王勝禹（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川成都610000）

基于智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)探究

王勝禹（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川成都610000）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，電力資源緊缺的問題也日益突出。如何進(jìn)行節(jié)能降耗已經(jīng)成為這幾年研究的重點(diǎn)課題?，F(xiàn)階段，我國(guó)城市建設(shè)得到了飛速的發(fā)展，傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代城市的照明需求，有很多城市的照明存在巨大的能源消耗問題，迫切需要推廣和應(yīng)用智燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和說明。

智能；節(jié)能；路燈；系統(tǒng)

引言

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)生活水平都有了顯著的提高，人們對(duì)舒適生活的追求和便捷出行的需要，極大地促進(jìn)了城市智能路燈系統(tǒng)的普及。作為城建工作的一大內(nèi)容，路燈是否足夠智能化足以體現(xiàn)出一座城市的發(fā)展水平，一座高能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)。本文在分析智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)功能和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)智能路效運(yùn)作、發(fā)展勢(shì)頭良好的城市，路燈系統(tǒng)必然是科學(xué)的、智能的、節(jié)能的，從而有效滿足居民出行需求，并顯著提高夜間出行安全。這幾年，隨著城市路燈照明規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)控制技術(shù)和管理辦法的維護(hù)成本也在不斷增加，因此，城市路燈采用智能化節(jié)能控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1　基于智能路燈的節(jié)能控制系統(tǒng)的功能

1.1系統(tǒng)概述

當(dāng)前智能節(jié)能路燈的常見形式分為兩種，一種是太陽能源燈、另一種是LED路燈。通常情況下，LED路燈只需要傳統(tǒng)路燈30%左右的功耗就能夠達(dá)到普通高壓水銀燈的亮度，隨著技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，LED由于其耐受性好，節(jié)能而且光感好等特點(diǎn)，近年來已被廣泛研究并迅速應(yīng)用于路燈市場(chǎng)。而基于智能路燈的節(jié)能控制系統(tǒng)則是路燈控制體系的發(fā)展前景，是在傳統(tǒng)控制基礎(chǔ)上的智能化。其主要采取計(jì)算機(jī)平臺(tái)為系統(tǒng)支撐，以人工智能技術(shù)與一些數(shù)學(xué)理論為理論依托，進(jìn)行各種算法的推廣與模擬，綜合各類智能化技術(shù)形成能解決一些傳統(tǒng)手段難以解決問題的系統(tǒng)。

1.2功能分析

智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的功能主要是通過智能終端控制器鎖實(shí)現(xiàn)的，終端控制設(shè)備連通在每一段的控制系統(tǒng)內(nèi)，然后每個(gè)子系統(tǒng)又連接在整個(gè)城市照明系統(tǒng)中，最終實(shí)現(xiàn)了智能控制。一般而言，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)功能：

（1）氣象聯(lián)動(dòng)：節(jié)能控制系統(tǒng)能夠共享交通工程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)氣象信息，并且能夠預(yù)先設(shè)置氣象控制參數(shù)，在惡劣天氣出現(xiàn)時(shí)，比如強(qiáng)風(fēng)雨天氣、濃霧情況的時(shí)候，系統(tǒng)接收到外界信息后能夠及時(shí)反饋到路燈的控制終端，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開燈。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可將相關(guān)信息匯總上傳到計(jì)算機(jī)平臺(tái)內(nèi)，便于管理人員報(bào)備。

（2）系統(tǒng)故障和異常報(bào)警：當(dāng)路燈出現(xiàn)燈泡故障、單燈控制器故障、線路故障、通訊故障或電源故障時(shí)，能夠自動(dòng)報(bào)警并且記錄下故障記錄，在故障排除之后，收到程序再啟輝功能指令后能夠再次點(diǎn)亮燈具。必要時(shí)，系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)單燈或者多點(diǎn)多類型路燈的任意控制，不僅能夠針對(duì)某一個(gè)特定的路燈進(jìn)行定位、故障檢測(cè)、控制功率等操作，還能夠?qū)ν活愋偷穆窡暨M(jìn)行批量操作，這對(duì)于故障的預(yù)防和控制有很好的效果。

