1 緒論

1.1 課題背景及意義

中國(guó)作為一個(gè)正高速發(fā)展的發(fā)展中國(guó)家，人口數(shù)量巨大，加上城市經(jīng)濟(jì)的極速發(fā)展，對(duì)能源的需求也相應(yīng)地在加速增長(zhǎng)。電能對(duì)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(huì)對(duì)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(diǎn)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(fèi)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(gè)以老師和學(xué)生為主體的公共場(chǎng)所，也存在著嚴(yán)重的用電浪費(fèi)現(xiàn)象，比如：圖書館的學(xué)生電腦長(zhǎng)期不關(guān)、中央空調(diào)、照明燈的長(zhǎng)期工作等等都會(huì)造成用電的嚴(yán)重浪費(fèi)。但是，因?yàn)楣芾砩系娜笔�，這些浪費(fèi)現(xiàn)象不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因而得不到及時(shí)處理，更是造成了電力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[1]。我們?cè)陔x不開電的同時(shí)，也在生活的各個(gè)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(tái)，開發(fā)各區(qū)域電能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站，對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理也變得更加重要。通過平臺(tái)建設(shè)，建立健全針對(duì)校園建筑的用電監(jiān)測(cè)體系，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析及能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方式，實(shí)現(xiàn)校園建筑能耗的可監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)可對(duì)比，識(shí)別重點(diǎn)用能建筑和高能耗建筑，并逐步推進(jìn)高能耗的用電改造計(jì)劃，在此條件下，在各高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的電能監(jiān)測(cè)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(jià)值的且符合能源監(jiān)管需求特點(diǎn)的高校電能監(jiān)管平臺(tái)，為日后校園，乃至社會(huì)各公眾場(chǎng)所的用電管理提供正確的引導(dǎo)和規(guī)范。

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1.2 電能監(jiān)測(cè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于校園電能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的研究，目前國(guó)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(duì)起步較晚。常見的電能監(jiān)測(cè)的方式有兩種：傳統(tǒng)的手持式抄表機(jī)圖 1.1 所示，這種電能監(jiān)測(cè)工具比較小巧，利于抄表員隨身攜帶，可以用來專門進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是需要對(duì)每個(gè)電表逐一進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無法連續(xù)采集數(shù)據(jù)，也不能分析對(duì)比數(shù)據(jù)變化。第二種電能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀如圖 1.2 所示，它較之手持式抄表機(jī)的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)是攜帶不方便，數(shù)據(jù)顯示也比較單調(diào)，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況下的報(bào)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(jì)大學(xué)等。

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

2.1 平臺(tái)分析

該校園電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(duì)校園各處的用電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。通過對(duì)用電數(shù)據(jù)的分析與處理,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常用電狀況。通過 WEB 頁(yè)面管理掌握整個(gè)校園各大樓的實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù),對(duì)校園變電站系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和分布式監(jiān)測(cè)。使能耗日常運(yùn)行趨于圖形化、簡(jiǎn)單化,提高能耗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和統(tǒng)計(jì)的快速性,提高工作效率。同時(shí),由于本課題要實(shí)現(xiàn)的是校園電能監(jiān)測(cè)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(gè)平臺(tái)規(guī)模不大。軟件都可以在官網(wǎng)上免費(fèi)下載，硬件只需要一臺(tái)電腦即可進(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)的更新升級(jí)，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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站功能給予了很大的方便。

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2.2 能耗采集系統(tǒng)

校園電能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以對(duì)學(xué)校各用電單位進(jìn)行實(shí)時(shí)用電監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)歷年數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，方便學(xué)校動(dòng)力科相關(guān)管理員對(duì)當(dāng)前各用電情況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)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(duì)學(xué)校各建筑單位，包括教學(xué)樓、行政樓、圖書館，以及實(shí)驗(yàn)樓等區(qū)域進(jìn)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(dòng)力科數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)，再由本文中的前端技術(shù)對(duì)歷史用電趨勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和對(duì)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(gè)用電大樓的，因此該校園電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以通過校園網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)各單位能耗分類監(jiān)測(cè)與采集，現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備示意圖如 2.3 所示。

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3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)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(cè)平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)...............38

4.1 電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu).................38

4.2 登錄頁(yè)面實(shí)現(xiàn)................38

5 用電量預(yù)測(cè)................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(cè)

5.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理

在歷史發(fā)展的長(zhǎng)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(zhǔn)確有效的用電預(yù)測(cè)，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(jìn)行函數(shù)擬合，從而得出預(yù)測(cè)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(duì)生物的神經(jīng)系統(tǒng)的模擬，其中每個(gè)神經(jīng)元都是獨(dú)立的，擁有各自的核和分界線，當(dāng)細(xì)胞體接受到外界刺激時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電傳導(dǎo)，形成電脈沖，多個(gè)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?yàn)樗筛玫淖詫W(xué)習(xí)性，較好的容錯(cuò)性以及比較準(zhǔn)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(cè)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)。

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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(gè)網(wǎng)絡(luò)的起始節(jié)點(diǎn)。隱藏層可以根據(jù)實(shí)際模型需求包含一層或多層，作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)從起始節(jié)點(diǎn)輸入層中提取有用的特征逐步進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，屬于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中間層。輸出層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)。在任意層上的一個(gè)神經(jīng)元與它之前的層上的所有節(jié)點(diǎn)（神經(jīng)元）都連接起來。信號(hào)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(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力和計(jì)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。

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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(cè)網(wǎng)站。網(wǎng)站對(duì)校園各處的用電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果簡(jiǎn)單清晰，相比于傳統(tǒng)的手持式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，該網(wǎng)站簡(jiǎn)化了人工管理電能數(shù)據(jù)的繁瑣過程，通過對(duì)用電數(shù)據(jù)的處理與分析，系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常用電狀況。提高了對(duì)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(zhǔn)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(duì)較大和抄表時(shí)間的不一致，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果也相對(duì)精確度降低，如果采用電能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)未來進(jìn)行電能預(yù)測(cè)也將大有幫助。

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：554495