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

鹿巖松　曲哲　呂珂瑋

摘要：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(guò)控制器、功率變換、阻抗變換器等器件進(jìn)行智能控制，以迭到節(jié)能的效果的電路系統(tǒng)。本文將通過(guò)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)；設(shè)計(jì)；軟件實(shí)現(xiàn)

一、路燈照明主要能耗分析

目前市政道路照明路燈常用的有金屬鹵化物燈、高壓汞燈和高壓鈉燈等，與之配套的電氣設(shè)備包括電感鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器和補(bǔ)償電容等。這些配套設(shè)備本身存在著一定的損耗，特別是電感鎮(zhèn)流器，其一是本身功率因數(shù)低，雖然經(jīng)過(guò)電容補(bǔ)償提高了功率因數(shù)，但隨著時(shí)間推移電容值下降，損耗會(huì)逐漸增大。其二是電感鎮(zhèn)流器自身的功耗是光源的20%左右，存在著損耗。另外，路燈照明消耗能源還主要存在以下幾個(gè)方面：（1）光源本身功率的損耗。（2）供電線路本身的損耗。（3）夜半時(shí)分供電電壓升高，電感鎮(zhèn)流器輸出功率增大造成的能源消耗。

二、路燈節(jié)能技術(shù)發(fā)展主要特點(diǎn)及主要方式

在城市照明方面，路燈是一個(gè)不可替代的組成部分，路燈對(duì)于城市晚上的交通和治安作用很重要。但由于路燈的數(shù)量巨大，會(huì)消耗相當(dāng)大的電能。路燈節(jié)能技術(shù)的原則是在保持照明效果的同時(shí)盡量減小電能的消耗。目前，世界各國(guó)對(duì)于路燈的節(jié)能技術(shù)已經(jīng)有了很多成果。下面介紹路燈節(jié)能技術(shù)的特點(diǎn)以及路燈的節(jié)能方式。

（一）路燈節(jié)能技術(shù)的特點(diǎn)

在傳統(tǒng)光源路燈上增加合適的電路元件有利于路燈的節(jié)能，例如在鎮(zhèn)流裝置上，改進(jìn)鎮(zhèn)流器能提高照明設(shè)備的功率因數(shù)。在路燈上安裝智能化的控制設(shè)備，讓路燈可以根據(jù)周圍環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，這樣減少了電能的消耗。此外，大力發(fā)展技術(shù)成熟的LED路燈，以及在光照時(shí)間足夠地區(qū)發(fā)揮太陽(yáng)能技術(shù)可以達(dá)到節(jié)能的目的。

（二）路燈主要的節(jié)能方式

路燈節(jié)能是在保持合適的照度的前提下盡量降低電能的消耗。在后半夜，道路上的車輛和行人比較少，對(duì)于一些能在低電壓下運(yùn)行的燈具，例如高壓鈉燈，這時(shí)候把電網(wǎng)電壓降低到一個(gè)合適的值，就能節(jié)約大量的電能。目前常用的路燈節(jié)能的方法有以下幾種：（1）改進(jìn)電路，在照明設(shè)備上增加器件提高發(fā)光效率；

（2）通過(guò)安裝節(jié)能控制設(shè)備控制亮度來(lái)節(jié)約電能；（3）利用節(jié)能型路燈，例如LED路燈、太陽(yáng)能路燈，與一般路燈相比能達(dá)到很好的節(jié)能效果。

三、路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的功能

（一）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)。

（二）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(méi)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(lái)調(diào)整電壓雖然也能達(dá)到節(jié)能效果，但是明顯沒(méi)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。

（三）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(méi)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。

（四）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)。

（五）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。

四、路燈節(jié)能控制的設(shè)計(jì)

（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）軟件設(shè)計(jì)。軟件的設(shè)計(jì)主要集中在通過(guò)程序的設(shè)計(jì)來(lái)完成對(duì)硬件的控制，比如檔位的高低設(shè)置，通過(guò)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。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)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(lái)，更加堅(jiān)實(shí)地貫徹可持續(xù)發(fā)展思想。endprint