智能電網(wǎng)設計

塔里木大學畢業(yè)設計PAGEPAGE1目錄1緒論 11.1研究背景和意義 11.2電力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 11.3智能電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 21.4阿拉爾市的電網(wǎng)現(xiàn)狀 21.5本設計的總體規(guī)劃 42智能電網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀 42.1城市電網(wǎng)的要求 42.2當今電網(wǎng)的管理現(xiàn)狀 53智能電網(wǎng)系統(tǒng)的設計 53.1系統(tǒng)設計基本原則 53.2系統(tǒng)總體設計 53.3系統(tǒng)功能設計 94智能電網(wǎng)子系統(tǒng)設計 104.1用戶單元設計 104.2居民智能節(jié)電系統(tǒng)設計 125總結 17致謝 19參考文獻 20智能電網(wǎng)前景下阿拉爾電網(wǎng)的規(guī)劃與研究1緒論1.1研究背景和意義電網(wǎng)規(guī)劃是電力工程前期工作的重要部分，是電網(wǎng)的運行水平和社會經(jīng)濟效益的決定性因素。高壓配電網(wǎng)的規(guī)劃建設，起著承上啟下的作用，一方面要接受上一級輸電網(wǎng)或地方電廠的電力，另一方面還要向下一級中低壓配電網(wǎng)提供電源。如何保證高壓配電網(wǎng)既有充足接受電力的能力，又能安全可靠地給下一級中低壓配電網(wǎng)提供優(yōu)質可靠的電源，是高壓配電網(wǎng)規(guī)劃所要解決的主要任務。而城市電網(wǎng)規(guī)劃一方面是城市總體發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分，另一方面也是城市電網(wǎng)建設改造的依據(jù)。城市電網(wǎng)建設項目涉及面廣、投資巨大，發(fā)達國家配電網(wǎng)工程投資常常占整個電力系統(tǒng)投資的50%以上，而在各區(qū)域(或城市)電力公司中配電系統(tǒng)投資通常占預算的60%。今后配電網(wǎng)的建設和改造還將繼續(xù)擴大和深化。面對未來巨大的資金投入，如何科學地完成城市電網(wǎng)規(guī)劃工作，提高供電質量、供電的安全和可靠水平，合理有效地利用資金和節(jié)能降損，取得最大的經(jīng)濟和社會效益，乃是電網(wǎng)系統(tǒng)各級決策者都十分關注的問題，它具有巨大的社會和經(jīng)濟意義。2009年5月，中國國家電網(wǎng)公司宣布將建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的“堅強智能電網(wǎng)”。我國對“堅強智能電網(wǎng)”的定義是，以堅強網(wǎng)架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務流”的高度一體化融合，是堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)。在此背景下，如何進行城市電網(wǎng)規(guī)劃，以滿足智能化的要求，具有現(xiàn)實意義。本文擬對城市電網(wǎng)規(guī)劃的理論和實用方法展開研究，對現(xiàn)代城市電網(wǎng)展開“十二五”發(fā)展規(guī)劃，探索實用城市規(guī)劃電網(wǎng)綜合評價體系，并對城市智能電網(wǎng)規(guī)劃做探討。本論文研究對阿拉爾市電網(wǎng)的實際意義如下：(1)滿足近、遠期國民經(jīng)濟與社會發(fā)展的需要，推動電網(wǎng)建設項目的前期工作，促進阿拉爾市電網(wǎng)建設與縣域社會經(jīng)濟發(fā)展和城鄉(xiāng)建設發(fā)展，以及和上級電網(wǎng)輸電系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展。(2)保障阿拉爾高壓電網(wǎng)適度超前發(fā)展，確保電力能源送得進，落得下。滿足近、遠期乃至遠景全市電力負荷及用電量增長得需求，為國民經(jīng)濟發(fā)展、城鄉(xiāng)建設和居民生活提供充足、安全、優(yōu)質的用電保證。(3)確保阿拉爾市高壓電網(wǎng)從近期到遠期發(fā)展成為網(wǎng)絡完善合理、供電可靠性高的現(xiàn)代化電網(wǎng)。提出阿拉爾市智能電網(wǎng)規(guī)劃設想，對縣域配電網(wǎng)智能化具有指導意義。1.2電力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀在美國，奧巴馬政府的經(jīng)濟刺激計劃中，有大約45億美元貸款用于智能電網(wǎng)投資和地區(qū)示范項目。智能電網(wǎng)采用數(shù)字技術收集、交流、處理數(shù)據(jù)，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的效率和可靠性。智能電網(wǎng)的倡導者要讓客戶相信，智能電網(wǎng)將幫助客戶減少電費支出。經(jīng)濟刺激方案規(guī)定，獎勵高效率的電力公司。智能電網(wǎng)聯(lián)盟(由全球70家能源行業(yè)成員組成，該聯(lián)盟認為智能電網(wǎng)對推動可再生能源利用和提高能源效率具有重要作用)近日發(fā)布了其成員荷蘭KEMA企業(yè)撰寫的2008年度《智能電網(wǎng)工作報告》。《報告》指出：智能電網(wǎng)技術將在未來幾年內為美國直接創(chuàng)造出28萬個新的就業(yè)機會。另外，太陽能等分布式可再生能源、即插即拔式電動車等還將創(chuàng)造大量間接的工作機會，智能電網(wǎng)將帶來數(shù)百萬個“綠色就業(yè)機會”。國內開展智能電網(wǎng)的體系性研究雖然稍晚，但在智能電網(wǎng)相關技術領域開展了大量的研究和實踐，在輸電領域，多項研究應用達到國際先進水平，在配用電領域，智能化應用研究也正在積極探索。國家電網(wǎng)公司大力推進特高壓電網(wǎng)、“SG186”工程、一體化調度支持系統(tǒng)、資產(chǎn)壽命周期管理、電力用戶用電信息采集系統(tǒng)和電力通信等建設，打造堅強電網(wǎng)，強化優(yōu)質服務，為智能電網(wǎng)建設奠定了扎實的基礎。目前，1000kV交流輸變電工程已正式投入運行，特高壓系統(tǒng)和設備運行平穩(wěn)，全面驗證了特高壓交流輸電的技術可行性、設備可靠性、系統(tǒng)安全性、設計和施工方案的先進性以及環(huán)境的友好性，實現(xiàn)了我國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓核心技術和設備國產(chǎn)化上的重大突破。自主研發(fā)的能量管理系統(tǒng)(EMS)等在省級以上調度機構得到了廣泛應用，全部地區(qū)級以上電力調度機構均配置了電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)，引入了電能量計費系統(tǒng)和廣域測量系統(tǒng)，新規(guī)則下的電力市場交易技術支持系統(tǒng)正在建設之中。變電站實現(xiàn)了計算機監(jiān)控和無人、少人值守，地理信息系統(tǒng)(GIS)已開始應用于輸電、變電和配電管理等業(yè)務。以提高信息化水平和生產(chǎn)效率為目標的生產(chǎn)運營管理信息系統(tǒng)，如電網(wǎng)生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)、設備檢修管理、變電站建設視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，在電網(wǎng)生產(chǎn)管理業(yè)務方面發(fā)揮了重要作用。