波存在。
1.1.1手机充电器
手机充电是每个
宿舍必不可少的用电
负载，手机充电时的
电流不高。图1所示
是某型号充电器在充
电时的波形采样，其
视在功率在17VA左
右，有功功率在7W
左右，功率因数在0.4左右。
1.1.2台式电脑
台式电脑在用电时也会产生少量的谐波电流，图2所示是某型号台式电脑用电波形采样，其用电时的视在功率在100VA左右，有功功率在85W左右，无功功率在-35var左右，功率因数为0.835。1.1.3笔记本电脑
笔记本电脑在用电时同样也会产生谐波电流，不同型号和性能的电脑数据会略有差别。图3所示是某抵押贷款怎么办
型号笔记本电脑用电波形采样，其用电时视在功率67VA左右，有功功率在24W左右，无功功率在-6var左右，功率因数为0.375。
作者信息
董雪伟，男，安科瑞电气股份有限公司，产品经理。
图1某型号手机充电器
波形采样Fig.1Waveform sampling of a certain type
of mobile phone
charger
1.2恶性负载
恶性负载是指电
热毯、卷发棒、吹风
机、暖宝宝等以热敏
电阻为主要用电负载
的用电设备。此类负
载以发热为主，且大
部分设备功率都很
高，很容易造成用电
事故。
恶性负载的用电
特性都十分相似，
都是线性变换，主
要区别在于用电功
率的大小。几种常
见的恶性负载特性
如表1所示。
1.3经防限电插座接入的恶性负载
基于恶性负载与宿舍常规用电负载的特性很容易
通过功率和功率因数将二者区分开。但由于防限电插
精湛的意思
座的接入，改变了原本恶性负载的阻性特性，单纯地
依靠功率和功率因数无法进行识别。要想有效检测电
路中是否接入防限电插座，需要了解恶性负载经防限
电插座接入后的相关特性。
防限电插座一般有多个调节档位，使用时将防限
电插排接到宿舍插座回路上，再将负载插在防限电插
座上，从小往大调节插座档位直至暖宝宝开始工作为
止。以某型号550W的暖宝宝为例，随着档位增加，
对应负载数据也在发生变化，相关数据及负载特性如
表2和图4~图9所示：当将档位缓慢调节至3档
使用干粉灭火器时，暖宝宝开始工作，但是加热极慢，此时的工作电
流远小于负载正常工作时的电流，有功功率也只有正
常工作时的1/10，但无功功率突增，功率因数为
0.2980，奇次谐波含量很高（3次谐波含量为85%、
5次谐波含量为61%、7次谐波含量为37%）；随着
档位增加，加热变快，电流、视在功率和有功功率增
加，谐波含量减少，但谐波含量依旧比常规负载高出
很多；当把档位加到10档时，电流、视在功率和有功图2某型号台式电脑
用电波形采样
Fig.2Electrical waveform
sampling of a certain
type of desktop computer
表1常见的恶性负载特性表
表2某型号恶性负载经防限电插座接入后的电气特性
Tab.2Electrical characteristics of a certain type of
图4某型号550W暖宝宝正常接入时的特性曲线
Fig.4Characteristic curve of a certain type of550W
warmer pad in normal connection
图5某型号550W暖宝宝3档接入时的特性曲线
Fig.5Characteristic curve of a certain type of550W
warmer pad in Position3connection 图3某型号笔记本电脑
用电波形采样
Fig.3Electrical waveform
sampling of a
certain type of laptop
图6某型号550W暖宝宝3档接入时的各次谐波含量
Fig.6Harmonic content of a certain type of550W
warmer pad in Position3
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connection
功率和负载正常运行时的数据很接近，此时的负载特性已接近线性，可以当作恶性负载识别处理。
1.4空调负载特性
空调存在制冷、制热以及其他多种工作模式，每种工作模式下也存在多种工作状态，每种状态下的负载特性不同，而不同厂家不同规格的空调其相关特性又会有较大差异。网上购物那个网站好
对于空调负载特性的研究主要目的不在于识别空调，而在于通过对空调负载特性的研究，能有效地判断出空调回路接入了其他恶性负载并跳闸。
空调负载特性与普通恶性负载特性最为接近是在空调制热的情况下。空调在制热模式下的负载特性也属于恶性负载范畴，但与普通恶性负载的区别在于运行期间会存在一个较小的无功功率，且无功功率会在0var上下波动。
