路灯、景观灯照明控制系统节能研究

路灯、景观灯照明控制系统节能研究

王秀 1 颜森 2

1.济南天下第一泉风景区服务中心 山东省济南市 250000 2.国网滨州供电公司 山东省滨州市 256600

摘 要：照明控制系统是一项复杂的系统工程，其控制方式有多种，如手动、光控、钟控、集中回路控制、远程控制等。现阶段路灯、景观灯照明耗能大的主要原因体现在：控制系统监控不集中、实时监控能力不足；控制器路由算法网络性能低；太阳能路灯系统寿命短；光伏控制系统效率低等。近年来各地路灯、景观灯的大量应用，耗费大量的电能，因此，其节能技术成为工程中的研究热点之一。

关键词：照明控制系统，路灯，景观灯，节能技术

1 引言

路灯、景观灯照明控制系统是一项复杂、多样的系统工程，其照明灯具有白炽灯、高压汞灯、荧光灯、高压钠灯、金卤灯、无极灯、霓虹灯、灯等；其能源有火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电、潮汐能发电、核电等；其控制方式有手动、光控、钟控、集中回路控制、远程控制等；涉及到计算机、软件、通信、电力、材料、制造、数学等多学科尖端技术的交叉应用。近年来随着各地路灯、景观灯照明控制系统的大面积推广应用，每天要耗费大量的电能，其能耗问题益引起社会的重点关注。节约潜力大是我国目前照明用电最明显的一个特色。因为用电效率很低，浪费又比较严重，所以有很大的节约空间。

2 存在的主要问题

现阶段国内路灯照明控制发展面临着很多问题，诸如：控制的相对不够集中，实时监控能力不足，能源的节约能力不足，路灯控制器路由算法网络性能低，太阳能路灯系统寿命短，光伏控制系统效率低等等。

1）灯光系统分布广，管理困难

传统城市夜景灯光工程，越是繁华似锦的亮丽，其结构也就越复杂，工程也就越浩大，管理十分困难。如有特别事件发生，需要紧急调整开关时间，管理者措手不及，容易发生通知不到位、反应不及时等现象，给管理带来很大难度。随着城市灯光系统容量的不断增大，上述矛盾日益尖锐。

2) 运行状况难掌握，维护困难

城市灯光系统由成千上万的各类照明设备（灯具）组成，这些设备分布在城市的各个部分，传统的管理无法知悉系统运行过程中的重要参数，如：灯光是否能正常打开，是否有供电故障，是否有短路跳闹突发故障，电流电压是否正常，大约有多少灯具被损坏等等。管理和维护人员只能依靠驱车巡视，费时费力，维护工作效率低下，很难及时掌握运行状况。

3) 不能灵活开关灯，变更困难

传统的城市灯光采用的是人工管理模式，幵关灯控制一般采用电子定时器实现，如果需要调整开关灯时间，则必须人工地调整每一个定时器，工作难度大，造成开关灯时曰不能及时变更，不能按规定进行开关灯管理等问题，对城市的夜景美化造成了负面影响。

4) 路灯控制器路由算法网络性能低

电力载波通道的时变特性、频率选择性和强干扰的特点，决定了一般网络路由算法很难在电力载波通信线路网络上实现。

5) 太阳能路灯系统寿命短

传统铅酸蓄电池不能很好解决光伏最大功率跟踪控制与蓄电池的合理充放电之间的矛盾，导致太阳能路灯系统提前损坏，寿命缩短。

6) 光伏控制系统效率低

光伏电池具有高度非线性特性，其输出功率受到照强度、温度等因素的影响，难以建立精确的数据模型，导致传统方法不能满足光伏控制系统动态要求，系统效率低下。

3 解决措施

本文针对济南大明湖景区照明节能监控系统进行深入研究，决定以单灯调光技术为突破口，提出一种建立在互联网远程监控平台上的“市区照明调光节能监控技术”。

1）目前景区照明存在的一个突出问题是受电网电压波动的影响，照明极不合理。前半夜电压偏低，功率不足，光效低；后半夜电压偏高，能耗明显加大。通过实践可知，灯泡在额定电压以下工作时，寿命将延长3倍以上。为了实现在电网电大幅波动条件下的恒功率或降功率输出，可以采取变频功率控制技术，实现单灯节能恒压控制，从而达到节能的目的。