城市電網(wǎng)規(guī)劃是一個具有多目標性、不確定性、非線性和多階段性等特點的復雜系統(tǒng)優(yōu)化問題。為了解決上述規(guī)劃設計等問題，國內外已有大量的文獻資料論述了專家系統(tǒng)、數(shù)學優(yōu)化方法和計算機科學等在該領域內的應用。(1)計算機技術的應用電網(wǎng)的規(guī)劃工作是一項復雜的系統(tǒng)工程，為了保證規(guī)劃工作的科學性和規(guī)范性，需要大量有關電網(wǎng)發(fā)展的歷史數(shù)據(jù)，需要對電網(wǎng)進行深入的分析，還要對該地區(qū)的未來發(fā)展情況有比較全面的了解。完全依靠規(guī)劃工作者的經(jīng)驗規(guī)劃未來電網(wǎng)，不僅會造成大量的時間和人力資源浪費，而且傳統(tǒng)的規(guī)劃方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化建設的要求。因此，系統(tǒng)深入地研究滿足實際要求的電網(wǎng)規(guī)劃理論，開發(fā)研制高效、方便、實用的具有智能決策功能的電網(wǎng)規(guī)劃計算機輔助決策系統(tǒng)，既是我國現(xiàn)代電網(wǎng)建設當前的迫切需要，也是今后長期發(fā)展必要的科學手段。國內許多電力部門做了大量嘗試性的工作，其中包括引進一些國外的電網(wǎng)規(guī)劃軟件，這些工作提高了我國電網(wǎng)規(guī)劃工作的水平發(fā)揮了重要的作用，為計算機技術在電網(wǎng)規(guī)劃工作中的應用積累了寶貴的經(jīng)驗。(2)地理信息系統(tǒng)(GIS)的應用地理信息系統(tǒng)是計算機、地理學、測量學、地圖學等多綜合的技術，其核心技術是計算機科學，基本技術是數(shù)據(jù)庫、地圖可視化及空間分析，是處理地理數(shù)據(jù)的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統(tǒng)。同時，GIS也是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)，它不僅研究如何采集、儲存、管理和描述整個或部分地球表面與空間地理分布的結合，通過一系列空間操作方法，為地球科學、環(huán)境科學和工程設計，乃至對企業(yè)管理提供規(guī)劃、管理和決策所需的信息。隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展與普及，GIS進入了全面發(fā)展和應用的階段。近年來，在電網(wǎng)規(guī)劃方面，應用GIS進行變電站的尋優(yōu)定位在實際規(guī)劃工作中發(fā)揮了較大的作用。本文基于這種現(xiàn)狀，本文以WebGIS構建電網(wǎng)平臺，集合計算機與GIS系統(tǒng)的優(yōu)點，開發(fā)全新的智能、可控、自愈電網(wǎng)設計。1.3智能電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀智能電網(wǎng)(Smartgrid)是近年來國際上關于電網(wǎng)未來發(fā)展態(tài)勢的一個異常熱門的名詞和概念。目前，國內外對智能電網(wǎng)尚未有嚴格的定義，中國科學院盧強院士定義智能電網(wǎng)為,具有多目標自主尋優(yōu)能力的電力系統(tǒng)。智能電網(wǎng)是一個復雜的系統(tǒng)，并在安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性和優(yōu)質性等方面具備自主尋優(yōu)能力。概括地說，智能電網(wǎng)即為將信息技術、通訊技術、計算機技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型電網(wǎng)，它具有提高能源效率、減少對環(huán)境的影響、提高供電安全性和可靠性、減少輸電網(wǎng)的電能損耗等多個優(yōu)點。智能主要體現(xiàn)在可觀測、量測、傳感技術；可控制對觀測狀態(tài)進行控制；嵌入式自主的處理技術;實時分析數(shù)據(jù)到信息的提升；自適應；自愈。進入二十一世紀以來，我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，電力需求增長快速。同時，氣候變化、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展問題日益突出，消費者對于供電可靠性、電能質量和電力服務的要求越來越高。分析比較美國、歐洲和我國的智能電網(wǎng)發(fā)展情況的基礎上，結合我國能源資源條件和電網(wǎng)發(fā)展內在動力，我國的電網(wǎng)具有兩個主要特色：一是在未來很長時間內電網(wǎng)仍將處于快速發(fā)展過程中;二是必須走以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)之路。中國在智能電網(wǎng)發(fā)展過程中應關注四個問題，即中國特色智能電網(wǎng)是既堅強又智能的電網(wǎng)、科學規(guī)劃輸配電系統(tǒng)智能化時序、超前謀劃智能電網(wǎng)與信息化建設的融合問題，以及牢固樹立智能電網(wǎng)與電源和用戶和諧發(fā)展思想。這四個問題都從不同側面揭示了中國特色智能電網(wǎng)的內在要求。中國電網(wǎng)應該向既堅強，又智能的方向發(fā)展。只有這樣才符合我國資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會的要求。國內開展智能電網(wǎng)的體系性研究雖然稍晚，但在智能電網(wǎng)相關技術領域開展了大量的研究和實踐，在輸電領域，多項研究應用達到國際先進水平，配用電領域智能化應用研究也正在積極探索。結合國際電網(wǎng)技術發(fā)展方向和我國電網(wǎng)發(fā)展特點，國家電網(wǎng)公司重點組織開展了新型能源接入、特高壓輸電、大電網(wǎng)運行控制、數(shù)字化變電站與數(shù)字化電網(wǎng)、靈活交直流輸電及儲能、電網(wǎng)防災減災與城鄉(xiāng)電網(wǎng)安全可靠供電、電網(wǎng)環(huán)保與節(jié)能等方面的研究，培育出一批具有國際先進水平、引領電網(wǎng)發(fā)展的科技成果，在特高壓輸電技術、電網(wǎng)廣域監(jiān)測分析保護控制技術、電網(wǎng)頻率質量控制技術、穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)/動態(tài)三位一體安全防御技術和自動電壓控制技術等方面處于國際領先地位。1.4阿拉爾市的電網(wǎng)現(xiàn)狀圖1-1阿拉爾市電網(wǎng)略圖阿拉爾市城區(qū)電網(wǎng)始建于上世紀六、七十年代,分別為阿拉爾市及周圍的九團、十團、十二團等單位輸配電能如圖1-1所示。其中，10kV高壓配電網(wǎng)是轄區(qū)農(nóng)網(wǎng)線損管理的重點,而由于歷史原因,城區(qū)配電網(wǎng)主干線路導電網(wǎng)最早由六三電站所在位置開始建設,其輸電線截面仍以35mm的導線為主,已與轄區(qū)線損管理線路電壓等級為10KV,線路導線采用截面為的需要不相適應。同時,由于線路和設備使用年限35年,LJ-35型的無鋼芯導線;1985年,隨著阿拉的不斷增長,供電線路普遍存在線路老化、設備陳爾供電所的成立及110KV輸變電工程的完工,阿拉爾供電所的電力來源改由農(nóng)一師西大橋電廠供應,經(jīng)由110KV西阿線輸電線路送至阿拉爾中心變電站。