2宿舍用电安全管理要求及实现算法
宿舍用电安全问题是高校安全管理的重要组成部分。宿舍用电安全管理旨在：①能够有效识别插座回路接入的违规负载并及时跳闸；②能够有效识别插座回路经防限电插座接入的违规负载并跳闸；③能够检测空调回路拔出插头动作并跳闸，能够有效识别空调回路接入违规负载并跳闸。
要求①的难点在于若违规负载为电热毯等小功率恶性负载时，叠加在其他非线性特性的负载时容易产生误判，为此加入一个小功率恶性负载检测机制：当恶性负载的功率小于设定值时，会连续进行N（N为可设定值）次无功波动判断，当判断通过时，则认定接入负载为小功率恶性负载，并执行跳闸动作。此外还加入白名单机制，当学校允许某些违规负载使用时，可以将其设置在白名单内，当检测到的恶性负载为白名单内负载时不执行跳闸动作。插座回路恶性负载识别算法如图10所示。
要求②可通过检测插座中的总谐波畸变率和插座回路的电流值共同判断：电流下限较低时可增大总谐波畸变率阈值，电流下限较高时可对应减小总谐波畸变率阈值。要求②的识别逻辑与要求①共同存在。防限电插座识别算法如图11所示。
要求③的功能主要分两步：第一步检测拔出空调插头动作，此功能可通过检测空调回路待机信号实现，当检测不到待机信号时执行跳闸操作；第二步检测空调回路是否有违规负载接入，此功能可通过检测设定次数内无功功率变化情况来判断回路是否有接入违规负载。空调回路也可加入要求②的算法逻辑。空调回路违规负载识别算法如图12所示。
图7某型号550W暖宝宝5档接入时的特性曲线Fig.7Characteristic curve of a certain type of550W warmer pad in Position5connection
图9某型号550W暖宝宝10档
接入时的特性曲线
Fig.9Characteristic curve of a
certain type of550W warmer
pad in Position10connection 图8某型号550W暖宝宝7档
接入时的特性曲线
Fig.8Characteristic curve of
a certain type of550W warmer
pad in Position7connection
图10插座回路恶性负载识别算法
Fig.10Malignant load identification algorithm
for socket
circuit
3宿舍用电管理终端设计
宿舍用电安全管理算法需要配合对应的宿舍用电
管理终端使用。本文基于高校宿舍用电管理需求设计
出一种四模导轨式安装、一进三出的宿舍用电管理终
端。其3路出线可分别计量分别控制，可分别对应
宿舍用电中的照明回路、插座回路和空调回路。终
端除了支持用电安全管理算法外还支持如下功能：
①预付费功能。可设置基础金额，供电表免费试用；
可对剩余金额进行四级报警：余额不足报警（一级）、
预跳闸报警（二级）、欠费报警（三级）、达到赊欠上
限（四级）报警。每级报警都会导致电表背光常亮，
预跳闸报警跳闸方式可设置为不跳闸、跳闸后自动合
闸以及跳闸后不合闸等，跳闸后学生可通过按键自行
合闸，达到赊欠上限后电表跳闸，此时只有缴费后才
能继续送电使用。②时间管理控制。宿舍照明回路、繁体网名大全
插座回路、空调回路可分别设置为工作日和节假日模
式，每天最多可设置8个时间段，每个时间段可分别
设置为合闸状态或夜间模式：合闸时间段内电表保持
合闸；夜间时间段内，支路功率若大于夜间允许功率
上限便跳闸。③夜间功率限制：需要与时间管理控
制共同使用，在夜间模式下，支路电流超过设定值，
支路跳闸。
宿舍用电管理终端可配合宿舍用电管理云平台实
现终端数据采集、终端设置参数下发、用电充值等功
能。其中充值和用电数据查询也可通过小程序或
手机App实现。
4结语
高校宿舍用电分析及电器识别是建立在对该用电
场合用电电器统计和负载分析的基础上实现的，配合
宿舍用电管理终端可准确识别违规负载的接入并及时
跳闸。宿舍用电管理终端可对接到宿舍用电管理云平
台，实现宿舍用电的可视化管理，用电更加安全
可靠。
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2020-05-12来稿
2020-12-23修回图11防限电插座识别算法
Fig.11Identification algorithm for anti
power limiting socket
图12空调回路违规负载识别算法
Fig.12Illegal load identification algorithm for air
conditioner
circuit

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