1 緒論

1.1 課題背景及意義

中國作為一個正高速發(fā)展的發(fā)展中國家，人口數(shù)量巨大，加上城市經(jīng)濟的極速發(fā)展，對能源的需求也相應(yīng)地在加速增長。電能對我們的生活生產(chǎn)有著巨大的影響。我們的生活離不開用電，學(xué)校，工廠，家庭等的停電現(xiàn)象會對生活造成巨大的影響。近年來，電力能源問題作為全球高度重視的熱點問題之一，一直廣泛引起各行各業(yè)的關(guān)注。其中電能消耗浪費則是造成電力能源廣泛熱議的關(guān)鍵原因之一。校園作為一個以老師和學(xué)生為主體的公共場所，也存在著嚴重的用電浪費現(xiàn)象，比如：圖書館的學(xué)生電腦長期不關(guān)、中央空調(diào)、照明燈的長期工作等等都會造成用電的嚴重浪費。但是，因為管理上的缺失，這些浪費現(xiàn)象不能被及時發(fā)現(xiàn)，因而得不到及時處理，更是造成了電力資源的嚴重浪費[1]。我們在離不開電的同時，也在生活的各個方面過度消耗電能。因此，通過構(gòu)建高校節(jié)能監(jiān)管平臺，開發(fā)各區(qū)域電能數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)站，對用電數(shù)據(jù)進行分析處理也變得更加重要。通過平臺建設(shè)，建立健全針對校園建筑的用電監(jiān)測體系，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析及能耗動態(tài)監(jiān)測等方式，實現(xiàn)校園建筑能耗的可監(jiān)測、數(shù)據(jù)可對比，識別重點用能建筑和高能耗建筑，并逐步推進高能耗的用電改造計劃，在此條件下，在各高等學(xué)校實現(xiàn)科學(xué)有效的電能監(jiān)測分析系統(tǒng)顯得十分必要。并且目前急需具有示范作用和推廣價值的且符合能源監(jiān)管需求特點的高校電能監(jiān)管平臺，為日后校園，乃至社會各公眾場所的用電管理提供正確的引導(dǎo)和規(guī)范。

...............

1.2 電能監(jiān)測的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

對于校園電能數(shù)據(jù)監(jiān)測的研究，目前國內(nèi)還沒有完善和統(tǒng)一的監(jiān)管措施，，有關(guān)這方面的研究也相對起步較晚。常見的電能監(jiān)測的方式有兩種：傳統(tǒng)的手持式抄表機圖 1.1 所示，這種電能監(jiān)測工具比較小巧，利于抄表員隨身攜帶，可以用來專門進行采集數(shù)據(jù)，缺點是需要對每個電表逐一進行監(jiān)測，無法連續(xù)采集數(shù)據(jù)，也不能分析對比數(shù)據(jù)變化。第二種電能遠程監(jiān)測儀如圖 1.2 所示，它較之手持式抄表機的優(yōu)勢在于可以在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下連續(xù)采集用電數(shù)據(jù)，缺點是攜帶不方便，數(shù)據(jù)顯示也比較單調(diào)，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況下的報警功能。經(jīng)過查閱資料得出，目前在校園節(jié)能管理系統(tǒng)建設(shè)方面做得較好的高校主要有江南大學(xué)，浙江大學(xué)，華南理工大學(xué)，同濟大學(xué)等。

...............

2 校園電能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 平臺分析

該校園電能監(jiān)測平臺主要利用前端技術(shù)開發(fā)校園電能參數(shù)分析網(wǎng)站。系統(tǒng)對校園各處的用電量進行實時監(jiān)測并對用電數(shù)據(jù)進行實時采集。通過對用電數(shù)據(jù)的分析與處理,可以及時發(fā)現(xiàn)各種異常用電狀況。通過 WEB 頁面管理掌握整個校園各大樓的實時用電數(shù)據(jù),對校園變電站系統(tǒng)進行集中管理和分布式監(jiān)測。使能耗日常運行趨于圖形化、簡單化,提高能耗數(shù)據(jù)的準確度和統(tǒng)計的快速性,提高工作效率。同時,由于本課題要實現(xiàn)的是校園電能監(jiān)測系統(tǒng)，使用的用戶基本都是學(xué)校師生，外校沒有訪問的權(quán)限，整個平臺規(guī)模不大。軟件都可以在官網(wǎng)上免費下載，硬件只需要一臺電腦即可進行代碼的編寫，由于使用的服務(wù)器兼容各常見的系統(tǒng)，不需要進行系統(tǒng)的更新升級，因此該系統(tǒng)的開發(fā)幾乎不需要額外的成本，這也為后面進一步實現(xiàn)網(wǎng)站功能給予了很大的方便。

...............