隨著電網(wǎng)的建設發(fā)展,后來,線路的供電方式被建設成為雙回路10KV供電。表1-1110kv線路名稱及規(guī)格線路名稱線路長度（km）架空線規(guī)格備注1973滬五線104LGJ-1201970西門Ⅰ線93.7LGJ-1201956西門Ⅱ線93.7LGJ-2401996門阿Ⅰ線33.6LGJ-1201957門阿Ⅱ線33.6LGJ-2401997阿城Ⅰ線6.5LGJ-4001989阿城Ⅱ線6.5LGJ-4001998城花線43LGJ-1201969西塔Ⅰ線4LGJ-2401973西塔Ⅱ線4LGJ-2401968塔沙Ⅰ線70LGJ-240塔沙Ⅱ(含塔建線)70LGJ-2401991滬爾線4.5LGJ-2401992滬城線9.7LGJ-3001121滬園線2LGJ-2401980中西線9.9LGJ-120合計588.7表1-235kv線路名稱及其規(guī)格線路名稱線路長度km架空線規(guī)格備注阿供所3521阿南線（十二團）9.2LGJ-150阿供所3511阿科線（十團）13LGJ-120塔南所3513花幸線（十三團）23LGJ-150塔南所3512花夏線(十四團）19.5LGJ-150塔南所3511花紅線(十五團)6.6LGJ-150塔北所3511塔北線(北二干)33.8LGJ-70塔北所3512塔農(nóng)線(阿農(nóng)廠)16LGJ-95塔北所35塔新線(十六團)15.2LGJ-150塔北所35塔瑪線(七團)19.4LGJ-120塔北所35新游線(上游)15LGJ-95沙供所3511沙金線(一團)4.5LGJ-120沙供所3522沙新線(二團15LGJ-120沙供所3523沙喀線(三團)53.8LGJ-120沙供所35沙庫線(水庫)30.6LGJ-95玉爾滾所3548玉西變線17.5LGJ-120荒地所中水線10LGJ-50荒地所35kv荒水線17.8LGJ-50包孜所35kv線路19.5LGJ-150合計319.9近年來,隨著阿拉爾市以及轄區(qū)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,阿拉爾供電所供電區(qū)域內擁有5個變電站,110kV線路如表1-1所示,35千伏線路如表1-2所示,10kV配電線路有阿供所（15條）中變（3條）十團（5條）十二團（7條）客戶中心（10條)城北變（5條）城西(2條）哥蘭德變（3條）塔南所（30條）中變（9條）十三團站（7條）十四團站（9條）十五團站(5條）沙供所（32條）沙中變（2條）一團站（6條）二團站（6條）三團站18連站（12條）水庫站（6條）塔北所（32條）中變（9條）七團站（7條）十六團站（6條）阿拉爾農(nóng)場站（4條）上游35kv箱變（4條）北二干站（5條）包孜所（5條）35kv站（5條）玉爾滾所（16條）中變（11條）35kv西區(qū)變（5條）荒地所（7條）開發(fā)區(qū)站（3條）,由此可見阿拉爾的線路還是以10KV為主。根據(jù)歷年電能實際線損率的統(tǒng)計,轄區(qū)實際線損率平均水平約為16%,有的線路實際線損率最高時可達20~30%,線路電能損耗十分嚴重。因此,企業(yè)迫切需要通過技術改造和管理手段來降低電能損耗,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。阿拉爾線路改造迫在眉睫，但在相同環(huán)境下如何實現(xiàn)電能資源的最優(yōu)利用，這是當今電網(wǎng)發(fā)展的重點。本設計以Silverlight的Webgis開發(fā)（以下簡稱SW）為基礎，通過計算機、網(wǎng)絡手段，在達到節(jié)能、合理分配電能的同時使電網(wǎng)的管理更加簡便、直觀。1.5設計的總體規(guī)劃圖2系統(tǒng)結構圖本設計以SW為基礎建立電網(wǎng)基礎平臺，在電網(wǎng)管理的過程中實現(xiàn)無紙辦公。以簡單方便快捷的手段直觀展現(xiàn)電網(wǎng)信息，工作人員可以衛(wèi)星圖的方式查閱輸電線路如圖1-2所示。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，可直接在地圖上顯示故障區(qū)域及可能發(fā)生故障的區(qū)域。并建立即時、準確的電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)庫，對線路的檢修、自恢復、改造提供真實可靠的數(shù)據(jù)信息。即通過故障特性，結合該條線路及其配電設備的相關信息，對故障區(qū)域及其故障點進行診斷。對高等級的供電區(qū)域通過控制電閘開關改變線路實現(xiàn)持續(xù)供電。在無故障時，通過線路的資料對線路的故障隱患、風險進行預測，對線路的可靠等級進行評定。對某區(qū)域的用戶通過區(qū)域的服務器（居民電源系統(tǒng)）對到達用戶的進線進行周期的信號診斷，不需要等用戶發(fā)生現(xiàn)停電狀況后再自行找人維修。同時開通業(yè)務的用戶可通過上網(wǎng)對家庭電器進行開關操作，用電情況的查詢，不必為家里的電器是否關閉而傷神。本設計具體是如何實現(xiàn)的呢？設計主要分為兩個部分，一個是總系統(tǒng)即電網(wǎng)的管理、調度、檢修、維護、信息管理等的總平臺，主要實現(xiàn)功能就是電網(wǎng)信息的查詢以及分析。系統(tǒng)的信息查詢功能不僅限于工作人員的查詢還包括用戶對家庭剩余電費的查詢，以及家庭用電器的操作。由于silverlight與絕大多數(shù)瀏覽器的無縫連接，在操作的過程中，不需要下載任何相關軟件，便能進行操作，真正實現(xiàn)了方便快捷。另一部分是用戶系統(tǒng)，用戶系統(tǒng)包括用戶單元系統(tǒng)和居民節(jié)電系統(tǒng)，用戶單元除匯集區(qū)域內各用戶的數(shù)據(jù)外，還可檢測用戶的線路段的線路狀態(tài)。當線路發(fā)生故障時系統(tǒng)自動發(fā)出申請，完成線路檢修。居民節(jié)電系統(tǒng)除節(jié)能以為還具有電器操作的功能，結合用戶單元系統(tǒng)以及總系統(tǒng)來實現(xiàn)用戶電器的遠程操作。本設計是一款高度智能化、自動化的電網(wǎng)系統(tǒng)，但本系統(tǒng)是否能滿足城市電網(wǎng)的需求呢？2智能電網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀2.1城市電網(wǎng)的要求隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展以及科學技術的不斷進步，現(xiàn)代城市電網(wǎng)應該滿足如下幾個方面的要求:（1）供電安全:包括電網(wǎng)避免發(fā)生大面積停電的能力和發(fā)生大面積停電后的解決能力;（2）供電可靠:電網(wǎng)能夠不間斷的以一定的質量向用戶供電的能力，可以用一定時間段內電網(wǎng)的停電用戶數(shù)和停電時間等可靠性統(tǒng)計數(shù)據(jù)來衡量;（3）建設和運行經(jīng)濟:不僅能夠節(jié)約巨額的建設投資，而且能夠在很大程度上降低因網(wǎng)絡損耗、停電等原因造成的資金浪費;（4）適應發(fā)展:不僅能夠滿足現(xiàn)階段用戶的用電需求，而且能夠適應負荷發(fā)展需要;（5）供電協(xié)調:不同電壓等級的電網(wǎng)具有不同的功能側重點。同時，各級電網(wǎng)間應相互配合，各變電站所帶的負荷應均衡發(fā)展。（6）智能高效:隨著智能電網(wǎng)的引進，現(xiàn)在城市電網(wǎng)應具有較高的智能化、信息化、自動化水平。阿拉爾電網(wǎng)的管理，已經(jīng)不能完全滿足用戶的需求。因此阿拉爾需要有完善功能的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，來滿足用戶的需求，實現(xiàn)電能的優(yōu)化利用。