智能電網(wǎng)用戶側(cè)智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能電網(wǎng)用戶側(cè)智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)近年來(lái)國(guó)家電網(wǎng)公司大力推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，智能電網(wǎng)是先進(jìn)信息技術(shù)與物理電網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物。智能電網(wǎng)包括超高壓/特高壓輸電技術(shù)，分布式可再生能源發(fā)電技術(shù)，高低壓變配電技術(shù)和用戶側(cè)配電與能源管理系統(tǒng)。為了對(duì)實(shí)際的智能電網(wǎng)小區(qū)和模擬教學(xué)的智能設(shè)備進(jìn)行管理，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。系統(tǒng)采用J2EE架構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，基于目前主流的J2EE開(kāi)源框架技術(shù)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)為一個(gè)智能電網(wǎng)用戶側(cè)綜合管理平臺(tái)，提高用戶能源的使用效率和智能化水平。智能電網(wǎng)用戶側(cè)主要包括智能電器、智能電表、智能樓宇系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)等，是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要組成部分。為了更方便地紀(jì)錄和管理這些設(shè)備的使用情況，需要為每個(gè)設(shè)備配置電子標(biāo)簽，存儲(chǔ)設(shè)備的基本信息，比如購(gòu)買(mǎi)日期、單價(jià)及使用注意事項(xiàng)等，通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)RFID技術(shù)獲取這些信息，從而方便快捷準(zhǔn)確地完成設(shè)備的使用情況登記。本系統(tǒng)主要包括用電信息采集模塊和家庭能效管理模塊。系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注用電需求側(cè)管理，同時(shí)考慮將來(lái)分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)的實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)“消峰填谷”，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。一、系統(tǒng)的主要功能項(xiàng)目設(shè)計(jì)為一個(gè)智能電網(wǎng)用戶側(cè)綜合管理平臺(tái)，提高用戶能源的使用效率和智能化水平。系統(tǒng)通過(guò)智能電表，智能插座及智能電器收集家庭的用電信息；系統(tǒng)通過(guò)傳感器收集信息，對(duì)一些電器進(jìn)行自動(dòng)控制，比如根據(jù)濕度傳感器收集的信息，自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉加濕器；根據(jù)將來(lái)可能實(shí)行的錯(cuò)峰電價(jià)，為用戶設(shè)計(jì)合理經(jīng)濟(jì)的用電模式等。用戶可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備（手機(jī)、平板電腦等）和互聯(lián)網(wǎng)獲取各個(gè)智能電器的用電信息，并分析用戶的用電模式是否合理，給出合理建議，同時(shí)可以通過(guò)移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)控制各個(gè)智能設(shè)備。具體來(lái)說(shuō)主要內(nèi)容包括：（1）信息感知技術(shù)，通過(guò)溫度、濕度、光照等傳感器采集室內(nèi)的溫度、濕度等信息，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信方式輸入智能終端和計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控這些信息，從而可以判斷房間是否發(fā)生火災(zāi)等不安全情況。（2）電能采集，通過(guò)無(wú)線通訊或?qū)拵лd波通信的方式收集各種智能電器的用電信息，并通過(guò)網(wǎng)站和手機(jī)等移動(dòng)終端發(fā)布出來(lái)，供用戶查詢，能夠分析用戶的用電習(xí)慣，給出合理化建議。（3）家用電器智能控制，根據(jù)無(wú)線傳感器收集的室內(nèi)溫、濕度信息和各種電器用電信息，對(duì)智能電器進(jìn)行自動(dòng)控制，比如當(dāng)濕度達(dá)到一定閾值后自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉加濕器；對(duì)普通電器通過(guò)智能插座進(jìn)行控制。根據(jù)家用電器的不同耗電特性及分時(shí)電價(jià)等信息，為家用電器設(shè)定合理的用電模式。（4）基于RFID設(shè)備使用記錄管理，為每個(gè)設(shè)備配置電子標(biāo)簽，記錄設(shè)備的基本信息及使用情況記錄，通過(guò)讀寫(xiě)器獲取并寫(xiě)入信息，同時(shí)將這些信息保存到計(jì)算機(jī)中。（5）計(jì)算機(jī)與各種硬件設(shè)備之間的接口程序編寫(xiě)，獲取和控制各種硬件設(shè)備，需要了解各種接口的規(guī)范和使用說(shuō)明，進(jìn)而完成對(duì)這種硬件的控制。（6）智能終端控制系統(tǒng)，通過(guò)智能手機(jī)查看傳感器的感知信息和家用電器的用電信息，以圖形或表格等形式為用戶生成報(bào)表，并可以對(duì)各種家用電器進(jìn)行控制，設(shè)備管理系統(tǒng)的客戶端，智能終端可以手機(jī)或平板電腦。（7）網(wǎng)站綜合管理平臺(tái)，與功能（6）相似，是智能終端控制的網(wǎng)絡(luò)版。二、投資回報(bào)分析智能電網(wǎng)用戶側(cè)智能設(shè)備監(jiān)測(cè)、控制和管理系統(tǒng)系統(tǒng)的投資效益主要在于節(jié)能減排，提高現(xiàn)有電力資源的利用率，消峰填谷。每個(gè)家庭前期投入2000元到3000元，每年收益為300元，通過(guò)分時(shí)電價(jià)及合理化建議，則10年可以收回成本，對(duì)用電量大的用戶可以由更高的收益率評(píng)價(jià)投資效益的動(dòng)態(tài)分析法。