路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其軟件實(shí)現(xiàn)

蒼如意

摘 要：路燈節(jié)能控制系統(tǒng)一般指對(duì)城市路燈的開關(guān)與照明亮度通過控制器、功率變換、阻抗變換器等器件進(jìn)行智能控制，以達(dá)到節(jié)能的效果的電路系統(tǒng)。本文將通過對(duì)路燈節(jié)能控制系統(tǒng)詳細(xì)的功能介紹，以及對(duì)路燈節(jié)能控制的設(shè)計(jì)研究，包括硬件與軟件的設(shè)計(jì)，然后分析路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能效果，以此為城市路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：路燈；節(jié)能；控制系統(tǒng)；軟件實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一直以來，人類對(duì)能源的需求就沒有停止過，除了部分可循環(huán)利用的能源外，我們目前運(yùn)用的大多數(shù)能源均屬于一次性能源，隨著社會(huì)的發(fā)展，特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)以來人們對(duì)生活質(zhì)量的要求大大的提升，對(duì)能源的需求也就越來越大，而我們的可利用的一次性能源卻也越來越少，隨著可持續(xù)性發(fā)展的觀點(diǎn)的提出，人們對(duì)能源的認(rèn)識(shí)也越來越清晰。據(jù)美國(guó)石油業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，地球上尚未開采的原油儲(chǔ)藏量已不足兩萬(wàn)億桶，可供人類開采時(shí)間不超過95年。在2050年到來之前，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將越來越多地依賴煤炭。其后在2250～2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應(yīng)枯竭。面對(duì)即將到來的能源危機(jī)，全世界認(rèn)識(shí)到必須采取開源節(jié)流的戰(zhàn)略，即一方面節(jié)約能源，另一方面開發(fā)新能源。面對(duì)如此嚴(yán)峻的能源問題，而我們的城市路燈系統(tǒng)卻存在著嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，在城市供電中路燈消耗電量占了30%左右。大多城市的供電系統(tǒng)還處于通宵同等供電的模式，而對(duì)于深夜已經(jīng)不再需要大量的持續(xù)照明，如果能將其進(jìn)行改進(jìn)將會(huì)大大地節(jié)省城市照明供電。

1.路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的功能

1.1 分時(shí)控制

在城市路燈供電系統(tǒng)中，大多是通宵統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)供電，雖然控制簡(jiǎn)單，但是系統(tǒng)線路單一，無(wú)法對(duì)路燈不同時(shí)段，不同地區(qū)根據(jù)不同的照明需求改變照明亮度。而一年四季中，每個(gè)季節(jié)的日出日落的時(shí)間段都會(huì)有所不同，不同時(shí)間段的自然光照明度都會(huì)有所變化，且城市路燈照明不僅僅應(yīng)考慮四季的時(shí)節(jié)變化，還需要考慮每天不同時(shí)段人們對(duì)照明量的需求，比如在人流量與車流量的高峰期的傍晚，需要讓路燈進(jìn)入最佳照明模式以保障人們的出現(xiàn)安全，在交通正常期的深夜和交通低谷期的凌晨，照明量應(yīng)在保證基本出行安全的前提下相應(yīng)降低照明量以節(jié)約用電。那么如何控制路燈的照明度呢，根據(jù)“一年分三季，一季分時(shí)段”的分時(shí)控制思想，在不同的時(shí)間段輸入相對(duì)應(yīng)的的電壓，隨著電壓的變化，照明度相應(yīng)也發(fā)生變化。在交通量較大的時(shí)間段根據(jù)人眼的感光——光線照明度減少10%，人的視覺感覺只減少了不到1%，而當(dāng)電壓減少到額定電壓的93%時(shí)路燈的照明度會(huì)降低5%，而使用壽命將提升兩倍，所以將此電壓設(shè)為正常照明電壓最為適合，既可以保證行人的照明需求與舒適度，還能大大提升路燈工作壽命與效率。相應(yīng)的方法可以設(shè)計(jì)出正常期與低谷期相應(yīng)的照明電壓分別為額定電壓的88%和80%。采取分時(shí)控制將大大地減少因交通照明需求的不同而造成的不必要的浪費(fèi)?？梢愿鶕?jù)表1中的不同時(shí)間段的電壓值來實(shí)現(xiàn)路燈照明的分時(shí)控制。