2.2本設計的系統(tǒng)管理功能現(xiàn)代城市電網(wǎng)已經(jīng)構成了規(guī)模巨大的而復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，每個城市都積累了大量的電網(wǎng)設計、施工、竣工的圖件和表冊資料。長期以來，很多城市的電力公司都沿用人工管理這些資料。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各種人工管理模式很難滿足實際需求。為了提高對電網(wǎng)管理的水平，供電部門在國外引進或在本國開發(fā)相應軟件實現(xiàn)智能化電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的需求不僅對這些資料進行統(tǒng)一的管理分析，同時要求對電網(wǎng)具有智能化操作。因而確定系統(tǒng)應具有以下功能。(1)電網(wǎng)基本信息的管理與數(shù)據(jù)查詢、更新。(2)緊急事故的處理搶修工程通知功能。(3)一般電網(wǎng)輔助工程的輔助設計功能。(4)電網(wǎng)的運行調度功能。(5)電網(wǎng)的維護管理功能。(6)對線路的自檢測。(7)屬性統(tǒng)計功能。(8)電力系統(tǒng)各組成部分的基礎數(shù)據(jù)儲存管理。(9)多種輸出功能。由上可見本系統(tǒng)不僅能完成城市電網(wǎng)的要求，而且對節(jié)能、能源的合理運用等方面都有很大的助力。因此，本設計給電網(wǎng)管理帶來不僅是方便快捷的操作，還有更直觀的操作頁面。3智能電網(wǎng)系統(tǒng)的設計智能電網(wǎng)的建設可以帶來巨大的社會效益。智能電網(wǎng)具有強大的兼容功能，有利于促進清潔能源的開發(fā)利用，優(yōu)化電源結構，減少溫室氣體排放。智能電網(wǎng)有利于推動電動汽車等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加終端電能消費，實現(xiàn)減排效益。智能電網(wǎng)將提高中國電網(wǎng)大范圍配置能源資源的能力，優(yōu)化能源輸送方式，提高能源供應的能力和靈活性。3.1系統(tǒng)設計基本原則(1)實用性和經(jīng)濟性原則系統(tǒng)能滿足供電網(wǎng)絡的需要，真正實現(xiàn)管理科學化，在保證各項功能完滿實現(xiàn)的基礎上，應以最好的性價比配置系統(tǒng)的軟、硬件系統(tǒng)(2)可靠性和完備性原則數(shù)據(jù)可靠性：數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)都應是準確可靠的系統(tǒng)可靠性：系統(tǒng)應有很強的容錯能力和處理突發(fā)事件的能力，不至于因某個動作或某個突發(fā)事件而導致數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)癱瘓。數(shù)據(jù)中的各種數(shù)據(jù)應是全面的、完整的，能夠滿足系統(tǒng)各項功能的需要。(3)科學性和規(guī)范性的原則系統(tǒng)應以軟件工程的思想和方法來建立，保證系統(tǒng)結構的科學性和合理性；同時，系統(tǒng)的各項功能應符合電網(wǎng)管理的要求，信息編碼應遵循行業(yè)或地方規(guī)范。(4)可操作性和可擴展性系統(tǒng)應有良好的用戶界面，用戶易學易懂，操作簡便、靈活。系統(tǒng)應具有良好地接口和方便的二次開發(fā)工具，以便系統(tǒng)不斷的擴充、求精和完善。(5)兼容性和開放性原則系統(tǒng)在輸入/輸出方面應具有較強的兼容性，能進行各種不同的數(shù)據(jù)格式轉換。為系統(tǒng)提升可造性，增加系統(tǒng)潛力。3.2系統(tǒng)總體設計本設計通過Webgis技術對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一，建設滿足不同需要的專業(yè)web系統(tǒng)。對線路、變電站、發(fā)電廠進行統(tǒng)一的管理。并在此基礎上搭建面向政府、企業(yè)、公眾的電網(wǎng)服務平臺，建立完善的城市公用服務體系。實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享，方便、快捷地服務廣大公眾，全面提升阿拉爾市電網(wǎng)的科學管理水平，提高對城市公用電力設施的管養(yǎng)水平，增強市民對電力服務的滿意態(tài)度，創(chuàng)造和諧可持續(xù)發(fā)展的社會環(huán)境。通過智能電表實現(xiàn)用戶在互聯(lián)網(wǎng)上即可對家庭電器的掌控，全面提高能源的合理分配。從而建立真正意義的高、新、快的電網(wǎng)管理平臺。3.2.1系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)的功能描述如表3-1所示，主要包括地圖操作(漫游、放大、縮小、空間對象長度、面積、周長、距離等的計算、畫線、實體選擇和編輯)、信息查詢(空間查詢、屬性查詢)、信息分析(屬性分析、空間分析、專題分析)、系統(tǒng)維護等.其中空間分析中的“單一對象分析”，是指良接展示用戶選中的地圖對象的相關信息，包括其屬性信息、相關圖像、聲音、文檔、多媒體信息等.該項工作將鼠標光標設置為“點選擇”，移動鼠標到查詢對象上，單擊鼠標左鍵選中對象并激活查詢窗口.“多重對象分析”，是指根據(jù)用戶劃定的區(qū)域，分頁顯示選中對象的相關信息，包括屬性數(shù)據(jù)、相關圖像、聲音、文檔等.并具有多重對象數(shù)據(jù)分析功能.該項工作將鼠標光標設置為“圓形區(qū)域選擇”、“矩形區(qū)域選擇”和“多邊形區(qū)域選擇”等狀態(tài)后，在地圖上劃定一區(qū)域即可.“緩沖區(qū)分析”，是指將用戶設定的區(qū)域(也可是一條線)，以給定的緩沖區(qū)范圍(如距離某變電廠1000m以內的區(qū)域)搜索地圖對象，列出這些對象的相關信息，對這些信息還可進一步的分析.“關聯(lián)查詢”是指事先確定好圖元對象的隸屬關系，如設定某輸電線路線穿越的工業(yè)園，這樣在查詢到該輸電線路時，可以查詢其關聯(lián)的工業(yè)園信息.表3-1阿拉爾市電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)基本功能描述表功能輸入輸出功能描述身份認證用戶名和口令是否成功登錄以及用戶的訪問權限為了保證數(shù)據(jù)的安全和完整性，必須確定用戶是否真有合法的身份，對合法用戶還要確定其訪問權限地圖操作用戶選定顯示相應的地圖的操作打開、關閉、圖層控制、漫游、放大、縮小、移動、前一視圖、全圖顯示、鳥瞰圖、信息標注等高效操作控制功能圖元對象查詢選取的圖元圖元對象的屬性數(shù)據(jù)及其關聯(lián)數(shù)據(jù)確定用戶選擇的對象，求出其ID編號，然后取得其對象的屬性數(shù)據(jù)和與之關聯(lián)的其他對象數(shù)據(jù)，以表的形式顯示空間分析在地圖上設定空間查詢結果集提供穿越、區(qū)域、包含、緩沖區(qū)、邊界等交互rr詢方式，能進行單一對象、多重對象、關聯(lián)對象的查詢，進行疊加分析和緩沖區(qū)分析.對查詢集進行空間對象統(tǒng)計和位置屬性分析SQL語句符合查詢條件的對象及其屬性數(shù)據(jù)包括常規(guī)的MIS查詢和基于GIS的交叉查詢，可根據(jù)查詢結果進行統(tǒng)計分析并進行空間定位搜索統(tǒng)計分析統(tǒng)計條件和方式統(tǒng)計結果表和圖進行多種條件的數(shù)理統(tǒng)一if分析，形成完整的圖表斷面繪制選定管線管線空間位置圖顯示電網(wǎng)空間分布狀況和地理位置。