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

基于智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)探究

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

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(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。如何進行節(jié)能降耗已經(jīng)成為這幾年研究的重點課題?，F(xiàn)階段，我國城市建設(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)前我國經(jīng)濟水平和社會生活水平都有了顯著的提高，人們對舒適生活的追求和便捷出行的需要，極大地促進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)功能和特點的基礎(chǔ)上，對智能路效運作、發(fā)展勢頭良好的城市，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)模的不斷擴大，傳統(tǒng)控制技術(shù)和管理辦法的維護成本也在不斷增加，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到普通高壓水銀燈的亮度，隨著技術(shù)的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，LED由于其耐受性好，節(jié)能而且光感好等特點，近年來已被廣泛研究并迅速應(yīng)用于路燈市場。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。其主要采取計算機平臺為系統(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)，然后每個子系統(tǒng)又連接在整個城市照明系統(tǒng)中，最終實現(xiàn)了智能控制。一般而言，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)具有以下幾點功能：

（1）氣象聯(lián)動：節(jié)能控制系統(tǒng)能夠共享交通工程監(jiān)控系統(tǒng)的實時氣象信息，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，比如強風(fēng)雨天氣、濃霧情況的時候，系統(tǒng)接收到外界信息后能夠及時反饋到路燈的控制終端，從而實現(xiàn)自動開燈。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可將相關(guān)信息匯總上傳到計算機平臺內(nèi)，便于管理人員報備。

（2）系統(tǒng)故障和異常報警：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，能夠自動報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亮燈具。必要時，系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)單點單燈或者多點多類型路燈的任意控制，不僅能夠針對某一個特定的路燈進行定位、故障檢測、控制功率等操作，還能夠?qū)ν活愋偷穆窡暨M行批量操作，這對于故障的預(yù)防和控制有很好的效果。

（3）定時控制功能：控制中心能夠按照一年的日照長短對路燈的開啟時間進行自動調(diào)整，在不出現(xiàn)意外情況的條件下，每一個路燈段子系統(tǒng)都可以按照設(shè)定的開關(guān)燈時段進行運行。同時，控制中心也能實時地探查每一個路燈的實際狀態(tài)，以及工作中的工作參數(shù)是否正常，對于出現(xiàn)問題的路燈以及路段都能夠通過系統(tǒng)進行反饋，得到及時處理。

（4）人工/自動調(diào)光功能：光通量正常運行工況下，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)不僅能夠在夜晚自動下調(diào)光通量30%，還能夠根據(jù)實際環(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)計原則

2.1軟啟動功能

單個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方式都是直接啟動，啟動時會產(chǎn)生較大的電流，不僅容易損壞燈具，而且可能會使得電網(wǎng)電壓急劇下降，影響整個供電網(wǎng)絡(luò)，因此，智能路燈節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計必須具有軟啟動功能，防止啟動時大電流對照明設(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)定在一個合理的范圍內(nèi)。

2.3自動啟停

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)實現(xiàn)根據(jù)外部環(huán)境的明暗程度自動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

除了上述幾個基本設(shè)計原則之外，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調(diào)整路燈供電電量的高低。通過對路燈輸出電壓進行控制，在道路人車流量稀少時能夠降低照度，并且保證最低照度不會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

智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同地段對照明的不同功能需求，在不同的環(huán)境光亮度、特定的時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，實現(xiàn)對路燈的智能開關(guān)與動態(tài)管理。影響到道路照明的智能化的因素一般包括交通時間情況以及自然光照情況、路段情況和時間等，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，在微機中按照事先設(shè)置好的控制策略，對道路照明實行動態(tài)智能化管理，從而實現(xiàn)路燈在不同狀態(tài)和不同情況下達到多樣化的道路照明場景。實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，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機組成，PC機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、路線設(shè)計以及符合管理人員的操作系統(tǒng)設(shè)計等。PC機上的數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)對路燈的命名、編號、維修數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行操作和記錄，通過人機交互界面對各路燈發(fā)出控制命令，從而達到所需的控制要求。PC機上存儲的路燈地理線路圖能夠?qū)⑶岸丝刂破鱾骰氐墓收闲盘栠M行準(zhǔn)確定位，能夠及時的發(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，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的信息。控制器起連接作用，接通聲光兩種傳感設(shè)備，對實際環(huán)境的聲音進行系統(tǒng)需要的信號化處理，然后模擬好了輸入進整個系統(tǒng)，進而系統(tǒng)根據(jù)實際輸入的數(shù)據(jù)參數(shù)計算出所需要的控制數(shù)據(jù)，進而反饋為具體行為，從而使得路燈實際情況滿足現(xiàn)實需求，實現(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)變成模擬信號并傳入智能控制器之后，控制器根據(jù)光線強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現(xiàn)對可變電電抗器二次繞組的控制，從而實現(xiàn)改變一次繞組的目的，最終改變整個路燈的輸入電壓，使得路燈既能夠進行調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動。

功率變換單元主要由信號檢測器、觸發(fā)控制器、電力電子功率器件和信號處理器等部分組成，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，實現(xiàn)對路燈亮度的控制，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)出的控制信號之后，觸發(fā)板輸出脈沖信號，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)的電抗值會發(fā)生改變，從而路燈的輸入電壓也會變化，實現(xiàn)了路燈的軟啟動和自行調(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)，需要從多個方面入手，全面系統(tǒng)地進行設(shè)計和施工，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，也要合理進行預(yù)算，分配好資金，控制好施工質(zhì)量，力爭把我們的城市建設(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)計工作。