基于B/S结构的电力物联网应用软件开发

陈文康，赵光俊，王汝英

（天津市普迅电力信息技术有限公司 天津300192）

基于B/S结构的电力物联网应用软件开发

陈文康，赵光俊，王汝英

（天津市普迅电力信息技术有限公司 天津300192）

随着社会经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高，有限的能源能否满足人们日常的需求已经逐渐成为人们关注的焦点。传统电网效率低，损耗高的缺陷在如今人们日益增长的需求面前已经显得非常棘手，现如今非常需要设计和开发一种安全，高效，灵活，耐用的新型电网来取代传统的电网系统。本文通过总结之前传统电网的不足，设计了基于B/S结构的电力物联网应用软件，以B/S结构作为系统的体系结构，对系统对应的数据流程进行分析，完成了系统的软件设计，经过测试达到了预期目标。

物联网；电力物联网；B/S结构；设计

电力能源在所有能源体系中起到的是承上启下的作用，也是基础能源之一，所以其重要性就不言而喻了。随着我国经济不断高速发展，人们的生活水平日益提高，对电力能源的需求也越来越大。原来老旧的能源系统已经处在运作极限的边缘，由于长时间，高负荷的连续工作，老旧的电网经常会出现各种问题甚至事故。而且由于设备陈旧，耗电现象也非常严重，导致浪费了很多能源。虽然新型能源也在快速的发展，但电力能源仍旧是不可代替的能源之一。据估计，在2020年，我国电力能源的消耗量会在现在的基础上翻一倍。所以，对电网的升级和改造已经迫在眉睫。而电力物联网是解决这一问题的重要手段[1-2]。所谓电力物联网，就是指电网系统的各个设备通过各种传感设备联网，形成的一个巨大的智能型网络。该网络具有普通电网很难完成的内容和功能，比如实时监测整个电网的运行安全情况，对全网每个电力节点的输出和输入电量进行实时监控，保证各个主要网点电力系统的正常运转以及对设备维护和修理人员行程的跟进等等。随着新型能源的快速发展和运用，许多传统能源逐渐被取代。但电力能源作为社会运行的保证，短时间内不会消失。为了紧跟新型能源高效稳定环保的特征，电力物联网作为电网的升级优化版本，可以最大程度的满足如今人们的电力需求。用高效，稳定，环保，安全的电力物联网取代之前的电网系统，降低电力在传输过程中的损耗，是如今电力行业的总体趋势。文中在总结了传统电网的不足以及分析了相关应用软件的基础上，运用理论和实践相结合的方式，利用现今主流的计算机技术，对电力物联网应用软件系统体系结构和数据采集统计处理方法进行了确定，保证了系统在稳定性的基础上能和其余系统并行使用，不但满足新时代电力系统要求，还增强了其可拓展性[3]。

1　电力物联网体系结构

由于电力物联网是一个全新的概念，是传统电网与新概念物联网两者间的组合。所以我们可以从物联网的体系结构来对电力物联网的体系结构进行归纳和分析。虽然现如今对物联网的概念没有一个确定且准确的定义，但是可以依据物联网的适用范围和使用方法等因素结合其对信息处理，分析和传输等内容将电力物联网划分为3个层次，即三层结构。感知层、网络层以及应用层。具体的物联网体系结构如图1所示。感知层：感知层即图中所示的感知与执行层[4]。其主要作用就是对传感器传输过来的信息进行归纳和采集，比如温度，压力，流量，强度，湿度等信息经过传感器传输到感知层中，随后经过处理准备进行下一步操作。

网络层即图中所示的通信与网络层。其主要作用是对上一步传感器传输以及采集到的信息进行输送，保证其安全，高效，稳定的传送到应用层中去。其传输的方式也是多种多样的，包括有线通信网络传输，无线通信网络传输，以及各种局域网，广域网传输。方式的多种多样代表着其运用范围的广泛性。应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享和互通。应用服务子层包括智能交通、智能家居、智能物流、智能医疗、智能电力、数字环保、数字农业等领域[5]。

图1　物联网体系结构

2　系统框架设计

在设计和研究系统应该采用何种框架时需要根据系统的需求以及软硬件的平台来进行确定。电网系统与常规物联网系统的需求不同，需要对电力系统众多的实时信息进行自动采集，传输，以及处理和统计等操作，还要对操作者做出查询监控等功能，因此系统的框架设计需要依靠数据库系统来进行支撑。目前，有很多基于数据库的系统框架软件，比如多层体系结构的C/S结构、B/S结构、C/S+B/S混合结构等。在本文电力物联网的系统框架设计中，选择的是B/S结构[6-7]。