使電網(wǎng)分布變的直觀操作簡易年限分析管理架設年代處于給定年限的線路信息為了保證超過使用年限的線路，必須進行及時更修和維護，本功能提供滿足設定條件的電網(wǎng)信息及其空間分布自診斷恢復出現(xiàn)事故的線路事故的應急處理與警報對電網(wǎng)的是事故進行自診斷、自恢復（主要通過對電閘、配電設備的控制以及線路的切換來實現(xiàn)）事故分析出現(xiàn)事故的區(qū)域給出事故最優(yōu)處理方案進行電網(wǎng)事故的處理，準確地輸出應該關閉的電閘和檢修的配電設備，用以指導搶修和維護技術多媒體熱點技術與熱點相關的事件多媒體內容鼠標單擊引起與熱點相關的事件(窗口、圖像、文本、動畫等)進行多媒體播放、超文本瀏覽地理信息給定要求的地理信息符合條件的地理信息及地理位置在變電站的建設及電網(wǎng)的架設過程中需要很多的地理信息，本系統(tǒng)可直接通過輸入條件對信息進行篩選居民權限用戶登錄該居民家庭電器的使用情況系統(tǒng)通過智能電表可對家庭用電器進行遠程的開關操作，同時還能查詢居住區(qū)的電力信息在線幫助選定命令命令的使用方法對使用系統(tǒng)進行在線幫助3.2.2本系統(tǒng)面向市政管理，能提供查詢分析和決策支持。系統(tǒng)充分發(fā)揮地理信息系統(tǒng)技術特點，采用先進的圖形處理技術和數(shù)據(jù)庫管理技術，將地圖空間信息和數(shù)據(jù)庫屬性信息結合起來，進行綜合管理，系統(tǒng)與圖形界面良好結合，分析結果可視，充分體現(xiàn)了GIS特點，系統(tǒng)的主要特點有(1)強大的信息支持和全方位管理。以阿拉爾市為背景的可視化場景，支持相關工程多重關聯(lián)復雜信息管理，包括各種信息數(shù)據(jù)庫、關聯(lián)數(shù)據(jù)庫、地理圖層，支持各類信息(地理圖形、屬性、數(shù)據(jù)庫、文本、圖片、聲音及影像等多媒體信息)，進行全方位管理。(2)開放的體系結構，GIS和MIS一體化，功能模塊控件化，操作直觀簡單、可擴展性。(3)面向功能管理，查詢方式靈活多樣，地圖與屬性可雙向查詢、交叉查詢。(4)方便的多媒體資料瀏覽和播放，以直觀或三維的形式展示給用戶。(5)快捷的信息跟蹤和定位、及時翻譯，信息瀏覽輕松自如，屬性定位方便快捷。(6)強有力的決策支持。信息專題、區(qū)域對象的統(tǒng)計分析、渲染，快速定位搜索，形象直觀。(7)快捷的電網(wǎng)事故情況分析，可以迅速給出最優(yōu)的事故處理方案，準確地輸出應該關閉的電閘和配電設備，用以指導搶修和維護.(8)提供居民用戶的查詢功能，使居民通過智能電表不但可以看到家庭用電器使用情況同時還能對電器進行操作。3.2.3按性質劃分，供電網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可分為空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，前者由地形圖空間數(shù)據(jù)(x，y坐標等)和電網(wǎng)各組成成分(如發(fā)電廠、變電站等)的空間數(shù)據(jù)組成；后者由地形圖屬性數(shù)據(jù)(如房屋層數(shù))和供電網(wǎng)絡組成成分(如發(fā)電廠、變電站)的屬性數(shù)據(jù)(測點號、電壓級等)組成。按類型劃分本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括地形圖數(shù)據(jù)、線段數(shù)據(jù)、發(fā)電廠數(shù)據(jù)、變電站數(shù)據(jù)、節(jié)點數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)、電表數(shù)據(jù)3.2.3空間數(shù)據(jù)庫主要由地理地圖數(shù)據(jù)、節(jié)點文件(.WT)、線文件(.WL)、網(wǎng)文件(.WN)組成，其中地理底圖數(shù)據(jù)包含一些最基本的信息，如道路、建筑物；發(fā)電廠、變電站等的空間數(shù)據(jù)形成點文件；線路和線段的空間數(shù)據(jù)分別形成線文件和網(wǎng)文件，如圖3-1所示。圖3-1電網(wǎng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結構圖3.2.3線路數(shù)據(jù)庫的建立主要為停電、線路檢修、事故自檢測等提供可靠的判斷依據(jù)，為快速解決事故提供可靠保障。表3-2居民數(shù)據(jù)結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位編號數(shù)值型200服務器編號數(shù)值型200用戶名稱字符型24聯(lián)系人字符型12聯(lián)系電話數(shù)值型200用電性質字符型10立戶時間日期型10連接節(jié)點數(shù)值型200用戶地點字符型24電表類型字符型12電表編號數(shù)值型200卡號數(shù)值型120賬號數(shù)值型300戶號數(shù)值型120變動記錄(變動項目、內容、原因、日期、批準人)字符型30表3-3線段數(shù)據(jù)庫結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位起點圖號字符型12終點圖號字符型12線段號字符型12所屬區(qū)域字符型20線徑數(shù)值型123線材字符型12接線方式字符型12架設時間日期型10氣候條件字符型12所在路名字符型30線防老化字符型20施工者字符型20檢修記錄字符型30輸送電壓浮點型120變電站坐標浮點型123輸送電量浮點型82線路負荷數(shù)值型122簡圖表3-4節(jié)點數(shù)據(jù)庫結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位節(jié)點編號數(shù)值型200配件名稱字符型12接線方式字符型12架設時間日期型10坐標浮點型123電壓等級浮點型122配件規(guī)格數(shù)值型123檢修記錄字符型30簡圖表3-5發(fā)電廠數(shù)據(jù)庫結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位電廠編號數(shù)值型200名稱字符型12所在地點字符型12坐標字符型123發(fā)電類型字符型12裝機容量數(shù)值型122設備平均容量數(shù)值型122簡圖表3-6電網(wǎng)測點數(shù)據(jù)結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位編號數(shù)值型200測電參數(shù)字符型12測點所在點字符型24測點建立時間日期型10測點電壓級數(shù)值型120測點坐標數(shù)值型123連接簡圖表3-7變電站數(shù)據(jù)庫結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位編號數(shù)值型200名稱字符型12電壓等級數(shù)值型120坐標字符型123所在地點字符型12主變參數(shù)數(shù)值型123符合統(tǒng)計數(shù)值型123最大負荷數(shù)值型123簡圖表3-8電表數(shù)據(jù)結構字段名稱字段類型字段長度小數(shù)位編號數(shù)值型200型號數(shù)值型120規(guī)格數(shù)值型123生產(chǎn)廠家字符型30所在地點字符型30故障記錄字符型40所屬單位或個人字符型24周檢期字符型24信號接收裝置編號數(shù)值型200電表類型字符型120連接簡圖3.3系統(tǒng)功能設計前面的修改意見呢？前面的修改意見呢？本系統(tǒng)主要通過數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電網(wǎng)管理的高速、高效。