1.2 電壓監(jiān)控

分時(shí)控制的基本理論是建立在路燈供電電壓基本保持在穩(wěn)定值的前提下的，但是在面對(duì)現(xiàn)實(shí)情況時(shí)往往沒有那么理想。大多數(shù)地區(qū)電網(wǎng)電壓都存在著安全正常范圍內(nèi)的電壓波動(dòng)，而，其電壓值可能高于也可能低于額定電壓。這時(shí)候使用路燈分時(shí)控制時(shí)間表中的比值來調(diào)整電壓雖然也能達(dá)到節(jié)能效果，但是明顯沒有正常情況下那樣顯得那么理想。所以這時(shí)就需要在控制系統(tǒng)中加入電壓監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)供電電壓提供實(shí)時(shí)的電壓數(shù)據(jù)并傳到分時(shí)控制系統(tǒng)中分析處理得出應(yīng)控制輸出的電壓值。將電壓監(jiān)控系統(tǒng)與分時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)合將會(huì)使得節(jié)能電壓更加準(zhǔn)確，節(jié)能效果更佳明顯。

1.3 旁路模式

在城市路燈供電系統(tǒng)中，還可以加入旁路模式，使得供電系統(tǒng)在接觸器線路故障時(shí)可以自動(dòng)切換到旁路供電模式。很多城市路燈供電系統(tǒng)沒有安裝旁路系統(tǒng)，在出現(xiàn)故障時(shí)不能夠保障交通安全。而旁路供電模式可以使得交流電直接繞過控制器與變壓器直接對(duì)路燈進(jìn)行供電，此系統(tǒng)模式看似對(duì)節(jié)能沒有起到直接的作用，但是保證道路交通的及時(shí)安全供電在某種程度上起到了保障人民生命安全，也間接起到了節(jié)電的作用。

1.4 通信功能

加入了電壓監(jiān)控的分時(shí)控制電壓的路燈節(jié)能系統(tǒng)已經(jīng)在保障基本照明需求時(shí)很大程度地節(jié)約了用電量，但是在陰雨天時(shí)的傍晚，天黑的通常比正常情況要早很多，這就需要提前開啟路燈照明系統(tǒng)，在下大雨的深夜，為了保障行車交通安全也需要路燈能保證充足的照明量。為了能保證分時(shí)控制供電系統(tǒng)和電壓監(jiān)控系統(tǒng)更加靈活地運(yùn)用在城市路燈節(jié)能控制系統(tǒng)中，在控制系統(tǒng)中還需加入通信功能，使得供電電壓與實(shí)時(shí)天氣照明情況（陰雨天等特殊情況）及時(shí)反饋到中央監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算實(shí)時(shí)需求電壓值，實(shí)時(shí)反饋到控制系統(tǒng)中以靈活運(yùn)用節(jié)能系統(tǒng)。

1.5 多種電工參數(shù)的檢測(cè)

在多種控制系統(tǒng)的共同工作下，節(jié)能效果將會(huì)更加顯著。但是更多的系統(tǒng)意味著更復(fù)雜的線路和電器元件。所以還需要設(shè)計(jì)可以顯示各個(gè)器件故障的顯示屏，不管是控制器，變壓器或者是某個(gè)二極管出問題都可以實(shí)時(shí)清晰的明了的發(fā)現(xiàn)并及時(shí)地解決問題。

2.路燈節(jié)能控制的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

節(jié)能硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路、電工參數(shù)測(cè)量通道、鍵盤顯示電路和通信電路。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)主要集中在通過程序的設(shè)計(jì)來完成對(duì)硬件的控制，比如檔位的高低設(shè)置，通過分析電壓監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析是否需要根據(jù)實(shí)時(shí)電壓而采取相應(yīng)的降壓或者升壓效果。整個(gè)系統(tǒng)被分為分時(shí)分段模塊、電壓監(jiān)控調(diào)檔模塊和實(shí)時(shí)顯示模塊。

3.節(jié)能效果分析

通過運(yùn)用電壓監(jiān)控，分時(shí)控制等節(jié)能控制系統(tǒng)，使得電能控制系統(tǒng)更加高效，也使得節(jié)能效果更加明顯。

以1000W路燈為例，在滿足正常的交通照明情況下，適當(dāng)降低路燈的端電壓，可節(jié)能20%左右。在深夜交通流量降低時(shí)，可將路燈的端電壓降至170V～180V，路燈1h內(nèi)耗電0.55kWh左右，除去其他損耗，可節(jié)約電能近40%。在使用了路燈節(jié)能系統(tǒng)情況下，在不影響行車照明的情況下能達(dá)到如此高額的節(jié)電量將會(huì)使得人們更加地了解到節(jié)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

通過加入分時(shí)控制和電壓監(jiān)控等系統(tǒng)，以及路燈節(jié)能控制的設(shè)計(jì)，使得路燈節(jié)能系統(tǒng)更加完善。城市路燈的節(jié)能高效節(jié)能不僅僅可以更加高效地利用電能達(dá)到節(jié)約能源的效果，還可以向市民們傳遞節(jié)能的理念，讓全民參與到節(jié)能中來，更加堅(jiān)實(shí)地貫徹可持續(xù)發(fā)展思想。

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