社区电力监测管理系统的设计与实现【字数：7620】
摘要：随着经济的快速发展，人们的生产、生活已经离不开电力的供应，在如今信息化的时代，实现高效的、高质量的、低成本的、可靠的社区用电监测管理系统显得十分有意义。在电力管理中，电力监测至关重要，电力监测主要采用科技化的传输与信息监测手段，并且融合数据分析技术，对用户的各类用电信息进行收集分析，了解用电情况，并科学合理的进行供电计划的制定，以此来实现对电力监测的管理。
本文主要针对社区电力监测管理系统进行设计与实现，系统采用MVC架构，数据库采用Oracle数据库管理系统，对电力数据进行存储访问。首先对社区电力监测管理系统进行需求分析，将系统划分为家庭用电管理、社区用电管理、电网公司管理和系统管理四大功能，对各个功能构建了用例图并进行了用例分析；在对系统的功能进行模块设计时，主要采用了流程图、时序图和类图设计，并且对系统数据库建立了E-R图及数据表的结构设计；在对系统功能进行实现时，通过Eclipse开发平台对系统进行编码实现；最后，对系统实现的功能进行了测试，保证系统正式投入使用前，能够正常的运行。
该社区用电监测管理系统能够实现整个供电用电过程的实时监测，对家庭及社区用电情况进行及时的了解，并且对收集到的数据进行分析，以报表和图形的形式反映出来，电网公司能够根据报表的内容对供电情况进行及时的掌握，方便对供电计划进行精确的调整，以此来达到优化供电的效果。
关键词：社区；电力；实时监测；MVC架构；Oracle数据库
1绪论
1.1研究背景及意义
由于网络技术的高速发展，居民科学化用电系统初步建立，居民用电逐步与科学技术相融合。在对电力管理的过程中，电力监测扮演着至关重要的角色，电力监测技术能够实现对电力的科学支配。随着我国经济的发展，技术的进步，过去传统的人力劳动逐步被现代高科技所取代，而电力是现代技术设备正常运转的重要保障，只有依靠电力的使用，才能确保各行各业的正常运作。因为电力对居民日常生活影响逐步提高，导致电能的传送变的至关重要，电力运输环节中的安全性、高效性、高质性成为了供电环节需要考虑的重要部分。因此，设计实现一个高效、高质且可靠的社区用电监测管理系统十分有意义。
各国的专家学者针对电力运输环节做了大量的实验，得出了很多的运输方式，他们对电力运输过程进行了积极的探索，想通过对电力运输环节的优化达到供电的安全性、高效性、高质性，以此来保证各项工作的正常开展。通过研究，现在的电力运输采用了基于网络技术的高速运输模式，通过网络技术对运输环节的各方因素的分析监测，达到了对电力的安全运输。但是，随着用电规模的逐年增加，用电数据呈现了爆炸式的增长，在如此浩大的数据面前，如何保证供电的可靠性成为了当前研究的一项重点。对用户的用电情况需要进行及时的、不间断的全方位监测，对用电过程中的各种突发因素进行及时的分析，才能保障用电过程的可靠性。因此，需要建立一套智能电网系统，对用电过程进行全方位的监测，实现用电过程的正常供应。智能电网系统的理论已经比较成熟，但仍然有着一些技术难点。当前迫切处理的难点是找到准确监测居民用电方法、自动调整电能输送效率、智能电网的可靠性。
电网公司的服务规模从小到大主要分为家庭用电、社区用电和城市用电三种。家庭监测是社区监测的组成部分，电网公司对各个社区的数据进行监测和管理，最后对整个城市的社区供电进行管理。所以，社区用电的监测管理是整个电力监测管理的重点。本文设计的社区电力监测管理系统将从家庭、社区、和电网公司三个方向进行设计实现，其中对社区用电的监测管理是设计实现的重点，而家庭的用电监测管理是实现设计的重要部分。本文为电网公司设计实现的社区电力监测管理系统具有三个明显的优势：