B/S结构是一种网络结构模式。其中B是指Browser，即浏览器；S是指Server，即服务器。在B/S结构中，浏览器占主导作用，因为客户端的主要运用软件就是浏览器。在这种模式下，客户端仅仅只是显示信息的功能，而服务器则是集中了所有剩余的所用功能需求。一个最典型的例子就是通过显示器浏览网站上的各种网页。B/S软件一般也分为三层结构，即表示层、应用逻辑层和数据层。其结构如图2所示。之所以选择B/S结构作为本系统的系统框架，是因为其与传统的客户端/数据库两层结构不同，在之间还加入了一个组件层。系统中间技术的逐渐成熟，使人们看到了加入中间技术的优势，其核心思想就是利用加入的中间层将应用分为表示层、业务逻辑层和数据存储层3个不同的处理层次。这三层划分是按照传统的系统逻辑来划分的，然而在面对具体需求时，其可以自由的进行多种组合，这也是我们选择此结构的一个主要原因之一。表面上看这3层结构相互制约和控制，实际上是相互独立的，而中间的加层起到了很好的承上启下的作用，既可以满足使用者对数据的处理和管理操作，也可以对数据进行很好的存储和保存，满足了电网之间的通信等传输需求。且其还有一个优势就是维护的成本低，使用简单且效率较高[8-9]。

图2　B/S三层结构

3　系统数据库设计

数据库设计是指在一个固定的应用环境下，对数据库的逻辑模式以及其物理结构进行设计和优化，在此基础上对数据库及其系统进行建立。设计的目的就是对数据进行有效的管理和储存，满足使用者的各种需求。对数据库进行合理的设计和选择可以在最大程度上提高系统的使用效率，对数据的存储效率，处理效率以及对数据的调用效率等都会得到很大提升，还可对储存空间进行优化，因此一个好的数据库设计对用户的使用和效率都是非常重要的。一般来说，数据库的设计分为以下几个阶段。首先是需求分析，然后是对数据库的结构进行分类设计，最后就是对其逻辑结构进行设计[10]。

电网系统的数据库功能主要就是对数据进行传输，保存以及查询等操作，具体来说就是对管理、电表、系统维护信息、数据查询分析、监视过程等信息进行传输和保存查询等操作，而每个部分都是共通且相互联系的。本文电力物联网的数据库系统中一共包括了33张数据表格，其作用就是存放对应子功能的数据信息。这些表中最重要的就是电量信息表，其是所有表格的中心，其余表格都是再此基础上进行分化和合成的。由于本系统采用的是基于B/S框架设计，且运行语言使用的是C#语言进行编程，所以在数据库的选择上使用的是微软公司的SQLServer数据库，所以在连接数据库时可以使用ADO.NET组件[11-12]。该组件一个主要的优势就是可以将数据与数据源直接连到一起，并支持对数据的访问和处理等操作，其提供访问的方式也是多样化的。

4　服务器软件的设计与实现

服务器软件的主要功能就是对数据进行采集和处理，在电力物联网应用软件中服务器软件所起到的作用也是很重要的，因为其对数据采集和处理的准确度以及效率直接影响到系统软件的整体效率。而为了实现电力物联网系统对用电情况的自动抄送功能，该服务器软件采用的是多线程程序设计思想。如图3所示。由于电力系统不仅仅是一种或几种单一的信息，而是复杂的多种信息和数据，所以文中创新性的提出了一个新的处理方式。将电量的数据按照其使用和传输的周期分为不同的种类，并且生成一个存储和处理的任务表，设计基于时序的任务调度算法，自动决策当前数据采集任务。系统在运行的过程中，运行到数据处理过程时需要根据数据采集的实时进度分配当前的使用和处理进度。该系统增加了统计算法，在数据进行采集的过程中实现动态监控，根据采集量的大小，合理分配和控制采集的进度，并且自动跟进流程，对需要大规模运算的数据采用保护措施，保证其高效稳定的运行。对软件的优化和升级还体现在当部分计算机由于自身原因启动时间较长且运行不稳定的情况下，服务器软件设计了自身的启动界面FrmCover，启动界面在启动之前会先对数据进行读取操作，找到目标文件AppCfg.xml，实现与数据库服务器的连接[14]。在进行初始化以后，立刻对其载入端进行关闭，避免工作的重复进行。实现服务器与客户端的同步运行与工作。当服务器进入正常运转状态后，同时运行主线程、数据采集线程、数据统计线程和客户端套接字侦听线程完成服务器软件所设计的各项功能。在此过程中，只有在运行的周期里，系统都会被分配到充足的时间来实现其功能，若某系统出现短暂故障导致停工，系统会在修复后提高数据运行速度，将停工部分的数据进行快速恢复，保证系统传输数据的时效性[15-17]。本应用软件还采用了两个全局变量进行数据的传递，一是侦听线程设置的请求任务表更新变量，另一个是数据采集线程设置的允许任务表更新变量。

