引言

隨著現代信息和通信技術的進一步發(fā)展，以及人們節(jié)能意識的進一步加強，智能電網下的能源與信息交互變得愈加緊迫，凸顯了在新的技術背景下實現智能用電的重要性。智能用電是智能電網終端應用的最終體現，也是構建堅強智能電網的重要支柱和主要環(huán)節(jié)之一。實現智能用電一方面有利于電網企業(yè)走向營銷現代化以及供電配電的科學化，另一方面也有利于實現電網與客戶之間能量流、信息流、業(yè)務流的實時互動，構建新型的供用電關系。

本文立足智能電網中智能互動終端的應用，以現有量測體系及網絡技術為基礎設計開發(fā)了一種智能用電服務系統(tǒng)。智能用電服務系統(tǒng)的設計采用瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)模式，以智能電表為系統(tǒng)的數據采集終端，實現對電網供電及客戶用電信息的收集與處理，通過瀏覽器終端提供人機交互界面，為用戶提供實時信息交互及基礎業(yè)務服務平臺。

1系統(tǒng)設計方案

智能用電服務系統(tǒng)的設計涉及軟件與硬件兩個層面的應用，系統(tǒng)整體設計拓撲結構如圖1所示，系統(tǒng)的主體部分由基于硬件的用電數據采集網絡，提供數據存儲處理和業(yè)務信息服務的服務器媒介以及面向應用的客戶終端三個部分構成。

作為智能用電服務系統(tǒng)實現過程中最基本也是最重要的部分，系統(tǒng)采用智能電表實現對用戶用電信息的實時測量和收集，搭建底層的自動化用電測量網絡。智能電表是一種具有自動測量功能和實時處理機制的電能測量儀表，它具有編程可控和通信功能，能夠與外部通信系統(tǒng)和數據中心進行信息交流。為實現對用電數據的實時存儲和處理，采用JAVA語言進行RS-485和網絡編程開發(fā)了專門用于智能電表通信交互的系統(tǒng)后臺軟件。利用該軟件可建立上位機與智能電表間的直接通信，實現對智能電表的訪問和控制。后臺軟件將智能電表的測量數據進行實時存儲和處理，完成對冗余數據的過濾和優(yōu)化，建立實時數據庫機制，為系統(tǒng)數據的后續(xù)應用提供了保障。這樣，為所有入網的用戶配備相應的智能電表及相關的基礎硬件，利用電表與上位機間的通信軟件可以實現對用戶用電數據的遠程集抄和智能應用。

智能用電服務系統(tǒng)的上層應用著眼于實時的數據處理和靈活的用戶互動，本文從現有的網絡技術出發(fā)，采用目前流行的LAMP開源服務器平臺組合作為開發(fā)基礎，實現了B/S模式下系統(tǒng)的總體設計［%系統(tǒng)的服務器媒介為系統(tǒng)實時數據響應和用戶業(yè)務處理提供了重要的物理基礎，同時采用Web瀏覽器作為系統(tǒng)用戶終端，確保了系統(tǒng)訪問的便捷性。

2系統(tǒng)硬件基礎

智能電表是實現智能用電服務系統(tǒng)功能設計的底層硬件保障，設計合理的智能電表對系統(tǒng)實現用電數據的采集至關重要。圖2所示是一種針對系統(tǒng)數據需求以及現行配電用電規(guī)模，采用可編程且具有雙向通信功能的智能電表示意圖。該智能電表整合了實時電量的測量存儲，數據信息的交流處理以及可控微系統(tǒng)等功能。

計量單元與顯示模塊是智能電表的基礎模塊，該模塊集成了基本的測量元件和具有高速數據處理能力的電能測量芯片。計量單元模塊的工作具有實時性，它可以根據預先設定的時間間隔(在本文應用中設定為1min)對用戶電量進行實時采集和測量，在這個過程中測量元件為電能信息采集提供了通道，而電能芯片則為實現相關用電數據的計算處理提供了基礎。采集獲得的電能信息經過一系列的A/D轉換，在電能芯片內部實現高速運算和數值校準，由此獲得電能量、功率參數及電壓值。