3.3.1電網(wǎng)輸入編輯子系統(tǒng)提供方便的網(wǎng)絡輸入手段，構造拓撲結構關系，建立與電網(wǎng)元素相關的屬性數(shù)據(jù)庫，提供供電網(wǎng)的圖形屬性編輯工具。（１）屬性數(shù)據(jù)輸入①按照供電網(wǎng)各組成成分進行屬性輸入。②提供可視化的編輯功能。③電網(wǎng)屬性的儲存和更新管理。（２）空間資料轉入①可由空間數(shù)據(jù)庫讀入②可由電子簿直接讀入③由其他格式數(shù)據(jù)轉入④鍵盤輸入（３）電網(wǎng)編輯及設計①對線路、節(jié)電空間數(shù)據(jù)的各種操作和編輯②對線路、節(jié)電參數(shù)和屬性的編輯和統(tǒng)改3.3.2地形圖庫管理子系統(tǒng) 圖形庫管理系統(tǒng)主要是針對空間數(shù)據(jù)庫的管理，用于儲存和管理地圖信息，屬于專用的地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，旨在幫助管理海量的地圖內容、豐富地形圖顯示內容、加快地形圖檢索速度。地形庫實現(xiàn)了地形數(shù)據(jù)各個相關部門的一致以及共享。各個相關部門可以方便的根據(jù)較新的地形圖庫數(shù)據(jù)信息進行電網(wǎng)決策、設計、維護等。地形圖庫的輔助工具（如定位線、道路中心線、地名庫等）的使用對于系統(tǒng)運用起到了較大的幫助作用。3.3.3電網(wǎng)管理子系統(tǒng)功能電網(wǎng)管理子系統(tǒng)是通過一些有效的方法快速對目前的電網(wǎng)信息進行全面的了解和詳細分析，從而能夠指導管理人員高效且正確的進行管理和決策，另外通過提供的查詢工具的各種查詢方法能夠方便的得到想要的資料信息。3.3.4電網(wǎng)運行調度子系統(tǒng)根據(jù)對系統(tǒng)本身的各類數(shù)據(jù)的計算和分析比較，找到最優(yōu)的電能調度方案，并以報表的形式輸出，供調度使用。3.3.5事故處理子系統(tǒng)事故是指供電網(wǎng)絡發(fā)生故障，事故的發(fā)生可能會引發(fā)較大的損失，所以事故發(fā)生后及時的制定事故方案是非常重要的。在電網(wǎng)信息相對健全、正確的情況下，事故處理子系統(tǒng)可以快速查閱資料、有效分析出線路故障以及所造成影響的范圍，輔助制定合理的處理方案，幫助及時排除故障。3.3.6電網(wǎng)設計子系統(tǒng)電網(wǎng)設計子系統(tǒng)主要是針對變電站的設計，地理地圖于最短距離相結合，不但能找到最優(yōu)的地理位置還能找到最小距離點，從而真正的達到最優(yōu)。在線路的架設及其他電力建設中，也有很大的作用。3.3.7用戶智能電表子系統(tǒng)提供收費、查詢系統(tǒng)的接口，已獲得完整的用戶信息，查詢多種屬性。3.3.8電網(wǎng)維護子系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)前后期數(shù)據(jù)一體化維護管理。維護電網(wǎng)拓撲結構的完整性和數(shù)據(jù)的一致性，管理電網(wǎng)的維修記錄，及時發(fā)出預警。3.3.9電網(wǎng)Web發(fā)布子系統(tǒng)用戶通過網(wǎng)頁瀏覽器可以直接訪問官網(wǎng)系統(tǒng)主頁瀏覽圖形，按類型、區(qū)域、條件查詢配電設備信息，實施搜索等。瀏覽器端不用安裝任何附加軟件。電網(wǎng)數(shù)據(jù)的Web信息發(fā)布充分利用了公司的網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)了電網(wǎng)信息的信息共享，有利于遠程辦公和領導的遠程查詢。電網(wǎng)數(shù)據(jù)的Web信息查詢不需要安裝電網(wǎng)信息系統(tǒng)，但不同的數(shù)據(jù)項有不同的權限，因而便于數(shù)據(jù)共享。4智能電網(wǎng)子系統(tǒng)設計4.1用戶單元設計WebServices作為一種軟件技術,它提出了一種新的基于Internet/Intranet的信息系統(tǒng)共享架構,它可以讓用戶在TCP/IP環(huán)境下毫無約束地遠程調用不同行業(yè)不同技術構建的不同平臺下的Web服務,實現(xiàn)在Internet/Intranet下的信息系統(tǒng)共4.1.1居民電源控制部分圖4-1系統(tǒng)結構圖系統(tǒng)共分為居民電源控制部分(插座)，總控箱(數(shù)字式小型微波分控器)，WEB服務器，WAP終端或數(shù)字式移動終端，軟件系統(tǒng)等五大部分，如圖4-1所示。在本系統(tǒng)中，使用上文所述插座作為控制終端;使用總控箱控制所有插座，總控箱支持有線方式控制電源，每個電源預設唯一編碼作為標識碼，也作為受控的識別碼;總控箱中編碼由計算機通過RS232串行接口提供，編碼分為地址碼和操作碼兩部分，地址碼指明操作對象，操作碼指明相應操作(“開”或“關”)；控制總控箱的計算機采用WEB服務器l，安裝WindowsServe2003操作系統(tǒng)，應用程序采用Silverlight作為開發(fā)平臺，工作人員可以通過局域網(wǎng)上的客戶機登錄服務器完成控制操作，也可以通過移動WAP或者GSM終端設備登錄服務器完成相應的控制操作。服務器在初始化狀態(tài)下設定所有用戶為“開’(顯示在屏幕上為“亮”)，接受控制信號后再改變?yōu)椤瓣P”(顯示在屏幕上為“灰”)。4.1.2總控箱總控箱采用數(shù)字編碼，接收到服務器的指令和操作對象編碼后，采用廣播式發(fā)射微波信號，各用電插座接收到信號后與預先儲存在插座內的編碼進行對比，符合則執(zhí)行相關指令；不符合則不產(chǎn)生動作。服務器與總控箱采用RS232串行接口相連，總控箱中的單片機完成指定插座操作編碼后廣播方式發(fā)送，同時回送已發(fā)送信號給服務器，服務器接收到該信號后，改寫相應電源的狀態(tài)，顯示于屏幕上；對于某些用戶或者供電位置的插座，可能因為無線信號屏蔽而致使插座收不到微波信號的，在工程施工時預埋有線電纜，必要時可以采取有線方式接收控制信號。通過這種方法本系統(tǒng)實現(xiàn)可選擇性的智能控制。4.1.3采用移動終端進行監(jiān)控具有方便，易于操作，人們往往是離開家后卻發(fā)現(xiàn)記不清辦公室的相關設備電源是否關閉;這時可以通過互聯(lián)網(wǎng)對家庭用電及正在使用的用電器進行查詢及操作。我們采用的是web連接大樓的服務器，再通過服務器連接家庭智能電表進人控制界面，查看用電狀使用狀況后，發(fā)出相應指令完成操作。這是本系統(tǒng)節(jié)電的又一個智能點。4.1.4web服務WEB服務技術,包括3種角色(服務提供者、服務注冊中心和服務請求者)和3種操作(發(fā)布、查找和綁定),各角色間通過相應操作進行交互。(1)服務提供者。提供服務并對服務進行注冊發(fā)布以便于服務的利用。(2)服務注冊中心。是服務提供者和服務請求者之間的媒介,提供了一定的機制使服務提供者和服務請求者能夠發(fā)現(xiàn)對方。(3)服務請求者。向服務注冊中心請求服務并調用這些服務以完成具體任務。服務提供者開發(fā)一個通過網(wǎng)絡可以被訪問的服務,然后將服務描述注冊到服務注冊中心或發(fā)布給服務請求者;服務請求者通過查找本地或服務注冊中心的服務描述,選擇所需的服務進行綁定;通過綁定后,服務提供者就可把結果返回給服務請求者,從而實現(xiàn)信息交互。本系統(tǒng)在服務器中預先輸入照明設備及各用電設備、儀器的位置及狀態(tài)信息(初始值為關),客戶機或無線移動終端可以通過有線或無線網(wǎng)登錄系統(tǒng)發(fā)送指令,查看各電器插座的狀態(tài),開啟或關閉插座;用戶權限由系統(tǒng)管理員預先設定。如圖4-2所示。