（1）能对社区用电进行全时性监测。社区电力监测管理系统可摆脱传统的人力监测，实现数字化的监测，系统将用电过程中的主要指标，如电流、电压等，进行标准化设置，将正常运行的指标范围进行输入至社区用电监测管理系统中，通过系统对用电过程的指标监测，当指标超出了设置的标准范围，智能电网就会发出警报，并且对出现异常的因素进行分析。
（2）自动生成用电报告。在于它能够有效的分析用电数据，通过对社区电力监测管理系统的设置，系统可以根据设置的各种模式，对收集的用户信息进行及时的分析，将分析的数据生成清晰明了的用电报告，并且将居民的用电分布展现出来。
（3）针对用电报告对用电优化。通过对用户用电数据的分析，可以获知用户的用电习惯，通过用电习惯的获取，可以对用户进行针对式的电力供应，从而使得电网公司对电力的总量供应有所控制，避免不必要的电力浪费。
此外，本文设计实现的社区电力监测管理系统对环境友好。由于采用现代化技术，运用社区电力监测管理系统将比传统的电网模式能够减少不必要的资源浪费，能大大节省人力资源的消耗，对土地占用量也大大的降低，同时供电环节减少供电损耗，达到了绿色供电的要求。
1.2国内外研究现状
信息化时代的到来，使得数据存量大大的增加，各行各业面对巨大的信息处理量都需要研究出相应的数据处理系统。世界各国对电力供应的智能化需求正逐年上升，工业技术的进步，使得各行各业的用电量变大，各国对智能用电的重视程度也逐渐变大。通过阅读国内外相关文献，对智能电网技术的国内外研究现状做出简要阐述：
1.2.1国外研究现状
智能电网的概念是上世纪末期，美国电力研究所提出来的，他们认为电力的使用需要信息化的监管，而不是人为的进行管理，智能电网中的电力的运输采用了基于网络技术的高速运输模式，通过网络技术对运输环节的各方因素的分析监测，达到了对电力的安全运输。美国研究所提出的智能电网系统为今后的发展指明了方向，智能电网的根本作用还是实现用电的安全可靠性，达到对用电量的智能优化，使得电力供应更加有效率并能有效减少人力成本。智能电网的实现需要多方面的条件，需要有功能运作能力、数据收集能力、数据分析能力等等，只有具备了这些条件，才能达到预期的目标。
国外的电力分析系统能够很好的解决用电过程中的大量数据存储的问题，在对用电分析的前提下，需要将各用户的用电数据进行有效的收集，这是各项功能的基础，只有将基础数据收集上来之后，才能根据具体的情况进行具体的分析。云计算功能为智能电网数据分析提供了技术依据，由于需要数据分析是一项十分繁杂的工程，并且在用电过程中大量数据的存在，使得数据分析的难度较大，如果针对用电环节专门进行数据分析的研发，这会造成研发成本的大幅提高，使得项目的进展推迟，云处理可以很好地解决这一问题。云处理是基于互联网，对用户提交的数据进行分析，后台在云端，不占用客户的运行成本，使得智能电网的研发成本大大降低。
上世纪八十年代初，英国逐步将部分公家企业变成私营企业，英国政府将私营公司引入到电力行业中，一方面可以提高各公司间的竞争力，另外一方面可以使得电力供应技术在竞争中得到快速的发展，使得供电技术快速的发展。私有化的改革打破了传统的国家垄断的情况，使得各电力公司能够在公平的环境下开展行业竞争，最终受益的将是用户。20世纪90代，谷歌推出了一款居民用电习惯分析软件，这款软件提高了居民的用电效率，变为原来的百分之八十五。几乎同时微软开放MicrosoftHohm服务,Hohm是一款家庭能源管理服务,并会向用户提供节能及省钱方案。近段时间，美国、欧盟加大了对智能电网的投资研发经费，加速了智能电网的研发，使得智能电网技术得到了快速的发展。
1.2.2国内研究现状