數據存儲和事件記錄模塊是智能電表的內部存儲功能所在，在實際的設計中，該模塊由兩個獨立的數據存儲區(qū)構成。數據存儲功能實現對一定時間電能計量信息的存儲，電表內部以電能采集頻率為參考，對電量信息進行存儲，可以連續(xù)存儲2個月內用戶的所有計量信息，而在電表斷電以后該數據信息可以實現2天的斷電保存。事件記錄功能用于對電表的維護歷史及異常信息進行存儲，智能電表的事件記錄以電網系統(tǒng)下發(fā)的事件代碼為標準，對電表最近1個月內的開蓋、計量清零、操作人員編碼及操作時間、用電異常等事件進行記錄。

異常報警模塊是智能電表的內部安全機制，該模塊可以實時地根據用戶電能信息在無人為干預的情況下對電表進行安全防護，包括過載保護、斷電、超壓及欠壓報警。

可控微系統(tǒng)由微處理芯片和多組繼電控制開關構成，微處理芯片接收編程輸入，可以與外部系統(tǒng)如電表付費平臺、電力部門控制總站等建立聯系，以脈沖輸出或電平開關信號控制內置開關，對電表進行停電、送電等操作，實現電表的遠程控制。

外部通信模塊和編程接入模塊是智能電表實現智能控制的接口模塊。智能電表內置局域網通信卡，集成RS-485轉換接口，通過外部編程可以實現與電表間的雙向通信，與電表內部的各個模塊建立聯系，對其進行遠程設定和控制。

3系統(tǒng)軟件

3.1系統(tǒng)體系架構

智能用電服務系統(tǒng)的軟件設計是實現系統(tǒng)整體性能的核心部分。系統(tǒng)的軟件實現需要滿足對電表實時數據信息的處理和控制，同時為用戶提供便捷的服務入口。為了保證系統(tǒng)的兼容性和拓展性，降低系統(tǒng)的維護成本與難度，本文采用B/S模式作為系統(tǒng)軟件設計的總體思路。B/S模式是對傳統(tǒng)的采用兩層結構的客戶端/服務器(Client/Server,C/S)模式的一種改進。在B/S模式下，將系統(tǒng)主要邏輯集中在服務器端實現,

而客戶端只包含極少部分的事務邏輯，由此形成一種瘦客戶端的結構，改變了傳統(tǒng)的C/S模式采用特定的客戶端軟件將大量的邏輯操連同顯示邏輯放置在客戶端帶來的缺點，在減輕客戶端負荷的同時，使得客戶端的運行環(huán)境不再具有過強的約束性，增強了系統(tǒng)的跨平臺性；同時，采用B/S模式使得系統(tǒng)數據不再像C/S模式下具有分布特性，數據被集中在后臺數據庫服務器，使得數據的實時共享和同步變得更加容易。

采用B/S模式開發(fā)的智能用電服務系統(tǒng)具有三層軟件結構，其總體架構如圖3所示，系統(tǒng)由表示層、功能層和數據層三個獨立而相互協調的軟件層構成。

