基于智能路灯节能控制系统探究

2016-10-18王胜禹中国市政工程西南设计研究总院有限公司四川成都610000

低碳世界 2016年26期

王胜禹（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都610000）

基于智能路灯节能控制系统探究

王胜禹（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都610000）

随着我国社会经济的飞速发展和人们生活水平的提高，电力资源紧缺的问题也日益突出。如何进行节能降耗已经成为这几年研究的重点课题。现阶段，我国城市建设得到了飞速的发展，传统的照明控制系统已经很难满足现代城市的照明需求，有很多城市的照明存在巨大的能源消耗问题，迫切需要推广和应用智灯节能控制系统设计做了详细的分析和说明。

智能；节能；路灯；系统

引言

当前我国经济水平和社会生活水平都有了显著的提高，人们对舒适生活的追求和便捷出行的需要，极大地促进了城市智能路灯系统的普及。作为城建工作的一大内容，路灯是否足够智能化足以体现出一座城市的发展水平，一座高能路灯节能控制系统。本文在分析智能路灯节能控制系统功能和特点的基础上，对智能路效运作、发展势头良好的城市，路灯系统必然是科学的、智能的、节能的，从而有效满足居民出行需求，并显著提高夜间出行安全。这几年，随着城市路灯照明规模的不断扩大，传统控制技术和管理办法的维护成本也在不断增加，因此，城市路灯采用智能化节能控制系统势在必行。

1　基于智能路灯的节能控制系统的功能

1.1系统概述

当前智能节能路灯的常见形式分为两种，一种是太阳能源灯、另一种是LED路灯。通常情况下，LED路灯只需要传统路灯30%左右的功耗就能够达到普通高压水银灯的亮度，随着技术的进步和经济的发展，LED由于其耐受性好，节能而且光感好等特点，近年来已被广泛研究并迅速应用于路灯市场。而基于智能路灯的节能控制系统则是路灯控制体系的发展前景，是在传统控制基础上的智能化。其主要采取计算机平台为系统支撑，以人工智能技术与一些数学理论为理论依托，进行各种算法的推广与模拟，综合各类智能化技术形成能解决一些传统手段难以解决问题的系统。

1.2功能分析

智能路灯节能控制系统的功能主要是通过智能终端控制器锁实现的，终端控制设备连通在每一段的控制系统内，然后每个子系统又连接在整个城市照明系统中，最终实现了智能控制。一般而言，智能路灯节能控制系统具有以下几点功能：

（1）气象联动：节能控制系统能够共享交通工程监控系统的实时气象信息，并且能够预先设置气象控制参数，在恶劣天气出现时，比如强风雨天气、浓雾情况的时候，系统接收到外界信息后能够及时反馈到路灯的控制终端，从而实现自动开灯。在此基础上，系统可将相关信息汇总上传到计算机平台内，便于管理人员报备。

（2）系统故障和异常报警：当路灯出现灯泡故障、单灯控制器故障、线路故障、通讯故障或电源故障时，能够自动报警并且记录下故障记录，在故障排除之后，收到程序再启辉功能指令后能够再次点亮灯具。必要时，系统还能够实现单点单灯或者多点多类型路灯的任意控制，不仅能够针对某一个特定的路灯进行定位、故障检测、控制功率等操作，还能够对同一类型的路灯进行批量操作，这对于故障的预防和控制有很好的效果。

（3）定时控制功能：控制中心能够按照一年的日照长短对路灯的开启时间进行自动调整，在不出现意外情况的条件下，每一个路灯段子系统都可以按照设定的开关灯时段进行运行。同时，控制中心也能实时地探查每一个路灯的实际状态，以及工作中的工作参数是否正常，对于出现问题的路灯以及路段都能够通过系统进行反馈，得到及时处理。

（4）人工/自动调光功能：光通量正常运行工况下，智能路灯节能控制系统不仅能够在夜晚自动下调光通量30%，还能够根据实际环境需求，人为地改变调光通量以优化路灯使用情况。

2　基于智能路灯节能控制系统的设计原则

2.1软启动功能

单个路灯也许功率不是很大，但是并联之后就属于大功率电器，现阶段有很多路灯的启动方式都是直接启动，启动时会产生较大的电流，不仅容易损坏灯具，而且可能会使得电网电压急剧下降，影响整个供电网络，因此，智能路灯节能系统设计必须具有软启动功能，防止启动时大电流对照明设备产生不良影响。