我国由于处于并将长期处于社会主义初级阶段，各方面的技术发展水平相对发达国家比较落后，加之我国是世界第一人口大国。巨大的人口自然导致人均资源与国际平均水平还有较大的差距，从而导致了电力革命的重要性日渐突出，研究一款有效的电力监测管理系统对我国的生产生活有着巨大的意义。国家电网针对电力监测管理系统制定了五年发展整体规划，规划中明确指出，要将我国的整体用电系统建设成一个智能网络，运用先进的方法调整居民用电行为。
电力监测管理系统的建立，可以帮助电网公司完善和提高电力输送的效率。电力的运输采用基于网络技术的高速运输模式，通过网络技术对运输环节的各方因素的分析监测，达到了对电力的安全运输。电力监测管理系统摆脱了传统的人力监测，实现了数字化的监测。系统将用电过程中的主要指标，如电流、电压等，进行标准化设置，将正常运行的指标范围进行输入至社区用电监测管理系统中。通过系统对用电过程的指标监测，一旦指标超出了设置的标准范围，智能电网就会发出警报，并且对出现异常因素进行分析，生成异常报告用于异常处理。通过对电力监测管理系统的设置，系统可以根据设置的各种模式，对收集的用户信息进行及时的分析，将分析的数据生成清晰明了的用电报告，报告会显示各个用户的用电具体情况。
通过电力监测管理系统对用户用电数据的分析，电网公司可以获知用户的用电习惯，通过用电习惯的获取，可以对用户进行针对式的电力供应，从而使得电力生产商对电力的总量供应有所控制，避免不必要的电力浪费。我国的电力监测管理系统的研发主要是基于云计算和云存储，由于用电数据的庞大，使得用电数据存储和处理十分的重要。
1.3主要研究内容
本文的研究思路主要是采用了从用户需求分析、系统设计、系统实现到最终的功能测试。对当前主流的软件开发技术进行研究分析，结合电力监测工作的实际需要。选择了较为成熟的MVC作为系统架构，Oracle数据库为后台存储数据库，采用UML建模技术进行建模，本文的主要研究内容为：
（1）对电力监测管理系统研究背景
及国内外相关领域的研究现状进行研究，以此为基础来开展对社区用电监测管理系统的设计与实现；
（2）对系统进行需求分析，对每个功能构建用例图并进行需求分析，对系统进行非功能需求分析；
（3）对系统的四大功能模块家庭用电模块、社区用电模块、电网公司模块、系统管理模块进行设计，主要是对功能模块进行时序图和类图的设计，并且对系统数据库建立E-R图及数据表；对系统进行编码实现；
（4）对系统实现的功能点进行了测试，测试主要采用了黑盒测试法，保证系统正式投入使用前，能够正常的运行。
2社区电力监测管理系统需求分析
在对社区电力监测管理系统进行设计前，需要对系统的功能进行需求分析，了解系统设计的目的及用户要求，这样可以使得系统的研究更加有针对性，使得系统设计出来的各项功能能够真正符合用户实际工作的需要。系统需求分析也是进行软件开发的首要一步，只有系统需求分析的准确得当才能使得系统设计出来的功能真正的符合预期的目标。系统需求分析首先需要对系统的总体需求进行分析，然后对系统的功能和非功能进行分析。
2.1系统需求概述
电力已经成为了人们的生产、生活的基础，电力监测管理也成为了智能用电中关键的一环。电力监测主要采用科技化的传输与信息监测手段，并且利用大数据技术对用电数据进行数据分析，对用户的各类用电信息进行收集分析，了解用电情况，并科学合理的进行供电计划的制定，以此来实现对电力监测的实时监测。
电力监测管理系统的使用人员可以分为家庭用电管理员、社区用电管理员、电网公司、系统管理员，其中家庭用电管理员是以家庭为单位对用电进行管理；社区用电管理员主要是以社区为整体进行用电管理；电网公司主要是对整体供电、用电进行管理；系统管理员主要是对系统的各类基本数据进行维护，保证系统的正常运行。