圖4-2WebServices模型4.1.5軟件設計本系統(tǒng)軟件設計分為本地客戶機登錄與移動用戶遠程登錄、服務器與總控箱采用雙向串行接口通訊模式，程序中嵌人串口通訊軟件、總控箱的編碼由單片機完成。登錄用戶分為1,2,3級:1級可以控制所有用戶總電源，2級可以控制樓該用戶的家庭電器情況(就是指開通權限的用戶本人)3級只可以查詢無操作權限;主程序流程圖如圖4-3系統(tǒng)初始化時把所有用戶置于開啟位置，使整座大樓處于待機狀態(tài);圖4-3居民電源控制系統(tǒng)主流程圖電器插座位置編輯主要是增加用戶，刪除用戶，并對大樓的公共用電設施進行分析控制;系統(tǒng)信號檢測主要是驗證用戶接收信號后是否動作;顯示供電狀況是把所有用戶的狀態(tài)顯示出來，供查閱。4.2居民智能節(jié)電系統(tǒng)設計智能電網(wǎng)系統(tǒng)以其在提高能源利用效率、設備利用效率以及投資收益等方面的巨大優(yōu)勢而受到各國越來越多地關注。居民用電在我國多數(shù)地區(qū)用電增長率較高，從建設智能電網(wǎng)的角度看，居民用電方式的靈活、節(jié)約、創(chuàng)新和居民用電系統(tǒng)的智能化是具有更實際價值的先期應用領域。本設計通過對智能電網(wǎng)中關于居民用電高級計量系統(tǒng)的探索，設計并實現(xiàn)了一套“居民智能節(jié)電系統(tǒng)”，結合智能電網(wǎng)中的高級計量管理體系（AMI）和遠程資產(chǎn)監(jiān)視和控制系統(tǒng)，運用智能電能表實時顯示用戶用電情況，并且利用計算機智能地為用戶呈現(xiàn)不同的節(jié)能方案以供用戶選擇，在滿足用戶用電需求的前提下，智能地調配居室內各用電器具使用，從而最大程度地節(jié)約居室日常用電量，實現(xiàn)能源優(yōu)化配置。4.2.1隨著智能電網(wǎng)概念的出現(xiàn)，一種集智能表計、數(shù)據(jù)管理以及負荷智能控制等技術于一體的高級計量體系（advancedmeteringinfrastructure，AMI）作為智能電網(wǎng)的基礎組成部分越來越受到人們的重視。AMI并不是一項單一的技術，而是一個多技術的綜合體。如圖7所示，AMI的基本結構是由以下幾個關鍵技術組成的。（1）智能電能表AMI中使用的智能電能表是一種固態(tài)可編程的裝置，它具有很多傳統(tǒng)電能表所不具備的功能，如顯示電能使用數(shù)據(jù)，顯示時變電價，失（修復）電源通告，電能質量監(jiān)測，干擾與竊電監(jiān)測，與室內其它的智能設備互相通信等。智能電能表被稱為綠色的計量裝置，它與傳統(tǒng)電能表最重要的不同就是它能引導用戶進行節(jié)能減排，從而實現(xiàn)需求響應機制。它不僅僅是一塊電能表，可以說它是居室內的能源控制中心。它的智能控制單元能夠根據(jù)用戶當前的用電情況，幫助用戶做出節(jié)能決策。它與室內的各種用電設備緊密相連，一旦用戶做出決策，它能夠立即開始根據(jù)計劃，控制各用電設備的工作，整個過程無需用戶手動參與，用戶所需要做的就是在屏幕上發(fā)出節(jié)能指令。（2）廣域通信結構AMI的通信結構支持在電力公司、用戶以及可控電力負荷之間的互相通信。它采用雙向通信標準，以確保通信的快速安全?；玖鞒淌牵簲?shù)據(jù)集散中心從各組智能電能表中采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過回程通道傳送給中心服務器。通信介質可以采用電力線載波、電力線寬帶、無線網(wǎng)絡以及Internet或者是以上的結合。圖4-4AUO結構圖（3）家庭（本地）局域網(wǎng)（HAN）家庭（本地）局域網(wǎng)是AMI中重要的結構基礎。本設計將智能電能表和各種可控的用電設備連接起來，組成局域網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)多種能源管理功能。其中包括顯示能源使用情況，對價格信號做出相應的反應，電力安全監(jiān)測等。（4）表計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（MDMS）DMS是一個帶有分析工具的數(shù)據(jù)庫，它的最重要的功能就是完成對AMI數(shù)據(jù)的確認、編輯與評估（VEE），從而防止通信網(wǎng)絡的中斷以及在用戶端保證數(shù)據(jù)流的完整與準確。4.2.2節(jié)電系統(tǒng)結構及運行機制本居民智能節(jié)電系統(tǒng)處于AMI結構體系中的用戶端。在用戶需求的層面上，組建家庭用電和寬帶共享的局域網(wǎng)絡，通過智能電能表控制居室內的各種用電設備，根據(jù)各個時段電價的不同，為用戶計算分析出最佳的節(jié)電策略供用戶選擇，從而起到需求側響應的作用。系統(tǒng)結構如圖8所示。圖4-5節(jié)電系統(tǒng)結構示意圖本設計由于僅僅是在用戶端實現(xiàn)AMI的體系，因此用計算機來模擬電網(wǎng)端。計算機模擬電力公司向智能電能表傳送電價等數(shù)據(jù)，智能電能表將接收到的電價等信息送到內置處理器中進行分析處理，根據(jù)這些信息并結合居室內當時的電能使用狀況，為用戶提供一系列節(jié)能方案，并顯示在智能電能表的觸摸式控制屏上。用戶可以結合實時電價與自己的電能需求情況適當?shù)剡x擇節(jié)能方案。當方案被用戶確定以后，智能電能表立即產(chǎn)生一套控制指令，將指令傳送到控制器中，控制器接收到這些指令通過模擬或數(shù)字信號控制居室內的各用電設備。同時，居室內的各設備的運轉情況也會通過控制器傳回智能電能表，智能電能表的內處理器會分析這些數(shù)據(jù)，計算出當前的節(jié)能效率，并將結果顯示在顯示屏上。這樣一來用戶對整個室內的用電情況就一目了然。由于電價和節(jié)能率也同時顯示出來，能夠使用戶對自己的電能使用效率有一個更加直觀、更加量化的了解，這就從側面激勵用戶去自覺的節(jié)能。4.2.3系統(tǒng)硬件實現(xiàn)由于采用計算機模擬電網(wǎng)端，本系統(tǒng)硬件主要包括2個主要部分：智能電能表和居室電器控制器。智能電能表設計本圖4-6顯示界面示圖SRES系統(tǒng)中的智能電能表，是由一塊液晶顯示屏及其控制電路組成。它可以通過RS232串口與計算機進行實時通信。計算機向串口發(fā)送一組二進制代碼，控制液晶顯示屏上的一個顯示動作，代碼與顯示動作一一對應，這樣就可以達到對液晶顯示屏的實時控制。我們將“智能電能表”的顯示界面設計成圖9的樣式，可以顯示出用戶的當前時段及對應的實時電價，受控制的用電器被一一列出，當前居室內用電器的使用狀況一目了然。同時，根據(jù)用電器的使用情況計算出當前的用電總功率，并顯示在液晶屏上，如果總功率高于某一設定好的值，屏幕下方會出現(xiàn)節(jié)電提示。液晶顯示屏通過串口與計算機相連，在“居室智能節(jié)電系統(tǒng)”的軟件部分里，運用串口控件向計算機串口發(fā)送指定的數(shù)據(jù)，控制液晶屏幕上的顯示。液晶模塊的RS232接口設計如圖10所示。通過這個模擬的智能電能表，可以為用戶提供詳細的用電信息，使用戶對居室當前的用電狀態(tài)有一個全面的了解，并且能夠對用戶的節(jié)電行為起到很好的激勵作用。圖4-7液晶模塊RS232接口居室電器控制器設計控制器主要起到作為智能電能表和室內用電設備之間聯(lián)絡橋梁的作用。它接收智能電能表發(fā)出的控制口令，并將其轉換成模擬或數(shù)字輸出量對室內的用電設備進行控制。同時，它也可以采集室內各用電設備的工作情況，并將其反饋給智能電能表。這一部分主要由數(shù)字量模擬量輸入輸出控制器完成對各個用電器的控制。它可以利用計算機RS232串口實時控制模擬量的輸出和數(shù)字量的輸出，控制器采用特有的抗高頻干擾電路，工作穩(wěn)定可靠，其中每路模擬量輸出都有過壓保護電路，可抗雷擊以及靜電沖擊。