（3）定時(shí)控制功能：控制中心能夠按照一年的日照長(zhǎng)短對(duì)路燈的開啟時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，在不出現(xiàn)意外情況的條件下，每一個(gè)路燈段子系統(tǒng)都可以按照設(shè)定的開關(guān)燈時(shí)段進(jìn)行運(yùn)行。同時(shí)，控制中心也能實(shí)時(shí)地探查每一個(gè)路燈的實(shí)際狀態(tài)，以及工作中的工作參數(shù)是否正常，對(duì)于出現(xiàn)問題的路燈以及路段都能夠通過系統(tǒng)進(jìn)行反饋，得到及時(shí)處理。

（4）人工/自動(dòng)調(diào)光功能：光通量正常運(yùn)行工況下，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)不僅能夠在夜晚自動(dòng)下調(diào)光通量30%，還能夠根據(jù)實(shí)際環(huán)境需求，人為地改變調(diào)光通量以優(yōu)化路燈使用情況。

2　基于智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

2.1軟啟動(dòng)功能

單個(gè)路燈也許功率不是很大，但是并聯(lián)之后就屬于大功率電器，現(xiàn)階段有很多路燈的啟動(dòng)方式都是直接啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電流，不僅容易損壞燈具，而且可能會(huì)使得電網(wǎng)電壓急劇下降，影響整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，因此，智能路燈節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須具有軟啟動(dòng)功能，防止啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)照明設(shè)備產(chǎn)生不良影響。

2.2穩(wěn)壓控制

為了保證電器的使用安全，在電器使用過程中都保持電壓的穩(wěn)定極其重要。路燈照明設(shè)備作為與我們生活密切相關(guān)的設(shè)備，更應(yīng)該做好穩(wěn)壓工作，這不僅能夠提高設(shè)備的功效，也能夠起到節(jié)能效果。因此，無論是在用電的低谷還是高峰期，都應(yīng)當(dāng)將路燈的供電電壓穩(wěn)定在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

2.3自動(dòng)啟停

路燈作為我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N必備的公共設(shè)施，它的開啟或者是關(guān)閉主要取決的是城市居民正常生活以及公共交通的具體情況的需求。例如路燈控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)外部環(huán)境的明暗程度自動(dòng)判斷是否需要開啟或關(guān)閉路燈的相關(guān)功能。

2.4其它原則

除了上述幾個(gè)基本設(shè)計(jì)原則之外，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具有智能調(diào)壓控制功能，能夠根據(jù)交通道路上人車流量大小自動(dòng)調(diào)整路燈供電電量的高低。通過對(duì)路燈輸出電壓進(jìn)行控制，在道路人車流量稀少時(shí)能夠降低照度，并且保證最低照度不會(huì)影響人車的正常通行。

3　智能路燈節(jié)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同地段對(duì)照明的不同功能需求，在不同的環(huán)境光亮度、特定的時(shí)間段以及公共交通環(huán)境下，通過自身的智能化算法設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的智能開關(guān)與動(dòng)態(tài)管理。影響到道路照明的智能化的因素一般包括交通時(shí)間情況以及自然光照情況、路段情況和時(shí)間等，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)就是在綜合考慮這些因素的基礎(chǔ)上，在微機(jī)中按照事先設(shè)置好的控制策略，對(duì)道路照明實(shí)行動(dòng)態(tài)智能化管理，從而實(shí)現(xiàn)路燈在不同狀態(tài)和不同情況下達(dá)到多樣化的道路照明場(chǎng)景。實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，節(jié)能控制系統(tǒng)多由智能控制器、功率單元和可變電抗變轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的，其中功率單元和可變電抗變轉(zhuǎn)換器組成變壓器組。

3.1智能控制器

智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的核心由主控制器和PC機(jī)組成，PC機(jī)的作用就是軟件的開發(fā)與操作，涉及內(nèi)容有數(shù)據(jù)庫(kù)、路線設(shè)計(jì)以及符合管理人員的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。PC機(jī)上的數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)對(duì)路燈的命名、編號(hào)、維修數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和記錄，通過人機(jī)交互界面對(duì)各路燈發(fā)出控制命令，從而達(dá)到所需的控制要求。PC機(jī)上存儲(chǔ)的路燈地理線路圖能夠?qū)⑶岸丝刂破鱾骰氐墓收闲盘?hào)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和查找故障原因。

