王子鋒

【摘要】能耗管理系統(tǒng)是減少能源消耗佩捎、提高能源利用效率的有效途徑产艾，是園區(qū)實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能減排的必要手段得鸳。文中提出一種基于LoRa技術(shù)的園區(qū)能耗管理系統(tǒng)而柑。LoRa技術(shù)的低功耗玲装、遠(yuǎn)距離傳輸在刺、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)贷岸，為其在能耗管理系統(tǒng)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)由感知層嵌削、傳輸層毛好、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層組成。該系統(tǒng)建立了從能源供應(yīng)到用能終端的能源管控平臺(tái)掷贾，為能耗數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)睛榄、統(tǒng)計(jì)分析和能源調(diào)度等提供了依據(jù)荣茫。

關(guān)鍵詞：低功耗廣域網(wǎng)想帅；LoRa技術(shù)场靴；園區(qū)能耗管理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0  引言

研究表明港准，我國(guó)能源利用效率為33%旨剥，相比發(fā)達(dá)國(guó)家低10個(gè)百分點(diǎn)。能源問(wèn)題給社會(huì)發(fā)展和環(huán)境資源帶來(lái)了巨大壓力浅缸，節(jié)能減排形式嚴(yán)峻轨帜。傳統(tǒng)的粗放式能源管理方式和舉措難以滿足管理需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)庵坛、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展梯匈，尤其是低功耗廣域網(wǎng)（Low-Power Wide-Area Network，LPWAN）技術(shù)的興起恼睹，借助新興技術(shù)士涤，搭建園區(qū)能源管理系統(tǒng)已成為推進(jìn)節(jié)能降耗和實(shí)現(xiàn)用能精細(xì)化管理的必然趨勢(shì)。園區(qū)能耗管理系統(tǒng)綜合運(yùn)用現(xiàn)代通信技術(shù)狞衷、能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及需求側(cè)管理措施等剩耸，對(duì)園區(qū)內(nèi)各單位的耗能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析和集中管理久耍，提升園區(qū)能源管理水平士宏，降低能源成本。

目前椭皿，能耗管理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用 WiFi掐悄，ZigBee，存在信號(hào)衰減快刻渔、易受到其他信號(hào)干擾的問(wèn)題帅刀。本文設(shè)計(jì)了一種基于LoRa（LongRange，LoRa）數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱@區(qū)能耗管理系統(tǒng)婿斥，實(shí)現(xiàn)耗能的實(shí)時(shí)采集及科學(xué)預(yù)警劝篷。LoRa作為低功耗廣域網(wǎng)的一種長(zhǎng)距離通信技術(shù)，解決了傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸距離與低功耗不能兼得的問(wèn)題民宿。園區(qū)能耗管理系統(tǒng)利用園區(qū)內(nèi)各種傳感器采集耗能信息娇妓，實(shí)現(xiàn)采集、顯示活鹰、分析哈恰、診斷等功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各系統(tǒng)的控制和優(yōu)化管理志群。

1  園區(qū)能耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

園區(qū)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要水着绷、暖蛔钙、電、氣等多種能源供給荠医，各種能源消耗具有范圍廣吁脱、時(shí)間不規(guī)律、消耗量大等特點(diǎn)彰莲。通過(guò)園區(qū)耗能數(shù)據(jù)采集灿躏、傳輸、數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用泳疗，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)能源調(diào)配與優(yōu)化運(yùn)維兽肮。園區(qū)能源管理平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，由四部分組成驹莽，如圖 1 所示郭血。

（1）感知層

作為整個(gè)能耗管理系統(tǒng)基礎(chǔ)重要的部分，由各個(gè)采集節(jié)點(diǎn)組成烙巩。根據(jù)用能性質(zhì)瓶答，各傳感器節(jié)點(diǎn)部署在不同區(qū)域，監(jiān)測(cè)園區(qū)各種耗能數(shù)據(jù)勃谎。

（2）傳輸層

針對(duì)園區(qū)特點(diǎn)瓤危，從數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)關(guān)采用 LoRa 技術(shù)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，免去了綜合布線慷境，降低了施工難度 么鸿；從網(wǎng)關(guān)到數(shù)據(jù)中心，可采用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或 LoRa 技術(shù)冗懦。

（3）數(shù)據(jù)處理層

通過(guò)建立能耗評(píng)估模型爽冕，并利用數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)計(jì)算披蕉、多維分析等手段對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析颈畸，為功能應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）應(yīng)用層

能耗管理平臺(tái)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)没讲、能耗地圖眯娱、能效管理、能效分析爬凑、能效診斷徙缴、輔助決策等功能，通過(guò)多維度嘁信、可視化的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與用戶的信息互動(dòng)于样。