2）为了实现景区公共照明的调光控制，要考虑通讯意外后不能及时下达调光指令导致调光任务失败，故调光可采用两种调光功能，远程调度模式和独立调光模式。远程调度模式是接收从网络协调器发出的调光指令并执行，独立调光模式是安装预置的多时段自动调光预案进行调光输出，设备上电后首先进入独立调光模式，当接收到调光指令后自动切换到远程调度模式。可通过互联网设賈系统的自动调光控制预案，如设置路灯根据不同的季节和时段自动调整输出功率，或交替点亮，或任意隔盏点亮；也可以通过互联网对任意路灯进行远程开关和调光操作。采用此种模式还可以将来接入无线设备即可组网运行。

3)太阳能路灯系统蓄能装置一般采用蓄电池，但是充放电状态直接影响铅酸蓄电池的寿命，若充电电压不当或铅酸蓄电池使用不当，铅酸蓄电池的寿命就会急剧縮短。超级电容器—是一种电压源型的中间电能存储元件，具有充时间短、充放电次数多、功率密度高和可靠性高等优点，所以将其作为中间储能装置，可以提高系统的发电效率。在光照不足的情况下，光伏电池产生的能量就会不稳定，从而导致不能有效的对蓄电池充电。超级电容把光伏电池产生的能量先蓄积起来，当合适的时候把其输入到蓄电池进行充电，这样有效的提高了系统的太阳能利用率。超级电容接在太阳能控制器和充电控制之对光伏电池的大能量进行缓冲，并在合适的时候通过放屯的方式对蓄电池进行充电，以满足负载的供电需要。

4) 增加报警功能。系统能检测到以下故障：异常亮灯、异常熄灯、停电、电压缺相、单灯工作状态异常（灯具不亮、灯具损坏、调光模块点火失败等）、配电箱门禁告警、电缆被盗等。报警信息与监控中心的空间地理信息自动关联，能精确定位故障点，对故障进行详细描述。

5）对亮灯率和灯具寿命统计。设计系统能实时采集单灯工作状态，对亮灯率进行精确计算，并能对灯具的寿命进行分析，对即将达到寿命期限的灯具进行更换提醒。

6）智能运行。组建强大的管理功能和独立运行能力，可以在通信线路中断的情况下独立运行，不影响灯光的正常运行。在通信线路恢复后，可以将数据传送回监控中心，形成各种报表。

7）自动巡检。可以设定设备端自动定时向监控中心发送状态数据，监控中心通过收集各终端设备的运行数据，进而可以了解到整个系统的运行状态替代传统的人工巡检，降低了景区照明管理的难度，提高了工作效率。同时可以将收集到的数据生成各种报表，使管理工作更加规范。

4 小结

路灯、景观灯照明控制系统是一项复杂的系统工程。近年來随着各地路灯、景观灯照明控制系统的大面积推广应用，每天要耗费大量的电能，其能耗问题益引起社会各方的重点关注。针对现阶段路灯、景观灯照明控制系统研究和应用中存在的监控相对不够集中，实时监控能力不足，能源的节约能力不足，路灯控制器路由算法网络性能低，太阳能路灯系统寿命短，光伏控制系统效率低等难题，本文提出相应改进措施，对景区的节能控制提供宝贵意见

参考文献:

[1] 章智.我国将大力发展新能源和可再生能源上海节能，2001（Z1）.

[2] 张娅.一种太阳能草坪灯系统部件优化设计方法光源与照明，2009,（01）：27,36.

[3] 吴笛，姚凯.单灯调光节能监控技术中国照明论坛论文集.2010:132-136