图3　数据采集任务调度算法

5　结束语

文中在分析总结了传统电网系统的问题和不足的基础上，再结合了新型概念物联网的基础上设计开发了一个基于B/S结构的电力物联网应用软件，以B/S结构作为系统的总体框架，采用多线路编程技术，并对系统的数据库进行设计。开发了一套全新的智能化，信息化，自动化，高效化的全新的电力系统。经测试结果表明，该系统稳定性强，可靠性高，满足了现阶段的使用需求，具有很好的使用前景。

[1]张帆.软件开发技术[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]李昌武，付歌.软件开发技术与应用[M].北京:清华大学出版社，2007.

[3]董峰.关于我国智能电网建设的认识与思考[J].环球市场信息导报，2011，4.

[4]陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，33（8）：1-5.

[5]何华峰.电网的智能革命[EB/OL].http://blog.caijing.com.cn/ topic_article-5-331.shtml，2009，3.

[6]帅军庆.创新发展建设智能电网：华东高级调度中心项目群建设的实践[J].中国电力企业管理，2009（4）：19-21.

[7]李岚峰.华北公司智能电网建设取得新成果[Z/OL].http:// www.ind aa.co m.cn．2009，3.

[8]李勋，龚庆武，乔卉.物联网在电力系统的应用展望[J].电力系统保护与控制，2010，22（38），232-236.

[9]刘文博，张伯明.在线静态电压稳定预警与预防控制系统[J].电网技术，2008，32（17）：6-11．

[10]宋新立，汤涌，卜广全.大电网安全分析的全过程动态仿真技术[J].电网技术，2008，32（22）：23-28．

[11]田芳，李亚楼，周孝信，等.电力系统全数字实时仿真装置[J].电网技术，2008，32（22）：17-22．

[12]David M.Kroenke.数据库处理—基础、设计与实现[M].8版.北京：电子工业出版社，2003.

[13]张友生，李雄.软件体系结构原理、方法与实践（高等学校教材·软件工程）[M].北京：清华大学出版社，2009.

[14]李代平.软件体系结构教程（高等学校教材·软件工程）[M].清华大学出版社，2008.

[15]李代平.系统分析与设计[M].北京：清华大学出版社，2009.

[16]刘勇，闫鲁杰.基于物联网、云计算和大数据的工业能源管理系统[J].供用电，2014（12）：28-32.

[17]王英男，甄岩，张翼英，等.物联网技术在电网灾备中心的应用[J].供用电，2014（8）：49-53.

Based on B/S structure of the electric power internet application software development

CHEN Wen-kang，ZHAO Guang-jun，WANG Ru-ying
（Tianjin City and Fast Power Information Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300192，China）

With the continuous development of social economy and people life level unceasing enhancement，the limited energy can meet the needs of People's Daily has gradually become the focus of attention.Low efficiency of traditional power grid,the defect of high loss in front of people growing demand is now seem to be very difficult,now very need to design and develop a safe，efficient，flexible，durable new grid to replace the traditional grid system.Before this paper，through summarizing the shortage of the traditional power grid，the design is based on B/S structure of the electric power iot application software，with B/S structure as the system architecture，the corresponding data flow of the system were analyzed,the complete, the software design of the system is tested the desired goal.

Internet；electricity of Internet；B/S structure；design

TN99

A

1674－6236（2016）22-0033-03

2015-11-23稿件编号：201511219

陈文康（1973—），男，四川成都人，硕士，高级工程师。研究方向：机械电子工程、软件工程。