智能电网用户侧智能管理系统的设计

智能电网用户侧智能管理系统的设计近年来国家电网公司大力推进智能电网建设，智能电网是先进信息技术与物理电网结合的产物。智能电网包括超高压/特高压输电技术，分布式可再生能源发电技术，高低压变配电技术和用户侧配电与能源管理系统。为了对实际的智能电网小区和模拟教学的智能设备进行管理，设计了本系统。系统采用J2EE架构进行开发，基于目前主流的J2EE开源框架技术。项目设计为一个智能电网用户侧综合管理平台，提高用户能源的使用效率和智能化水平。智能电网用户侧主要包括智能电器、智能电表、智能楼宇系统和能源管理系统等，是构建智能电网的重要组成部分。为了更方便地纪录和管理这些设备的使用情况，需要为每个设备配置电子标签，存储设备的基本信息，比如购买日期、单价及使用注意事项等，通过射频识别技术RFID技术获取这些信息，从而方便快捷准确地完成设备的使用情况登记。本系统主要包括用电信息采集模块和家庭能效管理模块。系统重点关注用电需求侧管理，同时考虑将来分时电价和实时电价的实施，为实现“消峰填谷”，最终实现节能减排。一、系统的主要功能项目设计为一个智能电网用户侧综合管理平台，提高用户能源的使用效率和智能化水平。系统通过智能电表，智能插座及智能电器收集家庭的用电信息；系统通过传感器收集信息，对一些电器进行自动控制，比如根据湿度传感器收集的信息，自动打开和关闭加湿器；根据将来可能实行的错峰电价，为用户设计合理经济的用电模式等。用户可以通过移动设备（手机、平板电脑等）和互联网获取各个智能电器的用电信息，并分析用户的用电模式是否合理，给出合理建议，同时可以通过移动终端和网络控制各个智能设备。具体来说主要内容包括：（1）信息感知技术，通过温度、湿度、光照等传感器采集室内的温度、湿度等信息，数据通过无线通信方式输入智能终端和计算机，计算机可以实时监控这些信息，从而可以判断房间是否发生火灾等不安全情况。（2）电能采集，通过无线通讯或宽带载波通信的方式收集各种智能电器的用电信息，并通过网站和手机等移动终端发布出来，供用户查询，能够分析用户的用电习惯，给出合理化建议。（3）家用电器智能控制，根据无线传感器收集的室内温、湿度信息和各种电器用电信息，对智能电器进行自动控制，比如当湿度达到一定阈值后自动启动或关闭加湿器；对普通电器通过智能插座进行控制。根据家用电器的不同耗电特性及分时电价等信息，为家用电器设定合理的用电模式。（4）基于RFID设备使用记录管理，为每个设备配置电子标签，记录设备的基本信息及使用情况记录，通过读写器获取并写入信息，同时将这些信息保存到计算机中。（5）计算机与各种硬件设备之间的接口程序编写，获取和控制各种硬件设备，需要了解各种接口的规范和使用说明，进而完成对这种硬件的控制。（6）智能终端控制系统，通过智能手机查看传感器的感知信息和家用电器的用电信息，以图形或表格等形式为用户生成报表，并可以对各种家用电器进行控制，设备管理系统的客户端，智能终端可以手机或平板电脑。（7）网站综合管理平台，与功能（6）相似，是智能终端控制的网络版。二、投资回报分析智能电网用户侧智能设备监测、控制和管理系统系统的投资效益主要在于节能减排，提高现有电力资源的利用率，消峰填谷。每个家庭前期投入2000元到3000元，每年收益为300元，通过分时电价及合理化建议，则10年可以收回成本，对用电量大的用户可以由更高的收益率评价投资效益的动态分析法。净现值法是将项目在考察期内各年发生的收入和支出折算为项目期初的值的代数和。计算公式：NPV=-K+（B1-C1）/（1+i）+（B2-C2）/（1+i）+…+（Bn-Cn）/（1+i）n+L/（1+i）通过净现值可以直接比较整个项目期内全部的成本与效益，而且它是以贴现为基础的，考虑了时间因素，从而克服了投资回收期及投资报酬率这两种方法在评价投资醒目效益方面的缺陷。