社区电力监测管理系统主要使用者是电网公司，电网公司通过使用社区电力监测管理系统，能够实现整个供电用电过程中的电力数据监测，对家庭及社区用电情况进行及时的了解，并且对收集到的数据进行分析，并以报表的形式进行反映出来，电网公司能够根据报表的内容对供电情况进行及时的掌握，方便对供电计划进行合理的调整，以此来达到优化供电的效果。
2.2系统功能需求分析
在对社区电力监测管理系统功能进行考虑时，需要将抽象的概念进行具体化，这样就需要采用UML建模技术进行建模，将用户的各类需求以图像的形式进行反映出来，为系统的设计提供有利的帮助。
2.2.1家庭用电监测管理功能需求
家庭用电监测管理功能的使用者为家庭用电管理员和家庭用户，在对用电情况进行监测管理时，首先要以家庭为单位进行数据的采集，家庭用电监测管理功能能够通过系统对各类家庭用电信息进行管理，家庭用电管理员能够对整个家庭的用电设备进行掌握，了解每户电器的用电情况，并且可以对家庭的用电信息进行管理。家庭电力监测功能用例图如图2.1所示。
图2.1家庭用电管理员业务用例
通过对图2.1进行分析，在家庭用电管理员管理功能中，家庭用电管理员可以使用系统监测用电信息、用电信息管理、对用电环境进行参数设置。在该功能中各个子功能承载着不同的用户需求，对用电信息进行查询和监测，主要了解家庭的实际用电情况。
监测用电信息主要是对家庭用电情况进行监测，通过传感器连接进入家庭的电表、分电盒、插座在内的各类电压、电流等数据进行标准化采集，将采集到的数据及时的上传到数据库中进行保存，在对用电情况进行分析时可以对数据进行调取使用，同时用户通过系统可以查看以往每天、每月以及年度的用电情况，同时可以通过网络远程监测家庭的用电情况。
用电信息管理主要是对于收集到的信息进行权限范围内的管理，包括重点标记、删除等动作。
家庭用电环境监测是对用电的环境数据进行设置，包括设置家中各个类型电器的数量，电器的能耗等级、额定功率等数据，这些数据都会对用电情况带来不同的结果；家庭监测用电信息功能流程图如图2.2所示。
图2.2家庭监测用电信息功能流程图
通过对家庭监测用电信息功能流程图进行分析，用户首先登录社区电力监测管理系统，然后选择家庭电力监测功能，设置好需要监测的设备和监测的内容，系统将对所选设备的用电数据进行收集，然后系统会对家庭用电设备的用电情况进行诊断，如果用电设备的用电数据正常，系统将被监测设备的电力监测数据进行保存，如果收集的数据有所异常，系统则会对家庭用电设备的异常原因进行分析，查找出异常原因，最后将数据导出，供用户或电力公司人员进行排查维修。
2.2.2社区用电监测管理功能需求
社区用电监测管理功能是社区电力监测管理系统的重要组成部分，向下它是家庭用电监测的集合，向上是电网公司通过对各个社区的用电监测管理对整个城市的社区供电进行管理。社区用电监测管理功能使用人员主要是社区用电管理员，同时也是一名电网公司的人员。现阶段，城市居民都是以社区为单位进行居住，在电网公司在对居民进行供电时，也可以以社区为单位，对整个社区的用电情况进行监测管理，主要包括社区居民用电、公共设备用电，通过对社区中电力信息的获取，能够及时的了解整个社区用电情况是否正常，并且可以根据社区用电的情况对供电进行及时的调整。社区用户的业务用例如图2.3所示。
图2.3社区用户业务用例
通过对图2.3进行分析，在社区用电监测管理功能中，使用者为社区用电管理员（电网公司人员），社区用电管理员负责对整个社区的用电信息进行监测管理，对社区公共用电设备信息进行管理，主要是对社区中的公共用电设备信息进行管理，对社区照明电路、音响电路、路灯、警示牌、门岗等公共用电设备种类、数量以及额定功率等信息进行设置。监测服务功能主要是以社区为单位进行用电情况的监测，包括社区整体用电及公共用电；
