基于运行模拟之电力规划与动态智能管理体系

1 绪 论

1.1 研究背景与意义
从 1980 年到 2012 年，中国的电力消费总量增长了 16.8 倍，9.2 ％的年均增长率[1]。在 2012 年，我国人均电力消费达到 3662 千瓦时/人，人均国内生产总值约 6078 美元/人[1]。以美国经济学家 H•钱纳里的经济发展阶段标准判断，目前我国正处于工业化的高级阶段。工业需求电力大，我国虽然装机总量大，但是仍然供电紧张，特别是在经济发达的沿海省份，中部省份也逐渐出现供电紧张现象。目前，我国电力规划当中存在一些问题和挑战[2]：
1.电源电网规划协调问题。由于发电侧和输电侧的分开，电网公司负责输电线路规划，而发电企业则根据自身战略发展规划电厂项目，电源规划与电网规划的不协调问题日趋突出，电源规划布局的合理性不强、接入点和容量选择与电网规划脱节，极大影响了电网安全水平和电网资源的投资效益[3]。
2.电力规划工作的内涵由“优化”到“场景→模拟→评价”的深刻转变[4]。电力规划工作关注的重点逐渐转变为如何有效评价规划方案科学性、合理性和风险性的问题。比如，准确评估规划项目的时间属性对于电力系统的影响，根据评估结果适当提前或延后某条输电线路的建设计划，对于电网规划工作的精细化要求而言更具有现实价值。
3.项目投资经济性与有效性评估问题。电力系统建设项目具有超前性与规模效应等特点[5]，为提高项目投资的使用效率与投入产出比，尤其是在面临艰巨的电网建设任务与外部资金制约的条件下，应准确地评估不同规划项目对电网可靠性、经济性等的影响，揭示不同项目的重要性与实施紧迫度，为电力部门适时地调整规划建设项目提供重要的决策支持。一方面，确保电力工业满足国民经济和社会发展的用电需求；另一方面，避免电网、电源项目的不合理建设，导致大量宝贵资金低效率使用而带来浪费[6]。
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1.2 国内外研究现状
我们国家正在努力建设生态文明和美丽中国，对能源的发展方式提出了新的要求，提出能源发展方式要深刻的转变。电力行业作为能源供应行业，迎来了发展的机遇。根据专家的预测，在未来十年内，全国电力需求将达到 8 万亿千瓦时左右[2]，这对行业是一种考验，这就要求电工行业在接受挑战的同时，也要满足绿色、低碳、环保的发展道路。目前国内经济持续稳步升高，用电需求对应上升。有专家预计[4]，全国发电装机容量将达到 12.3 亿千瓦左右，这是一个巨大的数字，庞大的装机规模。我们国家相对国外发达国家，电网的建设起步较晚。在电力长期发展中存在不少问题，电网架构建设薄弱。随着改革开放以来，GDP 高速增长，各行业的快速发展，电力需求巨大，每年新增装机 7000 万千瓦[4]。在装机建设当中，存在一些问题，规划的风电基地地处偏远，与负荷中心逆向分布，导致运输等问题的产生，所以当前智能电网的建设，要解决的则是水电、煤电以及风电等可再生能源大容量、远距离的运输问题。纵观国外，欧美等一些发达国家，电力需求基本饱和，电网的网架建设稳定、成熟，通过统一智能电网实现国家电力网格的智能化，解决分布式能源体系的需要，以长短途、高低压的智能网络联结客户电源；在保护环境和生态系统的前提下，营建新的输电电网，实现可再生能源的优化输配，提高电网的可靠性和清洁性；实现全国范围内的电力优化调度、监测和控制，从而实现国家整体的电力需求管理，实现跨区的可再生能源提供的平衡[6]。综合起来，国外发达国家则是电网网架建设良好，可调度性强，输配电供应能力充裕，，在原有基础上，更广泛的考虑了能源基地的规模化开发和电力的距离运输问题，拥有一个超级智能的国家智能电网。本项目将致力于研究适应多种发电模式下基于调度模拟的电源电网规划方案协调评估方法，并提出约束场景的智能化生成技术，实现未来情景下规划方案的周密的预评估，提高规划方案的前瞻性、科学性和实用性。本论文着重介绍电力负荷历史数据分析以及未来负荷预测分析。
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2 系统开发工具介绍

