智慧照明能耗管理平台在智慧城市中的应用

张中方

（上海五零盛同信息科技有限公司）

智慧照明能耗管理平台在智慧城市中的应用

张中方

（上海五零盛同信息科技有限公司）

城市照明是一个城市最重要的基础设施，城市照明在带动了城市人居质量环境、城市形象和整体素质提升的同时，也在消耗着巨大的能源。其中城市照明建设领域各类的照明节能新技术、新产品也层出不穷，然而在照明管理领域对能耗方面的技术及应用相对匮乏，论文主要根据管理和软件技术应用的因素，介绍了以照明大数据为基础的照明能耗管理平台在智慧城市建设中的应用。

智慧城市；智慧照明；大数据分析；节能减排；能耗管理平台

1 背景

当前中国正处于智慧城市建设快速发展的时期，智慧城市是把新一代信息技术充分运用在城市的各行各业之中的基于知识社会下“一代创新”（创新2.0）的城市信息化高级形态，实现信息化、工业化与城镇化深度融合，有助于缓解“大城市病”，提高城镇化质量，实现精细化和动态管理。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行。新一代信息技术的应用也促进了城市市政建设和管理取得了较大的进步，其中作为市政管理重要的一环的城市照明更是得到了空前的提升，这对改善城市的投资环境，改变城市夜间形象，促进城市经济快速发展，方便群众生活、美化城市和提升城市知名度都起到了很大的作用。但是随之而来的是城市照明能耗的大幅度提高，特别是能源价格的提升，使得城市电费已经成为政府财政的负担，因此，有必要积极采取各项措施，以期减缓能源消耗上升趋势，在全球在提倡绿色照明、低碳生活的时代，节能已经成为任何一项工作可持续发展的必要条件。

我国是个能源消费大国，同时人均电力资源远低于发达国家，人均用电量和装机容量都只是美国的1/10。随着我国经济的持续发展，未来电力需求将不断增加，电力的供需矛盾状况仍将难以改变。有鉴于此，我国早在1997年就颁布实施了《中华人民共和国节约能源法》，指出节能是国家经济发展的一项长期战略方针，要求各级人民政府加强节能工作，大力推进节能技术进步，逐步提高能源利用率，促进国民经济向节能型发展。

我国社会总用电量的13%为照明用电，高效节能的绿色照明是今后城市照明的必然趋势。《“十三五”城市绿色照明规划纲要》中明确提出：大力倡导绿色照明消费方式：以构建绿色生态与健康文明的城市照明光环境为目标，以保障和改善民生作为加快转变城市照明发展方式的基本出发点，在满足城市照明基本功能的前提下降低照明的单位能耗，提高城市照明的质量和节能水平，实现城市照明发展方式的转变。

随着我国城市建设的飞速发展，装灯数量、线路长度、覆盖范围都有了大幅飞跃，能源消耗也大幅度增长。为了实现城市照明绿色、环保、安全、舒适的环境，我国各个城市照明管理单位和相关生产企业都在不断的探索和发展节能技术及产品，智慧城市关于绿色照明、节能降耗的指标要求带动了节能技术和产品的进一步升级，更是在照明数据的采集、节能数据的分析、对比等照明大数据方面填补了管理空白，真正实现能耗精准统计、能耗趋势分析对比，使得能耗通过大数据管理变得可视、可预测、可掌握。

2 现行城市照明节能管理方法

我国十三五规划以及新型智慧城市建设都对城市照明节能减排提出了新的要求，我国各城市照明管理单位以及相关企业都在相关技术和方法上进行了一定的探索和应用，目前主要的节能手段主要有以下几种：

1)应用智能控制系统

科学技术的快速发展，电子智能控制技术也随取得辉煌的成就，在各行各业的应用也十分的广泛。城市道路照明通过电子智能控制技术实现照明时间的自动控制、以城市光照度值为依据实现对道路照明的控制做到一定的科学照明，其显著的特点就是高效节能。按照季节天气的变化，设置好路灯开关灯时间，用计算机系统来进行智能控制，大大减少了路灯常亮的情况，同时，智能控制系统也带动了人力成本的节约，通过计算机系统对路灯设备的遥测、遥信、遥控、遥调等功能可以将设备运行状态随时通报给管理人员，管理人员可以随时掌控照明设备的现状，做到问题及时处理。通过智能控制系统的使用极大提高了城市照明管理水平，同时也对城市节能降耗发挥了一定的作用。

