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智慧牧场电力负荷监测与节能优化控制系统1

智慧牧场电力负荷监测与节能优化控制系统

摘要

随着我国畜牧业的现代化转型和智慧农业的快速发展，智慧牧场建设已成为行业

发展趋势。电力系统作为智慧牧场运行的基础设施，其高效管理和节能优化对牧场运营

成本控制和可持续发展具有重要意义。本报告提出了一套完整的智慧牧场电力负荷监

测与节能优化控制系统方案，通过物联网技术、大数据分析和人工智能算法，实现对牧

场电力系统的实时监测、智能调控和能效优化。系统架构包括感知层、网络层、平台层

和应用层，采用分层分布式设计，确保系统的可扩展性和可靠性。通过在某大型奶牛牧

场的试点应用，系统实现了电力消耗降低1520%，设备故障率降低30%，运维成本降低

25%的显著效果。本方案为智慧牧场能源管理提供了技术可行性和经济效益验证，对推

动畜牧业数字化转型和实现”双碳”目标具有重要实践意义。

关键词：智慧牧场；电力负荷监测；节能优化；物联网；大数据分析；人工智能

引言与背景

1.1研究背景与意义

畜牧业作为我国农业经济的重要组成部分，2022年总产值超过3.2万亿元，占农业

总产值的28%左右。随着乡村振兴战略的深入实施和农业现代化的推进，传统畜牧业

正加速向智能化、数字化方向转型。智慧牧场作为这一转型的重要载体，通过集成物联

网、大数据、人工智能等新一代信息技术，实现牧场生产管理的精细化、自动化和智能

化。

在智慧牧场建设中，电力系统是保障各类智能设备正常运行的基础设施，也是牧场

运营成本的重要组成部分。据统计，电力成本占现代牧场运营总成本的1525%，且随

着自动化设备普及呈上升趋势。传统的牧场电力管理方式存在监测手段落后、调控精度

低、能耗高等问题，难以满足智慧牧场高效运行的需求。因此，开发一套适用于智慧牧

场的电力负荷监测与节能优化控制系统，对降低牧场运营成本、提高能源利用效率、促

进畜牧业可持续发展具有重要意义。

1.2国内外研究现状

国外在智慧能源管理领域起步较早，欧美发达国家已将先进的能源管理系统广泛

应用于农业领域。美国农业部(USDA)2021年报告显示，采用智能能源管理系统的农场

平均节能率达1822%。德国”工业4.0”战略也将农业能源智能化作为重要组成部分，开

发了多种适用于农场的能源管理解决方案。

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国内相关研究起步较晚但发展迅速。中国农业科学院农业环境与可持续发展研究

所2022年研究表明，通过智能能源管理可使大型牧场能耗降低20%以上。华为、阿里

等科技企业也推出了智慧农业能源管理解决方案，但针对畜牧业特点的专业化系统仍

较为缺乏。现有研究多集中于单一设备的节能技术或局部优化，缺乏从牧场整体角度出

发的系统化解决方案。

1.3研究目标与内容

本研究旨在开发一套完整的智慧牧场电力负荷监测与节能优化控制系统，实现以

下目标：

1.构建牧场电力负荷实时监测体系，实现用电数据的精准采集和可视化展示；

2.建立基于大数据分析的用电行为模型，识别高能耗环节和异常用电模式；

3.开发智能节能优化算法，实现电力资源的动态调配和设备运行的智能调控；

4.形成可复制推广的智慧牧场能源管理解决方案，为行业提供技术参考。

研究内容包括：系统架构设计、感知层设备选型与部署、数据传输网络构建、平台

层功能开发、应用层算法优化以及系统集成测试等。

政策与行业环境分析

2.1国家政策支持

近年来，国家出台了一系列支持智慧农业和绿色低碳发展的政策文件，为智慧牧场

电力管理系统研发提供了良好的政策环境。《“十四五”全国农业农村科技发展规划》明

确提出要”加快发展智慧农业，推进农业生产经营数字化转型”。《“十四五”节能减排综合

工作方案》强调要”推动农业农村节能，提高农机、渔船和养殖设施能效”。

2022年农业农村部发布的《关于推进智慧农业发展的指导意见》指出，要”加强农

业用能智能化管理，推广节能技术和设备”。这些政策导向为智慧牧场电力管理系统的

研究和应用提供了有力支持。

2.2行业发展趋势

畜牧业正经历从传统养殖向智能化养殖的转型过程。据中国畜牧业协会数据，2022

年我国智慧牧场市场规模已达1