2   LoRa 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

LoRa 是美國(guó) Semtech 公司發(fā)布的一種基于擴(kuò)頻調(diào)制的解調(diào)技術(shù)，其特點(diǎn)是超遠(yuǎn)距離和低功耗潘靖。該技術(shù)主要針對(duì)小數(shù)據(jù)量穿剖、長(zhǎng)距離傳輸?shù)挠脩魣?chǎng)景蚤蔓。LoRa 具有的低功耗、遠(yuǎn)距離刽巍、大容量和穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)陶焙，能夠減少開(kāi)發(fā)成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，適用于園區(qū)能耗管理系統(tǒng)沟智。

LoRa 具有典型的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)梯匠，架構(gòu)如圖 2 所示贱避，主要由終端啡洁、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器三部分組成，終端設(shè)備應(yīng)用 LoRa 技術(shù)采用單跳模式疙汁，實(shí)現(xiàn)與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)的雙向通信蕊肖。網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明的中繼，采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP與服務(wù)器連接语哺，實(shí)現(xiàn)終端與服務(wù)器數(shù)據(jù)的交互逐豆。

3   基于LoRa 的園區(qū)能耗設(shè)計(jì)

通過(guò)需求分析，園區(qū)主要用能形式有水忽仗、暖范颠、電、氣棒假，主要監(jiān)測(cè)量有電量溯职、流量、壓力帽哑、溫濕度谜酒、供回水溫差等。園區(qū)存在占地面積大妻枕，建筑分布廣僻族、數(shù)量多、類型多樣屡谐，用能情況復(fù)雜的問(wèn)題述么。目前工業(yè)園區(qū)耗能統(tǒng)計(jì)上普遍存在計(jì)量表不全或采用人工抄表方式，造成能耗數(shù)據(jù)不完整愕掏、不全等問(wèn)題度秘。由于缺乏準(zhǔn)確而詳實(shí)的能耗數(shù)據(jù)作為依據(jù)，因而無(wú)法進(jìn)行能源定量分析亭珍、能耗動(dòng)態(tài)趨勢(shì)分析敷钾，以及節(jié)能潛力的挖掘、節(jié)能效益的評(píng)價(jià)等方面的工作稿服。例如絮增，采用有線傳輸方式德籍，存在園區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)位分布廣，數(shù)據(jù)傳輸面臨空間跨度大菜缭，網(wǎng)關(guān)消耸、中繼設(shè)置地點(diǎn)選擇困難等問(wèn)題。

LoRa 技術(shù)具有的遠(yuǎn)距離低功耗特點(diǎn)非常適用于園區(qū)能耗監(jiān)測(cè)宪郑。通過(guò) LoRa 通信將能耗數(shù)據(jù)集中到服務(wù)器租既，管理層終端可通過(guò)云端讀取數(shù)據(jù)分析，并對(duì)整個(gè)能耗管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化袁垄，從而形成良性循環(huán)宿拔，得出能耗管理的較好方案， 大大地提升能源利用效率鼓临，改善能源浪費(fèi)現(xiàn)象视甩，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

以某工業(yè)園區(qū)為例角黍，根據(jù)能耗管理系統(tǒng)的特點(diǎn)电爹，將系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備、網(wǎng)關(guān)料睛、服務(wù)器 3 層丐箩。采用 LoRa 技術(shù)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，免去綜合布線恤煞，降低施工成本屎勘。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過(guò)各類智能表計(jì)自動(dòng)化采集能耗數(shù)據(jù)阱州，實(shí)現(xiàn)能耗的分類挑秉、分項(xiàng)、分戶計(jì)量苔货。園區(qū)中選擇帶有遠(yuǎn)傳功能的電度表犀概、水表和冷熱計(jì)量表等，與 LoRa 模塊相連接夜惭，采用 Modbus RTU 協(xié)議并采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳輸至LoRa 網(wǎng)關(guān)姻灶，網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中上傳和統(tǒng)一管理诈茧。LoRa 網(wǎng)關(guān)程序流程框圖如圖 3 所示铡畜。

4   平臺(tái)功能

能耗管理平臺(tái)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、能耗地圖粗线、能效管理那梭、能效分析、能效診斷蚂霎、輔助決策等功能竣恃，從而實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度逢棺、能耗動(dòng)態(tài)趨勢(shì)分析、能效分析診斷筝驱，節(jié)能潛力挖掘篱馅、節(jié)能效益評(píng)價(jià)等功能。能耗管理平臺(tái)如圖 4 所示耽炎。

5  安科瑞能耗管理云平臺(tái)功能

5.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

5.2 平臺(tái)功能

5.3 設(shè)備選型

6  結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)LoRa技術(shù)低功耗展嘲、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，將其應(yīng)用于園區(qū)能耗管理系統(tǒng)贱着，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)能耗的實(shí)時(shí)采集曾探、監(jiān)測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析。后續(xù)將基于平臺(tái)積累的能源數(shù)據(jù)涂滴，為能源大數(shù)據(jù)模型的建立提供數(shù)據(jù)支撐友酱，為更準(zhǔn)確的能源調(diào)度和優(yōu)化提供有力支撐。