2)选用节能器件

通过选用节能的照明灯具直接进行节能，现行路灯大多采用高压钠灯，高压汞灯和金属卤化物灯等，这些都有较高的启动电压和低放电来维持电压，并通过镇流器来保证路灯启动电流稳定在所规定的范围，高品质的镇流器有良好的稳压性能、能够对收入功率和输出光通量进起到稳定作用，有利于节能。选用LED灯，它具有体积小，亮度高、能耗低的特点，具有丰富的色彩在城市照明灯具应用中也得到了较广泛的应用。

3)单灯监控设备的应用

单灯监控设备是智能控制的扩展，通过每盏路灯安装单灯控制终端，除了对每盏灯运行的状态进行实时掌控以外，还可以通过制定一系列节能开关灯预案进行路灯节能管理，比如在后半夜通过单灯控制熄灭人行道灯，在必要的情况下执行路灯“隔一亮一”，“隔二亮一”真正实现节约能耗的效果。

4)路灯节电柜的应用

路灯接电柜主要是一种电压可调的路灯节能装置，将无触点调压方式应用在城市道路照明工程，可在路灯的运行中，保持供电设备端电压的稳定，当电网电压出现大的波动时，能相应的做出电压的调节。在后半夜，降低路灯供电设备的端电压，使其工作电压低于电网电压，控制路灯的照明亮度，保证路灯工作在节能状态，不仅没有妨碍交通照明还能提高高压钠灯的使用寿命，防止高压钠灯在后半夜高压的情况下长期照明而降低使用寿命，其降压、节能效果明显，从而达到了节约电能的目的。

上述几种方案是目前我国道路照明管理应用过程当中应用较多的几种节能降耗的手段，其主要还是以硬件技术的投入和应用为主，此期节能手段相对还是较为单一，对智能控制、节电柜数据、单灯运行数据的大数据统计分析、趋势预判、规律总结等功能没有发挥，数据仅是一个数字而已，如何将现场节能设备的功能发挥更大并且将节能设备的数据发挥有效的价值，通过建立一套有效的智慧照明能耗管理平台就非常有必要。

3 智慧照明能耗管理平台概述

城市照明工程的建设不仅提升城市形象，同时改善城市环境，提升了城市生活品质。但不可避免地带来用电的大幅度增加，能源的巨大消耗。对城市照明来说，在满足交通安全和城市美化的同时，大力开展绿色照明工作已成为当前城市发展的紧迫问题。因此将在照明设施基础数据库、LED节能改造、照明节电管理、物联网单灯节能、照明节能监控、照明GIS地理信息平台、以及大数据分析的基础上建设能耗管理平台，利用空间数据挖掘技术和照明数据统计技术，分析照明线路网络结构的现状、城市照明能耗、节能减排效果和社会效益的节能效果、分布现状、照度分布现状、设施故障率的现状等，主要通过大数据分析实现对城市绿色照明提供数据分析，项目建设数据支撑以及科学的决策支持为目的，为城市智慧照明工程规划设计和照明管理提供决策支持。也可为路灯管理人员提供实际用电数据、产能数据，量化管理，掌握路灯的实际电量，从而将原有的经验式宏观管理模式转变为精细式智慧管理模式（见图1）。通过该系统，管理人员可以作到“掌握情况、摸清规律、系统诊断、合理用能”，大大提升管理水平。通过内部路灯监控系统、照明节电系统、单灯物联网系统等相关业务系统的数据提取和汇总，实现节能数据的分析和展现，为管理人员展现路灯节能实时动态数据、故障预警、线性联系等，为领导了解和掌握路灯节能实际情况提供直观展现。

图1 某城市智慧照明能耗管理平台直观展示

4 智慧照明能耗管理平台功能

4.1 能耗报告

能耗采集的是电表的总有功功率，主要是掌握能源消耗情况，找出能源消耗异常值。包括能耗值的逐时、逐日、逐月、逐年报告；单位面积能耗为能耗评价提供数据支持；目标值参考帮助分析实际能耗值与能耗目标值的差异；功率因子参考提供能耗值（电能）与用能品质间的比对；温度、湿度参考帮助分析能耗资料与环境数据的相关性。

4.2 能耗排名

不同时间范围内的能耗值排序，以升序或降序显示。帮助找出能耗最低和最高的路段和亮化楼宇，为下一步进行节能改造提供依据。

4.3 能耗比较

比较相同时间范围内不同路段的能耗值，或比较同一路段在不同时间范围内的能耗值，利用数据生成折线、柱状图等，针对路灯使用效果可以提供有效的数据对比和分析，对路灯整体节能进展情况有个全面的掌握。