2.1 Java 语言介绍
Java 是一种跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言[13]，由 Sun 公司于 1995年推出，自问世以来受到越来越多的编程开发者的喜爱，随着网络技术的急速发展，Java 语言有着很大的发展前景。Java 是的一种优秀的面向对象的编程语言，有着健壮的安全设计。目前大部分开发人员开发系统都首选 Java 语言，这是由其自身的有点决定的，以下简单介绍 Java语言的特性[14]：
1、平台无关性，跨平台，字节码文件可以再任何软硬件平台运行，而执行这类文件的就是 Java 虚拟机。
2、安全性，放弃 C++中的指针操作，不提供对存储空间直接访问的方法，所有的过程都有语言自身来处理，这样可保证系统的地址空间不会被刻意或者无意的破坏。
3、面向对象，是现在的主流技术，Java 继承了 C++中面向对象的理论有点，但又同时简化了一些面向对象技术，使得自身的面向对象的技术变得更简单、容易操作，方便用户[15]。
4、异常处理，Java 的异常处理可以帮助用户定位，处理各种错误，可以捕捉到所有的程序异常，保证了应用程序在用户的控制下运行，保证了程序的稳定性和健壮性，从而大大缩短了 Java 应用程序的开发周期[16]。
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2.2 J2EE 的介绍
为保持系统的先进性，在系统的选型、分析过程中对各种主流的体系结构作了分析对比，最终确定采用 B/S 应用模式，J2EE 架构，全面的 Java 解决方案[17]。这种体系所拥有的优点比如平台无关、运算速度快、可升级性好等之外，更具有强大的生命力，因为此种体系已得到了 IT 业界的认可，被越来越广泛的应用，能有效地保护客户的投资[18]。在系统中，登录点可能是大量的，并且来自各方面的[19]。需求中心和各个用户的计算机系统情况多种多样，要求有安全的网上数据传输、高效的计算性能和查询能力，还要满足先进性、可扩展性、可移植性等系统设计原则[20]。因此，系统采用最先进的B/S 应用模式，J2EE 架构，全面的 Java 解决方案来开发部署J2EE 是由许多著名的业界公司合作提出的一个开放平台，它拥有业界的广泛支持和众多的中间件软件提供商（比如 IBM、Oracle、Sun 等等）[21]。J2EE 的提供商无关性标准使得新的软件提供商可以毫无阻拦的进入这个市场参与竞争，从而使得客户可以从众多的产品（包括服务器端平台，开发工具和应用组件等等）中进行选择来组合成自己的体系结构。
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3 需求分析 ......... 6
3.1 可行性分析 .......... 6
3.2 用户需求分析 ...........6
3.3 功能需求 ......... 7
4 系统总体设计 ........... 8
4.1 物理架构 ......... 8
4.2 业务架构设计 ........... 8
4.3 应用架构设计 ........... 9
4.4 数据架构设计 ......... 10
4.5 技术架构设计 ......... 11
4.6 数据库安全架构设计 ....... 13
5 系统详细设计 ......... 15
5.1 功能模块 ....... 15
5.2 电网负荷分析 ......... 21
5.3 电力市场预测 ......... 22
5.4 配电网负荷分析数据库表 .... 28
5.5 配电网电力市场预测数据库表 ...... 32

6 系统实现

6.1 系统主要界面介绍
配电网负荷管理系统是 B/S 结构的 web 应用系统，系统的所有操作都是在 IE 浏览器中进行，IE 浏览器需为 5.0 以上版本。输入系统所在的服务器 IP 地址及分配的端口号，如系统所在服务器IP为127.0.0.1，配置的端口为8080，则在IE浏览器地址栏中输入，输入正确的地址后，能访问到系统的首页，如下：如果操作人员输入的用户名和密码不正确，系统将在返回首页中显示错误信息，显示的错误信息有三种：“错误的用户名或密码”；“帐号已经失效”；“信息有误，不能登录”。 负荷分析模块可以对年负荷、月负荷和日负荷进行分析，此小节内容主要介绍负荷分析的几个界面。选择负荷分析模块，导入历史数据，这里选择的历史数据分析为2010 年和 2011 年，从数据可知 2011 年比 2010 年电力使用负荷更高，系统显示结果与实际数据相符合。

结论

通过学习和参与开发，从中受益匪浅。本项目是一个庞大的系统，有众多模块，每个模块都具有强大的功能。本系统采用 Java 语言编写，以 Oracle 为数据库设计。团队开发出的系统，操作简单，运行高效，功能齐全。本系统很好的完成了客户的需求，实现了各个模块的功能实现和关键技术的实现。系统能够适应多种发电模式下基于调度模拟的电源电网规划方案协调评估模型。同时，融入计算结果分析与分析决策等功能模块中，从不同的时间维度与分析维度，实现对规划方案全方位、多维度地分析与评估。其中核心的模块，电力负荷分析和电力预测分析给电网员工省去很多人工劳动力，为企业未来电力规划具有现实意义，给企业的经济效益是显著的。本文详细的介绍了基于运行模拟的电力规划与动态智能管理系统的设计和实现。个人能力和时间有限，主要介绍了其核心功能的设计和数据库设计。随着技术日新月异的发展，电力市场功能需求也在不停向前延伸，其接口应用也将越来越广，这就需要我们不停地去探索新的需求，发展与之相应新的技术，使得系统对接更加完善，智能度更加深入。没有最好，只有更好，随着技术的发展，还会有崭新的天地让我们去开拓。将来我们还是需要对系统的功能模块细节进行改进或者完善，提高系统的质量，服务企业。
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参考文献（略）