如果某个项目的净现值大于0,则该项目是可行的，否则，项目就不可行，应予拒绝。一个标准家庭计划支出基本建设资金3000元，每年收益为300元，计算时所用的贴现率为8%，5年后其残值为3000元。在项目期5年之内，这项投资的效益折成现值应为：P=300/（1+8%）1+300/（1+8%）+300/（1+8%）3+300/（1+8%）+300/（1+8%）5+3000/（1+8%）=3759（元）项目期投资费用折成现值为：3000（元）项目的净现值为：NPV=3759-3000=759（元）当贴现率为6%时，这项投资的净现值为759元，净现值大于零。所以，这个投资方案是可行的。三、技术路线及实现方案为了保证系统低耦合、高内聚的特点，系统采用分层实现，层与层之间设计接口进行相互访问，某层的改变不会影响其它层，从而保证层内高内聚，层间低耦合。系统主要分为三层，从下到上依次为：硬件访问层：通过智能电表、传感器和智能插座等硬件设备实时或以一定频率采集各种信息，并将这些信息插入到数据库中。业务处理层：业务层是一个承上启下的中间层，从数据库读取数据，并为表示层提供数据；同时接受表示层的请求，并处理请求或发送到硬件；采用了J2EE技术搭建的五层体系结构：表示层、控制层、服务层、持久层和模型层，并且使用SpringIoc机制对各层进行组织。系统表示层：以各种友好的方式展示用户需要查看的数据，并为用户提供合理化的建议。它提供用户交互界面。使用多个包含单显示页面的用户部件，复杂的Web页面可以展示来自多个数据源的内容，并且网页人员、美工能独自参与这些Web页面的开发和维护。本层使用Struts2开发。系统安全使用SpringSecurity2机制，去掉permission，支持resources分组，并支持从resource分组中生成菜单。系统架构如图1所示。图1系统架构图系统根据主要功能，划分为4个模块。（1）用电信息采集模块。模拟电力公司的用电信息采集过程，主要功能有：实时或以一定频率收集每个用户的智能电表数据，包括用电量、电压、电流等；电力公司可以方便地浏览每个用户的用电信息；以短信的方式通知用户某些紧急情况；用户登录后可以访问自己的用电信息，并完成缴费；浏览自己家庭的设备信息，并通过网络对家庭设备进行控制；了解家庭环境信息。为了方便客户使用，系统设置Android的手机或平板电脑客户端，Android系统数据来源于网站，通过HTTP获取。(2)家庭能效管理和控制模块。实时监控各种电器的用电情况；对各种电器进行控制；依据分时或实时电价信息为用户制定合理的用电模式。这里的主要设备如表1所示。老1主要设备清单设备名称规格型号技术要求初止无线传感器节点SZ0&(DHT21)-2k能眼感知温度，湿度收光照1.I(SZ0&)4无线数据传输设hSZO2-USB-2K获取传•感器节点的数据，并和电脑连接1智能插座W1P-(CS-AOI能够记录各种电能参散,包拈也压，电流及开关功他，及无线通信功能3无线网关城LGWA验人PC的USR胜使得也：能够与智能插座进行通信1单相费控锂能电能表DDZY1277-Z单相费控智能电能表支持RS4B5通信功能,实时数据.采集功能2宣带毂波采集器DCZL23-GDC6COO支持电力技宽帚载波通信1宽带载波集中器DJGZ23-GDC50001(3)基于RFID的资产管理模块。通过RFID技术跟踪各种电器设备的使用情况；记录设备的资产情况；在这里使用航天金卡的电子标签通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。(4)硬件访问模块。针对