2.2稳压控制

为了保证电器的使用安全，在电器使用过程中都保持电压的稳定极其重要。路灯照明设备作为与我们生活密切相关的设备，更应该做好稳压工作，这不仅能够提高设备的功效，也能够起到节能效果。因此，无论是在用电的低谷还是高峰期，都应当将路灯的供电电压稳定在一个合理的范围内。

2.3自动启停

路灯作为我们日常生活中一种必备的公共设施，它的开启或者是关闭主要取决的是城市居民正常生活以及公共交通的具体情况的需求。例如路灯控制系统应当实现根据外部环境的明暗程度自动判断是否需要开启或关闭路灯的相关功能。

2.4其它原则

除了上述几个基本设计原则之外，智能路灯节能控制系统还应当具有智能调压控制功能，能够根据交通道路上人车流量大小自动调整路灯供电电量的高低。通过对路灯输出电压进行控制，在道路人车流量稀少时能够降低照度，并且保证最低照度不会影响人车的正常通行。

3　智能路灯节能系统结构设计

智能路灯节能控制系统可以根据不同地段对照明的不同功能需求，在不同的环境光亮度、特定的时间段以及公共交通环境下，通过自身的智能化算法设定，实现对路灯的智能开关与动态管理。影响到道路照明的智能化的因素一般包括交通时间情况以及自然光照情况、路段情况和时间等，智能路灯节能控制系统就是在综合考虑这些因素的基础上，在微机中按照事先设置好的控制策略，对道路照明实行动态智能化管理，从而实现路灯在不同状态和不同情况下达到多样化的道路照明场景。实际的结构设计过程中，节能控制系统多由智能控制器、功率单元和可变电抗变转换器构成的，其中功率单元和可变电抗变转换器组成变压器组。

3.1智能控制器

智能路灯节能控制系统的核心由主控制器和PC机组成，PC机的作用就是软件的开发与操作，涉及内容有数据库、路线设计以及符合管理人员的操作系统设计等。PC机上的数据库负责对路灯的命名、编号、维修数据和历史数据进行操作和记录，通过人机交互界面对各路灯发出控制命令，从而达到所需的控制要求。PC机上存储的路灯地理线路图能够将前端控制器传回的故障信号进行准确定位，能够及时的发现和查找故障原因。

智能控制器通过处理采集到的信号，转化为系统需要的信息。控制器起连接作用，接通声光两种传感设备，对实际环境的声音进行系统需要的信号化处理，然后模拟好了输入进整个系统，进而系统根据实际输入的数据参数计算出所需要的控制数据，进而反馈为具体行为，从而使得路灯实际情况满足现实需求，实现最佳的亮度效果。而路段的光线阴暗程度通过光学传感器转变成模拟信号并传入智能控制器之后，控制器根据光线强度判断是否开启或关闭控制模块。智能控制器的控制流程图如图1所示。

3.2变压器组

变压器组由功率变换器和可变电抗变换器组成，是在传统电抗器基础上做了一点创新。变压器组比传统电抗器多了二次线圈，电子功率变换器与二次线圈相连，电子功率变换器由智能控制器进行控制，能够改变可变电抗变换器二次侧的电流，也就改变了可变电抗变换器的一次侧电流，能够实现在不变化输入电压的基础上改变可变电抗器阻抗，具体的结构框图如图2所示。

图1　智能控制器控制流程图

图2　基于功率变换的变压器组结构框图

图2中变压器组的可变电抗变换器的一次绕组直接和路灯负载相连接，通过二次线圈将其与功率转换器和智能控制器连接。智能控制器和电力电子功率变换单元实现对可变电电抗器二次绕组的控制，从而实现改变一次绕组的目的，最终改变整个路灯的输入电压，使得路灯既能够进行调节，又能够实现软启动。

功率变换单元主要由信号检测器、触发控制器、电力电子功率器件和信号处理器等部分组成，通过调整晶闸管控角来控制可变电抗变换器二次线圈电流的大小，从而改变路灯的端电压，实现对路灯亮度的控制，其基本的工作原理如图3所示。

图3　功率变换单元工作原理

可变电变换器二次线圈的电流或电压变化，很大程度上取决于晶闸管的导通情况，在图3中，触发装置在收到智能控制器发出的控制信号之后，触发板输出脉冲信号，从而使得功率变换单元能够按照要求改变晶闸管的导通情况，通过电磁感应，电抗器一次侧的电抗值会发生改变，从而路灯的输入电压也会变化，实现了路灯的软启动和自行调压功能。