2.2.3电网公司用电监测管理功能需求
电网公司用电监测管理功能参与者主要为电网公司，电网公司通过社区电力监测管理系统能够对用户的用电情况进行准确、及时的掌握，对不同社区、不同时间段、不同类型的用电进行分析后，能够针对不同的情况对供电进行调配，这样能够在保证用户正常用电的基础上，尽可能的优化供电方式，提高供电的效率，并且减少了供电的浪费。电网公司用电监测管理功能用例如图2.4所示。
图2.4电网公司用电监测管理功能用例图
通过对图2.4进行分析，在电网公司用电监测管理功能中，参与者为电网公司用户，用能管理功能主要是对电网公司供电的客户进行实时用电能耗的监测，并且可以对历史用电情况进行查询；用电统计分析功能能够对于收集上来的数据进行整理、分类，从而专业的分析出当前电网公司的实际情况；产能管理能够对电网公司的历史产能和实时产能信息进行管理。
2.2.4系统管理功能
系统管理模块属于系统的高级权限管理模块，只有系统管理员能够有权利进行访问和操作。在各类系统正常运行时，都需要对系统管理功能进行相应的设置，系统管理模块中的各类信息设置正确后，才能保证系统的其他功能能够顺利的按照用户的需求进行运行。
电网公司能够对电力进行及时的分析，掌握各个高峰阶段用电的主要原因，及时的对电网供电模式进行调整，也需要对系统进行管理。在各类系统正常运行时，都需要对系统管理功能进行相应的设置，系统管理功能中的各类信息设置正确后，才能保证系统的其他功能能够顺利的按照用户的需求进行运行。系统管理模块主要包含的功能模块有家庭信息管理、社区信息管理、系统设置、权限管理和数据备份。
系统设置主要指系统的基础信息设置和系统参数设置，社区用电监测管理系统在运行时，需要对参数进行正常的设置，才能保证系统的其他功能正常运行，基础数据配置是对系统的一些基础资料进行统一的管理，方便用户的正常使用。权限管理将用户划分为不同的用户群，这样可以保证相关数据的安全性，不同的用户群组对应不同的操作权限，能够使用不同的系统功能，对不同账号进行不同权限的管理，这样可以保证相关数据的安全性。图2.5为系统管理功能用例图。
图2.5系统管理功能用例图
家庭信息管理主要是对家庭用户的信息进行管理和保护；社区信息管理主要是对社区的用电信息进行管理；数据备份是用户在使用社区用电监测管理系统时，都会有较多的系统数据，为了避免由于系统故障造成的数据丢失，需要对系统进行定期的数据备份，通过备份路径的选择，将数据备份成固定格式的文件，一旦用户需要恢复到某一时间的数据时，只需要对数据进行相应的恢复即可。
2.3系统非功能需求
系统在正常使用各类功能前，还需要对系统的非功能需求进行分析，非功能需求是在功能需求的基础上进行的，非功能需求分析能够在很大程度上帮助功能顺利的进行。只有对系统非功能进行准确、详细的分析后，才能使得系统设计的各类功能尽可能的满足用户的需求，本次设计系统的主要非功能需求为：
（1）严格的权限管理机制
由于本文设计的社区用电监测管理系统中，含有较多的用户信息，并且用电数据也十分的多，这样就需要在进行程序设计时，对不同的用户设置不同的操作权限，保证系统的信息安全性。通过对不同的用户赋予不同的操作权限，可以在很大程度上保证系统用户的隐蔽空间，不同用户的数据不会相互影响，在进行系统操作时，都会根据自己的需求进行相应的操作。
（2）易用性与可用性
系统的截面简洁明了，方便使用，能够很直观地体现出社区用电监测管理系统的主要内容。由于使用社区用电监测管理系统的工作人员中，大多数都是没有经过专门的软件使用
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