表示層作為B/S模式三層結構的第一層，由位于客戶端的Web瀏覽器構成。表示層主要包含系統(tǒng)的顯示邏輯，在工作過程中，用戶通過Web瀏覽器向網絡中特定的Web服務器發(fā)出請求，Web服務器在對用戶信息進行驗證并進行相關的邏輯操作以后向客戶端傳輸相應的響應頁面，位于客戶端的主機接收來自服務器的數據，將它顯示在瀏覽器終端。功能層作為B/S模式三層結構中的第二層又被稱為中間層，通常由集成了系統(tǒng)業(yè)務邏輯處理功能的Web服務器構成。在智能用電服務系統(tǒng)的設計過程中，功能層的主要工作是接收用電客戶的請求，為用戶提供業(yè)務接口，根據用戶的具體請求內容進行相應的邏輯操作。其主要的業(yè)務模型主要包括對用電信息的處理，電費電價查詢，用電異常事件預警以及在線信息交互等。功能層根據需求與位于數據層的數據庫建立連接，發(fā)起數據處理請求。數據層是B/S模式三層結構中的最后一層，主要由數據庫服務器構成。在數據層中充當主要角色的是能夠直接與系統(tǒng)數據庫連接，提供功能層數據訪問接口的數據邏輯操作模塊。數據層接收來自功能層的數據處理請求，通過數據庫操作語言直接操縱數據庫完成數據請求處理，對數據進行分析和封裝，為系統(tǒng)客戶端提供響應數據。

3.2系統(tǒng)數據庫設計

數據庫是系統(tǒng)工作數據的來源，系統(tǒng)功能的實現都建立在對數據庫的訪問之上。在智能用電服務系統(tǒng)中，智能電表采集的用電信息在后臺軟件的作用下寫進系統(tǒng)數據庫，作為用戶用電信息的存儲所在，再由數據庫為客戶端提供應用數據。在系統(tǒng)工作的過程中，數據庫實際上既是底層用電數據采集的終端，同時也是系統(tǒng)上層應用的數據載體。

在智能用電服務系統(tǒng)中，為了有效存儲復雜巨量的用電信息，為用戶提供準確的業(yè)務數據，依照關系數據庫模型，采用MySQL數據庫技術設計了系統(tǒng)數據庫。根據系統(tǒng)的業(yè)務模型建立五個實體作為數據庫數據表結構，分別為用戶信息表(Userinfo)、電表信息表(Meterinfo)、業(yè)務信息表(Serviceinfo)、供電信息表(Powersupplyinfo)以及社區(qū)信息表(Cmomunitylnfo)。系統(tǒng)每個數據表具有多個數據字段(如電表信息表由電表編號、實時電量、日用電量、月用電量、剩余電量以及實時時間6個數據項組成)，并通過電表編號(MeteriD)實現關聯，為每一個用戶提供唯一的標識，保證數據庫內部的關聯屬性。

為了便于管理系統(tǒng)數據信息，在數據庫設計過程中建立了數據庫的權限管理機制。通過系統(tǒng)管理員的授權，不同權限的操作人員可以對數據信息，主要是電表信息進行管理,對歷史測量信息進行備份存儲，以節(jié)約數據存儲資源；同時對數據庫進行數據冗余檢查，優(yōu)化系統(tǒng)數據庫的性能。

3.3頁面實時交互機制

B/S模式下智能用電服務系統(tǒng)功能的實現有賴于對電表數據信息的實時處理，因此在系統(tǒng)工作過程中保證系統(tǒng)具有良好的響應機制以及穩(wěn)定友好的用戶界面是系統(tǒng)終端設計的關鍵。為了提高系統(tǒng)的實時性，在系統(tǒng)實現過程中，多處采用了AJAX技術，其響應機制如圖4所示。使用AJAX技術，系統(tǒng)在對用戶請求操作進行響應的過程中建立起異步請求對象XMLHttpRequest，避免了客戶端和服務器間的直接交互,將用戶請求的數據信息交由AJAX引擎完成，實現從服務器中提取確定的數據信息，使用戶操作和服務器響應異步化,減少了冗余數據的重載，縮短了用戶的等待時間。

