智能電網(wǎng)用戶側(cè)智能管理系統(tǒng)的設(shè)計近年來國家電網(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)。為了對實際的智能電網(wǎng)小區(qū)和模擬教學(xué)的智能設(shè)備進(jìn)行管理，設(shè)計了本系統(tǒng)。系統(tǒng)采用J2EE架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，基于目前主流的J2EE開源框架技術(shù)。項目設(shè)計為一個智能電網(wǎng)用戶側(cè)綜合管理平臺，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，需要為每個設(shè)備配置電子標(biāo)簽，存儲設(shè)備的基本信息，比如購買日期、單價及使用注意事項等，通過射頻識別技術(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)重點關(guān)注用電需求側(cè)管理，同時考慮將來分時電價和實時電價的實施，為實現(xiàn)“消峰填谷”，最終實現(xiàn)節(jié)能減排。一、系統(tǒng)的主要功能項目設(shè)計為一個智能電網(wǎng)用戶側(cè)綜合管理平臺，提高用戶能源的使用效率和智能化水平。系統(tǒng)通過智能電表，智能插座及智能電器收集家庭的用電信息；系統(tǒng)通過傳感器收集信息，對一些電器進(jìn)行自動控制，比如根據(jù)濕度傳感器收集的信息，自動打開和關(guān)閉加濕器；根據(jù)將來可能實行的錯峰電價，為用戶設(shè)計合理經(jīng)濟(jì)的用電模式等。用戶可以通過移動設(shè)備（手機(jī)、平板電腦等）和互聯(lián)網(wǎng)獲取各個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，同時可以通過移動終端和網(wǎng)絡(luò)控制各個智能設(shè)備。具體來說主要內(nèi)容包括：（1）信息感知技術(shù)，通過溫度、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)通過無線通信方式輸入智能終端和計算機(jī)，計算機(jī)可以實時監(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，通過無線通訊或?qū)拵лd波通信的方式收集各種智能電器的用電信息，并通過網(wǎng)站和手機(jī)等移動終端發(fā)布出來，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，對智能電器進(jìn)行自動控制，比如當(dāng)濕度達(dá)到一定閾值后自動啟動或關(guān)閉加濕器；對普通電器通過智能插座進(jìn)行控制。根據(jù)家用電器的不同耗電特性及分時電價等信息，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，通過讀寫器獲取并寫入信息，同時將這些信息保存到計算機(jī)中。（5）計算機(jī)與各種硬件設(shè)備之間的接口程序編寫，獲取和控制各種硬件設(shè)備，需要了解各種接口的規(guī)范和使用說明，進(jìn)而完成對這種硬件的控制。（6）智能終端控制系統(tǒng)，通過智能手機(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表，并可以對各種家用電器進(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，與功能（6）相似，是智能終端控制的網(wǎng)絡(luò)版。二、投資回報分析智能電網(wǎng)用戶側(cè)智能設(shè)備監(jiān)測、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。每個家庭前期投入2000元到3000元，每年收益為300元，通過分時電價及合理化建議，則10年可以收回成本，對用電量大的用戶可以由更高的收益率評價投資效益的動態(tài)分析法。凈現(xiàn)值法是將項目在考察期內(nèi)各年發(fā)生的收入和支出折算為項目期初的值的代數(shù)和。計算公式：NPV=-K+（B1-C1）/（1+i）+（B2-C2）/（1+i）+…+（Bn-Cn）/（1+i）n+L/（1+i）通過凈現(xiàn)值可以直接比較整個項目期內(nèi)全部的成本與效益，而且它是以貼現(xiàn)為基礎(chǔ)的，考慮了時間因素，從而克服了投資回收期及投資報酬率這兩種方法在評價投資醒目效益方面的缺陷。如果某個項目的凈現(xiàn)值大于0,則該項目是可行的，否則，項目就不可行，應(yīng)予拒絕。一個標(biāo)準(zhǔn)家庭計劃支出基本建設(shè)資金3000元，每年收益為300元，計算時所用的貼現(xiàn)率為8%，5年后其殘值為3000元。在項目期5年之內(nèi)，這項投資的效益折成現(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）項目期投資費用折成現(xiàn)值為：3000（元）項目的凈現(xiàn)值為：NPV=3759-3000=759（元）當(dāng)貼現(xiàn)率為6%時，這項投資的凈現(xiàn)值為759元，凈現(xiàn)值大于零。所以，這個投資方案是可行的。三、技術(shù)路線及實現(xiàn)方案為了保證系統(tǒng)低耦合、高內(nèi)聚的特點，系統(tǒng)采用分層實現(xiàn)，層與層之間設(shè)計接口進(jìn)行相互訪問，某層的改變不會影響其它層，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：硬件訪問層：通過智能電表、傳感器和智能插座等硬件設(shè)備實時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)庫中。業(yè)務(wù)處理層：業(yè)務(wù)層是一個承上啟下的中間層，從數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，并為表示層提供數(shù)據(jù)；同時接受表示層的請求，并處理請求或發(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。使用多個包含單顯示頁面的用戶部件，復(fù)雜的Web頁面可以展示來自多個數(shù)據(jù)源的內(nèi)容，并且網(wǎng)頁人員、美工能獨自參與這些Web頁面的開發(fā)和維護(hù)。本層使用Struts2開發(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程，主要功能有：實時或以一定頻率收集每個用戶的智能電表數(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自己的用電信息，并完成繳費；瀏覽自己家庭的設(shè)備信息，并通過網(wǎng)絡(luò)對家庭設(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)來源于網(wǎng)站，通過HTTP獲取。(2)家庭能效管理和控制模塊。實時監(jiān)控各種電器的用電情況；對各種電器進(jìn)行控制；依據(jù)分時或?qū)崟r電價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)備名稱規(guī)格型號技術(shù)要求初止無線傳感器節(jié)點SZ0&(DHT21)-2k能眼感知溫度，濕度收光照1.I(SZ0&)4無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)hSZO2-USB-2K獲取傳?感器節(jié)點的數(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，電流及開關(guān)功他，及無線通信功能3無線網(wǎng)關(guān)城LGWA驗人PC的USR勝使得也：能夠與智能插座進(jìn)行通信1單相費控鋰能電能表DDZY1277-Z單相費控智能電能表支持RS4B5通信功能,實時數(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)簽通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。(4)硬件訪問模塊。針對