4.4 偏差分析

任何一天不同时段能耗值与目标值的偏差计算。能耗值超过目标值的时段偏差值用红色表示，表明能源消耗的增加倾向，可以设置超限报警，实现路灯能源动态精细化管理。

4.5 回归分析

回归分析----对每个控制箱及灯具的有功功率、无功功率、瞬间功率、功率因素进行线性回归分析，展现各成员参数之间的线性关系；同时通过照度及路灯用电量线性关系总结得出路灯具体的使用状态，为部门维护更换提供依据。

4.6 用电分析

根据所选费率以及实际用电状况，分时间段（离峰、半尖峰、尖峰）显示用电趋势以及用电报表

5 节能效果对比分析

5.1 光源改造效果分析

比如路灯节能常用的方法之一就是对灯具进行LED改造，改造前后的使用能耗可以通过智能控制系统远程抄表的数据进行汇总分析，得出更换LED光源前后对道路照明的节能效果。也可以通过抄表得来的用电量大数据对现用的LED光源的进行使用效果评价。

5.2 照明监控节能效果分析

利用先进的管理手段进行科学照明也是路灯节能的重要手段，该系统可以根据不同灯型的控制要求，把全市的路灯和景观灯分成若干组，分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案，自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯；也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作；在特殊需要的情况下，可以实现白天亮灯。当出现白天亮灯的情况时，系统能够第一时间将该不正常情上报给负责人，有效杜绝了白天亮灯的情况，减少了不必要的能源浪费，同时光控开关灯的策略有效的实现了“按需照明”优化有效亮灯时间，实现亮灯时间精细化管理水平，进一步节约用电量。

通过单灯控制器对有必要的灯具进行实时动态监测，可以根据情况通过系统存储的开关灯预案将路灯实现隔盏亮灯，既保证了路灯照明又实现了节能降耗。

针对楼宇亮化，我们可以根据实际需要通过照明监控系统将其按照节假日模式、平日模式进行预案设置，当达到预设的模式的时候楼宇亮化即可以投入运行，既满足了亮化的效果也充分实现了节能的目的，实现楼宇亮化的按需控制及节能的精细化水平。

5.3 综合节能效果分析

根据集中节能前后监测的数据进行分析，得出集中节能设备对道路照明的节能效果。通过节能前后的对比，通过图形呈现节能效果（见图2）。

1）评估单项节能手段的节能效果

系统实时监测统计道路照明能耗，记录正常使用情况下消耗的能耗值。目前，可以采用变功率和半夜灯的模式进行节能。节能启动之后，系统实时监测统计节能启动之后道路消耗的能耗值，并与正常情况下消耗的能耗值进行对比，计算出即时的节能数值和节能率，生成动态图呈现节能效果。综合分析得到的数据，可以分析出最优的节能措施，为节能改造制定科学规范的规则制度。

图2 用图形呈现节能效果

2）评估节能改造效果

节能设施改造之后，可以通过对比记录表中改造前后设施的设施信息和能耗信息，综合考虑设施的购买成本、维护成本和能耗成本，根据设施的使用寿命，计算总能耗，通过数据的实时更新，对改造后的设施运行状况和节能效果进行对比分析，为今后的照明规划、设计、施工、运行维护和改造提供实践依据。

6 总结及展望

利用智慧照明能耗管理平台对照明实际管理工作中智能控制终端、单灯控制器、节电柜等节能数据进行统一收集、分析和处理，并通过平台进行集中展现，该平台成功运用了大数据的挖掘和映射功能，使得节能管理变的更加有“立体感”，通过平台有效的建立起管理人员和现场节能设备之间的管理联系，这个联系是综合的、全方位的，它彻底开阔了智慧照明的管理思路，提升了智慧城市建设的新高度。该方法还具有通用性，能够广泛应用于城市照明行业监控系统的管理工作中。

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The Application of Intelligent Lighting Energy Consumption Management Platform in Smart City

ZHANG Zhong-fang

(Shanghai Wuling Shengtong Information Technology Co., Ltd.)

Urban lighting is an important part in a city, improving the quality of urban human settlements environment, city image and the improvement of overall quality, with huge energy consumption. Which the urban lighting construction field of all kinds of lighting energysaving new technologies, new products also emerge in endlessly, but in the field of lighting management technology and application of energy consumption is relatively scarce, this paper mainly according to the factors of management and software technology, introduces the lighting large data based lighting energy management platform in the urban construction, the application of intelligence.

smart city; smart lighting; big data analysis; energy conservation and emission reduction; energy consumption management platform