2.2 能耗采集系統(tǒng)

校園電能數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺可以對學(xué)校各用電單位進行實時用電監(jiān)測，同時對歷年數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，方便學(xué)校動力科相關(guān)管理員對當(dāng)前各用電情況進行有效的監(jiān)測和實時管理[16]，為校園節(jié)能研究、以及后期的變電站建設(shè)改造提供參考依據(jù)。系統(tǒng)將通過對學(xué)校各建筑單位，包括教學(xué)樓、行政樓、圖書館，以及實驗樓等區(qū)域進行用電數(shù)據(jù)采集。并將得到的能耗數(shù)據(jù)傳送到行政動力科數(shù)據(jù)庫進行分析和存儲，再由本文中的前端技術(shù)對歷史用電趨勢數(shù)據(jù)進行顯示和對比分析，并提供歷年數(shù)據(jù)打印功能。由于學(xué)校內(nèi)網(wǎng)是覆蓋每一個用電大樓的，因此該校園電能監(jiān)測平臺可以通過校園網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對各單位能耗分類監(jiān)測與采集，現(xiàn)場采集設(shè)備示意圖如 2.3 所示。

...............

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)...............32

3.1 需求分析...............32

3.2 功能模塊分析................33

4 電能監(jiān)測平臺技術(shù)實現(xiàn)...............38

4.1 電能監(jiān)測平臺結(jié)構(gòu).................38

4.2 登錄頁面實現(xiàn)................38

5 用電量預(yù)測................57

5.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理...............57

5.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型理論................57

5 用電量預(yù)測

5.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理

在歷史發(fā)展的長河中，常常存在著某種規(guī)律性的東西，也叫作模式。這些規(guī)律性的東西往往通過大量的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的。因此，要想獲得更準確有效的用電預(yù)測，就要通過這些看似雜亂無章的歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是通過大量輸入數(shù)據(jù)的相互映射關(guān)系，進行函數(shù)擬合，從而得出預(yù)測模型的最佳數(shù)學(xué)工具之一。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是對生物的神經(jīng)系統(tǒng)的模擬，其中每個神經(jīng)元都是獨立的，擁有各自的核和分界線，當(dāng)細胞體接受到外界刺激時就會產(chǎn)生電傳導(dǎo)，形成電脈沖，多個神經(jīng)元通過突觸連接就形成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[56]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之所以受到越來越多的關(guān)注，主要因為它由更好的自學(xué)習(xí)性，較好的容錯性以及比較準確的非線性逼近能力。經(jīng)過多年的發(fā)展，人們提出了各式各樣的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中，在大多數(shù)的數(shù)據(jù)預(yù)測研究中，使用最為廣泛的是前向網(wǎng)絡(luò)模型 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

...............

5.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型理論

作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是包含輸入層、隱藏層和輸出層。其中，輸入層是整個網(wǎng)絡(luò)的起始節(jié)點。隱藏層可以根據(jù)實際模型需求包含一層或多層，作為計算節(jié)點從起始節(jié)點輸入層中提取有用的特征逐步進行復(fù)雜的運算，屬于整個網(wǎng)絡(luò)的中間層。輸出層是整個網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點。在任意層上的一個神經(jīng)元與它之前的層上的所有節(jié)點（神經(jīng)元）都連接起來。信號在一層接一層的基礎(chǔ)上逐步流過，方向是向前的，從左到右[57]。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強大的學(xué)習(xí)能力和計算能力。本節(jié)將首先分析 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程。

...............

結(jié)論

本課題旨在利用前端技術(shù)開發(fā)校園電能監(jiān)測網(wǎng)站。網(wǎng)站對校園各處的用電量進行實時監(jiān)測并對用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)果簡單清晰，相比于傳統(tǒng)的手持式遠程監(jiān)測設(shè)備，該網(wǎng)站簡化了人工管理電能數(shù)據(jù)的繁瑣過程，通過對用電數(shù)據(jù)的處理與分析，系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)各種異常用電狀況。提高了對電能能耗管理的效率,也是管理趨向信息化的必要條件。本課題中基于 B/S 架構(gòu)和瀏覽器技術(shù),通過豐富的圖形表示方式,快捷準確的為管理提供良好的數(shù)據(jù)查詢、決策分析等用戶界面。由于目前拿到的數(shù)據(jù)是學(xué)校人工每月在各樓層電表中抄寫的數(shù)據(jù)，人工抄表誤差相對較大和抄表時間的不一致，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果也相對精確度降低，如果采用電能監(jiān)測平臺，實時采集準確數(shù)據(jù)，對未來進行電能預(yù)測也將大有幫助。

參考文獻（略）

本文編號：554495