凈現(xiàn)值法是將項(xiàng)目在考察期內(nèi)各年發(fā)生的收入和支出折算為項(xiàng)目期初的值的代數(shù)和。計(jì)算公式：NPV=-K+（B1-C1）/（1+i）+（B2-C2）/（1+i）+…+（Bn-Cn）/（1+i）n+L/（1+i）通過(guò)凈現(xiàn)值可以直接比較整個(gè)項(xiàng)目期內(nèi)全部的成本與效益，而且它是以貼現(xiàn)為基礎(chǔ)的，考慮了時(shí)間因素，從而克服了投資回收期及投資報(bào)酬率這兩種方法在評(píng)價(jià)投資醒目效益方面的缺陷。如果某個(gè)項(xiàng)目的凈現(xiàn)值大于0,則該項(xiàng)目是可行的，否則，項(xiàng)目就不可行，應(yīng)予拒絕。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)家庭計(jì)劃支出基本建設(shè)資金3000元，每年收益為300元，計(jì)算時(shí)所用的貼現(xiàn)率為8%，5年后其殘值為3000元。在項(xiàng)目期5年之內(nèi)，這項(xiàng)投資的效益折成現(xiàn)值應(yīng)為：P=300/（1+8%）1+300/（1+8%）+300/（1+8%）3+300/（1+8%）+300/（1+8%）5+3000/（1+8%）=3759（元）項(xiàng)目期投資費(fèi)用折成現(xiàn)值為：3000（元）項(xiàng)目的凈現(xiàn)值為：NPV=3759-3000=759（元）當(dāng)貼現(xiàn)率為6%時(shí)，這項(xiàng)投資的凈現(xiàn)值為759元，凈現(xiàn)值大于零。所以，這個(gè)投資方案是可行的。三、技術(shù)路線及實(shí)現(xiàn)方案為了保證系統(tǒng)低耦合、高內(nèi)聚的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用分層實(shí)現(xiàn)，層與層之間設(shè)計(jì)接口進(jìn)行相互訪問(wèn)，某層的改變不會(huì)影響其它層，從而保證層內(nèi)高內(nèi)聚，層間低耦合。系統(tǒng)主要分為三層，從下到上依次為：硬件訪問(wèn)層：通過(guò)智能電表、傳感器和智能插座等硬件設(shè)備實(shí)時(shí)或以一定頻率采集各種信息，并將這些信息插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。業(yè)務(wù)處理層：業(yè)務(wù)層是一個(gè)承上啟下的中間層，從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)，并為表示層提供數(shù)據(jù)；同時(shí)接受表示層的請(qǐng)求，并處理請(qǐng)求或發(fā)送到硬件；采用了J2EE技術(shù)搭建的五層體系結(jié)構(gòu)：表示層、控制層、服務(wù)層、持久層和模型層，并且使用SpringIoc機(jī)制對(duì)各層進(jìn)行組織。系統(tǒng)表示層：以各種友好的方式展示用戶需要查看的數(shù)據(jù)，并為用戶提供合理化的建議。它提供用戶交互界面。使用多個(gè)包含單顯示頁(yè)面的用戶部件，復(fù)雜的Web頁(yè)面可以展示來(lái)自多個(gè)數(shù)據(jù)源的內(nèi)容，并且網(wǎng)頁(yè)人員、美工能獨(dú)自參與這些Web頁(yè)面的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。本層使用Struts2開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)安全使用SpringSecurity2機(jī)制，去掉permission，支持resources分組，并支持從resource分組中生成菜單。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖系統(tǒng)根據(jù)主要功能，劃分為4個(gè)模塊。（1）用電信息采集模塊。模擬電力公司的用電信息采集過(guò)程，主要功能有：實(shí)時(shí)或以一定頻率收集每個(gè)用戶的智能電表數(shù)據(jù)，包括用電量、電壓、電流等；電力公司可以方便地瀏覽每個(gè)用戶的用電信息；以短信的方式通知用戶某些緊急情況；用戶登錄后可以訪問(wèn)自己的用電信息，并完成繳費(fèi)；瀏覽自己家庭的設(shè)備信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭設(shè)備進(jìn)行控制；了解家庭環(huán)境信息。為了方便客戶使用，系統(tǒng)設(shè)置Android的手機(jī)或平板電腦客戶端，Android系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源于網(wǎng)站，通過(guò)HTTP獲取。(2)家庭能效管理和控制模塊。實(shí)時(shí)監(jiān)控各種電器的用電情況；對(duì)各種電器進(jìn)行控制；依據(jù)分時(shí)或?qū)崟r(shí)電價(jià)信息為用戶制定合理的用電模式。這里的主要設(shè)備如表1所示。老1主要設(shè)備清單設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)技術(shù)要求初止無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)SZ0&(DHT21)-2k能眼感知溫度，濕度收光照1.I(SZ0&)4無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)hSZO2-USB-2K獲取傳?感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并和電腦連接1智能插座W1P-(CS-AOI能夠記錄各種電能參散,包拈也壓，電流及開(kāi)關(guān)功他，及無(wú)線通信功能3無(wú)線網(wǎng)關(guān)城LGWA驗(yàn)人PC的USR勝使得也：能夠與智能插座進(jìn)行通信1單相費(fèi)控鋰能電能表DDZY1277-Z單相費(fèi)控智能電能表支持RS4B5通信功能,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù).采集功能2宣帶轂波采集器DCZL23-GDC6COO支持電力技寬帚載波通信1寬帶載波集中器DJGZ23-GDC50001(3)基于RFID的資產(chǎn)管理模塊。通過(guò)RFID技術(shù)跟蹤各種電器設(shè)備的使用情況；記錄設(shè)備的資產(chǎn)情況；在這里使用航天金卡的電子標(biāo)簽通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)。(4)硬件訪問(wèn)模塊。針對(duì)