智能控制器通過處理采集到的信號(hào)，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的信息?？刂破髌疬B接作用，接通聲光兩種傳感設(shè)備，對(duì)實(shí)際環(huán)境的聲音進(jìn)行系統(tǒng)需要的信號(hào)化處理，然后模擬好了輸入進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)而系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際輸入的數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算出所需要的控制數(shù)據(jù)，進(jìn)而反饋為具體行為，從而使得路燈實(shí)際情況滿足現(xiàn)實(shí)需求，實(shí)現(xiàn)最佳的亮度效果。而路段的光線陰暗程度通過光學(xué)傳感器轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)并傳入智能控制器之后，控制器根據(jù)光線強(qiáng)度判斷是否開啟或關(guān)閉控制模塊。智能控制器的控制流程圖如圖1所示。

3.2變壓器組

變壓器組由功率變換器和可變電抗變換器組成，是在傳統(tǒng)電抗器基礎(chǔ)上做了一點(diǎn)創(chuàng)新。變壓器組比傳統(tǒng)電抗器多了二次線圈，電子功率變換器與二次線圈相連，電子功率變換器由智能控制器進(jìn)行控制，能夠改變可變電抗變換器二次側(cè)的電流，也就改變了可變電抗變換器的一次側(cè)電流，能夠?qū)崿F(xiàn)在不變化輸入電壓的基礎(chǔ)上改變可變電抗器阻抗，具體的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖1　智能控制器控制流程圖

圖2　基于功率變換的變壓器組結(jié)構(gòu)框圖

圖2中變壓器組的可變電抗變換器的一次繞組直接和路燈負(fù)載相連接，通過二次線圈將其與功率轉(zhuǎn)換器和智能控制器連接。智能控制器和電力電子功率變換單元實(shí)現(xiàn)對(duì)可變電電抗器二次繞組的控制，從而實(shí)現(xiàn)改變一次繞組的目的，最終改變整個(gè)路燈的輸入電壓，使得路燈既能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)。

功率變換單元主要由信號(hào)檢測(cè)器、觸發(fā)控制器、電力電子功率器件和信號(hào)處理器等部分組成，通過調(diào)整晶閘管控角來控制可變電抗變換器二次線圈電流的大小，從而改變路燈的端電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈亮度的控制，其基本的工作原理如圖3所示。

圖3　功率變換單元工作原理

可變電變換器二次線圈的電流或電壓變化，很大程度上取決于晶閘管的導(dǎo)通情況，在圖3中，觸發(fā)裝置在收到智能控制器發(fā)出的控制信號(hào)之后，觸發(fā)板輸出脈沖信號(hào)，從而使得功率變換單元能夠按照要求改變晶閘管的導(dǎo)通情況，通過電磁感應(yīng)，電抗器一次側(cè)的電抗值會(huì)發(fā)生改變，從而路燈的輸入電壓也會(huì)變化，實(shí)現(xiàn)了路燈的軟啟動(dòng)和自行調(diào)壓功能。

4　結(jié)束語

想要構(gòu)建城市智能化路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，需要從多個(gè)方面入手，全面系統(tǒng)地進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，在保證正常照明需求的基礎(chǔ)上，最大限度的從節(jié)能角度出發(fā)，選擇合適的節(jié)能方式，不盲目的照搬他人的方案和技術(shù)，另外，也要合理進(jìn)行預(yù)算，分配好資金，控制好施工質(zhì)量，力爭(zhēng)把我們的城市建設(shè)的更亮、更美、更環(huán)保。

［1］上海森覓得光電科技有限公司.H.I.D燈電器配套問題淺談［J］.中國(guó)照明，2005（8）.

［2］吳春美.節(jié)能型路燈照明控制系統(tǒng)［D］.沈陽工業(yè)大學(xué)，2007.

［3］黃友豪.淺談路燈節(jié)能及監(jiān)控系統(tǒng)的作用和意義［J］.道路照明，2007（3）.

TP273.5

A

2095-2066（2016）26-0069-02

2016-8-29

王勝禹（1984-），男，工程師，本科，主要從事市政電氣設(shè)計(jì)工作。