圖4AJAX響應機制

在智能用電服務系統(tǒng)的設計中，系統(tǒng)Web頁面采用HTML語言和PHP結合CSS文件混合編寫，將AJAX技術

應用于對用戶電量信息的實時監(jiān)測顯示，以及用戶在線業(yè)務請求的過程當中，實現了系統(tǒng)頁面的無刷新數據更新，給用戶帶來了良好的終端體驗。

3.4系統(tǒng)功能模塊及其流程

智能用電服務系統(tǒng)的實現流程及功能模塊如圖5所示，用戶通過web瀏覽器訪問系統(tǒng)首頁，經過系統(tǒng)用戶驗證以后，合法用戶可以訪問系統(tǒng)所有功能界面。本文中智能用電服務系統(tǒng)功能結構主要由用戶信息模塊、用電信息模塊、信息服務模塊、增值業(yè)務模塊以及管理模塊五個子模塊構成。

用戶信息模塊是用戶與系統(tǒng)進行交互的接口模塊，主要提供了用戶電表信息以及用戶注冊資料。用戶模塊的設計為系統(tǒng)的訪問機制提供了保障，所有用戶的操作都必須建立在對系統(tǒng)的合法訪問基礎之上。為有效防止非授權用戶使用系統(tǒng)資源，采用PHP中的session機制建立系統(tǒng)的安全機制叫

在用戶進行系統(tǒng)登陸時，系統(tǒng)將對用戶的用戶名和用戶密碼進行檢驗，同時檢驗用戶的權限類型；只有登陸成功的用戶，才能獲得系統(tǒng)為其建立的session變量。這樣用戶在訪問系統(tǒng)頁面時,系統(tǒng)可以根據用戶session變量檢驗用戶是否擁有訪問該頁面的權限。

用電信息模塊是智能用電服務系統(tǒng)的主要功能模塊，可以為用戶提供實時電量、日用電量、月用電量、用電費用，以及用電異常事件的查詢和報表統(tǒng)計分析等功能。

信息服務模塊是用戶與電網部門的交流平臺，提供實時電價查詢、在線咨詢、用電異常反饋與報修、電網信息發(fā)布以及社區(qū)用電評價等功能。通過實時電價查詢，用戶可以及時地了解當前用電價格，減少由于電費價格不明帶來的收費紛爭;在線咨詢可以為用戶提供實時的疑難解答，用戶可以反饋自己的用電情況，也可以為電網部門提供意見;電網信息發(fā)布用于電網部門及時更新供電信息（如計劃停電、設施改造等），宣傳用電科普等內容；社區(qū)用電評價目的在于提高用戶的用電水平，電網部門將整個社區(qū)內的用戶用電情況進行統(tǒng)計分析，以圖形化的統(tǒng)計方式顯示在系統(tǒng)頁面上進行公告，提供社區(qū)用戶對用電情況的投票評價平臺。

增值業(yè)務模塊提供用戶的拓展業(yè)務辦理入口，用戶可以申請用電信息的短信通知，電力優(yōu)化決策以及用電定期維護等業(yè)務。系統(tǒng)功能層封裝了各個業(yè)務模型，可以根據需要接入外部業(yè)務系統(tǒng)，實現基于移動通信的業(yè)務平臺，電網部門也可依照用戶的業(yè)務辦理情況，收取額外的服務費用。

系統(tǒng)管理模塊主要提供數據維護和系統(tǒng)設置工具，電網部門系統(tǒng)管理人員可以定期對系統(tǒng)數據庫電表數據進行備份和清理，同時根據用戶需求對系統(tǒng)界面等進行設置，維護系統(tǒng)的使用，從而保障系統(tǒng)性能。

4結語

本文針對智能電網下智能終端的應用，綜合用戶需求與供電要素，設計實現了基于B/S模式的智能用電服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)以智能電表為硬件基礎搭建底層用電數據的釆集網絡，實現了對用戶用電信息的實時獲取，為系統(tǒng)功能的設計提供了數據保障。B/S模式下的智能用電服務系統(tǒng)具有多種用電信息查詢和業(yè)務服務功能，可以為用戶提供電能消耗統(tǒng)計、用電費用繳納、用電優(yōu)化決策，以及實時信息交流等便捷、多樣化的服務入口為電力部門信息發(fā)布和用戶用電互動提供了良好的支撐平臺。

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