工作電源為直流24V，采用高速C8051系列單片機，具有2路模擬量輸出（0-12V），6路數(shù)字量輸出。通過向串口發(fā)送簡單的代碼就可以控制各數(shù)字量和模擬量的輸出，使用極其方便。控制器的接線圖如圖11所示。我們在居室模型中，選用了照明燈、落地燈、裝飾燈、空調、電暖氣、電視機、飲水機、組合音響這8個可控的不同功率的家用電器，用直流電動機、發(fā)光二極管、音樂芯片等器件代表不同的用電器，來模擬真實的家庭居室。居室電器控制器通過串口與計算機連接，在“居民智能節(jié)電系統(tǒng)”的軟件部分里，根據(jù)具體情況實時地發(fā)出指令，指令代碼通過RS232串口發(fā)送到控制器，控制模擬量的輸出電壓和數(shù)字量的開通與關斷，從而達到對直流電動機、發(fā)光二極管等器件的控制，這樣就可以準確地模擬出居室內的電器使用狀況。本系統(tǒng)還制作了居室模型，將各個用電器安裝到其各自的位置，使其更具有觀賞性，更完整地體現(xiàn)出了本系統(tǒng)的設計思想。圖4-8控制器接線原理圖4.2.4系統(tǒng)軟件實現(xiàn)表4-1系統(tǒng)選定的居室常用電器序號電器名稱功率數(shù)量1裝飾燈2001組2高亮度照明燈1001組3低亮度照明燈501組4立式空調800-13001臺5電暖氣1600-20001臺6背投電視2001臺7組合音響5001臺8飲水機5001臺本系統(tǒng)假設了4個模擬時段，各個時段分別采用一種電價模式?？晒┻x擇的時段分別為：6：00~8：00，8：00~19：00，19：00~23：00，23：00~6：00，在演示時，用戶需要選擇一個模擬時段。然后，系統(tǒng)會向用戶顯示出當前居室內所用用電設備的基本情況，如表11所示。用戶根據(jù)需要選擇自己要開啟的用電設備，系統(tǒng)即可計算出整個居室內的用電總功率。接下來用戶需要選擇希望節(jié)約的功率，系統(tǒng)將根據(jù)用戶的選擇自動生成一套節(jié)電方案，系統(tǒng)自動生成的方案優(yōu)先排序如下：（排列按照建議首先關閉→最后關閉，其中④⑤為功率可調電器，隨時參與功率調整，但為最后關閉電器）6：00~8：00：⑦①②③⑥⑧④（⑤）8：00~19：00：①②③⑦⑧⑥④（⑤）19：00~23：00：①②⑦⑧⑥③④（⑤）23：00~6：00：⑦①⑥⑧②③④（⑤）節(jié)電方案并不唯一，用戶可以根據(jù)自己的偏好，對節(jié)電方案進行調整。系統(tǒng)可以根據(jù)節(jié)電方案計算出方案實施后電器的總功率以及減少的功率，供用戶參考，是否繼續(xù)調整方案。點擊“方案確定”按鈕，即可連接到系統(tǒng)的硬件部分，實現(xiàn)電器的節(jié)電自動控制。軟件系統(tǒng)的流程圖如圖12所示。居室智能節(jié)電系統(tǒng)用戶操作界面如圖13所示。圖4-9節(jié)電系統(tǒng)流程圖圖4-10系統(tǒng)操作頁面4.2.5、節(jié)電效應分析通過模型的假定以及最優(yōu)方案的設計，可以給出實施本項目的節(jié)電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)：由于在系統(tǒng)設置上，本系統(tǒng)選擇立式空調結合電暖氣的電器設施，所以將一年分為2個時段來計算電量，每天按照平均值計算（在這里不考慮特殊情況和用電習慣）：（1）假設夏天和秋天（每年的5月份至10月份）用戶選擇使用立式空調，根據(jù)居室智能節(jié)電系統(tǒng)優(yōu)化方案，將一天分為4個時段，各時段平均節(jié)能量如下：6：00~8：00每小時節(jié)電200W，共節(jié)電0.4kWh；8：00~19：00每小時節(jié)電300W，4h總計節(jié)電1.2kWh；19：00~23：00每小時節(jié)電400W，總計節(jié)電1.6kWh；23：00~6：00每小時節(jié)電100W，共節(jié)電0.7kWh。一天內節(jié)電總量3.9kWh。（2）假設冬天和春天（每年的11月份至來年4月份）用戶選擇使用電暖氣，同樣將一天分為4個時段，各時段平均節(jié)電量如下：6：00~8：00每小時節(jié)電300W，2h節(jié)電0.6kWh；8：00~19：00每小時節(jié)電400W，按照4h計算節(jié)電1.6kWh；19：00~23：00每小時節(jié)電500W，4h節(jié)電2kWh；23：00~6：00每小時節(jié)電100W，總計節(jié)電0.7kWh。一天內節(jié)電總量4.9kWh。這里以5月份—10月份的用戶節(jié)電量為例，上面已經(jīng)計算出每戶每天的節(jié)電量為3.9kWh，那么每100戶每年節(jié)電量就可達到142350kWh。實際上，本系統(tǒng)的思想是在用戶需求和能源節(jié)約、環(huán)境保護之間尋找一個較優(yōu)的匹配，既不影響用戶的正常需求，同時以智能提示的方式對用戶進行督促，減少額外用電，節(jié)省能源、減少排放，以達到各方狀態(tài)的優(yōu)化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。5總結總結或結論，應該是針對前面的設計敘述后的一個總結?？偨Y或結論，應該是針對前面的設計敘述后的一個總結。本智能電網(wǎng)系統(tǒng)是運用了Silverlight的Web開發(fā)，其特點有：1、Silverlight是跨平臺/瀏覽器的。對于大部分開發(fā)團隊，創(chuàng)建一個能夠在所有流行的瀏覽器(包括IE、Firefox、Safari、Opera)上完美運行的Web站點是很具挑戰(zhàn)性的事情。這不只是增加代碼實現(xiàn)的問題，還要進行大量復雜的測試。通常面對這個問題的解決方法有兩個：僅支持少數(shù)最流行的瀏覽器或者增加質量保證人員的數(shù)量。而Silverlight允許“一次開發(fā)，到處運行”，微軟已經(jīng)承諾會支持Windows和Mac上的Opera，而Silverlight的Linux版Moonlight也正在開發(fā)中。2、使用開發(fā)者們已經(jīng)掌握的技術。Silverlight由微軟現(xiàn)有的一些技術創(chuàng)建而成，如XAML，JavaScript以及.NET技術4、Silverlight的用戶界面使用標記語言——就像HTMLSilverlight使用XAML來進行用戶界面設計。HTML是一種很常見的標記語言，文件是純文本的，它只需要告訴瀏覽器如何渲染網(wǎng)頁，XAML也是這樣的，只不過，執(zhí)行文本命令的不再是瀏覽器，而是Silverlight。無論開發(fā)者在服務器端用什么工具進行怎樣的開發(fā)，最后你總要創(chuàng)建動態(tài)的HTML頁面。XAML是標記語言，因此你可以使用服務器端技術動態(tài)創(chuàng)建XAML，就像你的開發(fā)團隊動態(tài)創(chuàng)建HTML一樣。標記語言有所不同，但技術并未變化。5、Silverlight和AJAX技術互為補充。網(wǎng)絡是不斷進化的，回到1990年代，所有人都告訴開發(fā)者應該把盡可能多的執(zhí)行都放在服務器端，技術上沒問題，但是這相當影響用戶體驗?，F(xiàn)在AJAX已經(jīng)廣泛流行開來，把代碼直接放置在瀏覽器中就可以有效改善用戶體驗，這方面最典型的代表就是GoogleMaps。Silverlight也參照了這樣的模型，允許在瀏覽器中創(chuàng)造更加豐富的用戶界面，而采用AJAX和服務器端交換數(shù)據(jù)使Silverlight更加強大，結合了Silverlight豐富的用戶界面和AJAX的異步數(shù)據(jù)傳輸，用戶將得到非常舒適的交互體驗。因此，我選擇了Silverlight，