路燈節能控制系統設計及其軟件實現

鹿巖松　曲哲　呂珂瑋

摘要：燈節能控制系統一般指對城市路燈的開關與照明亮度通過控制器、功率變換、阻抗變換器等器件進行智能控制，以迭到節能的效果的電路系統。本文將通過對路燈節能控制系統詳細的功能介紹，以及對路燈節能控制的設計研究，包括硬件與軟件的設計，然后分析路燈節能控制系統的節能效果，以此為城市路燈節能控制系統的優化提供參考。

關鍵詞：路燈節能；控制系統；設計；軟件實現

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，與之配套的電氣設備包括電感鎮流器、觸發器和補償電容等。這些配套設備本身存在著一定的損耗，特別是電感鎮流器，其一是本身功率因數低，雖然經過電容補償提高了功率因數，但隨著時間推移電容值下降，損耗會逐漸增大。其二是電感鎮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）夜半時分供電電壓升高，電感鎮流器輸出功率增大造成的能源消耗。

二、路燈節能技術發展主要特點及主要方式

在城市照明方面，路燈是一個不可替代的組成部分，路燈對于城市晚上的交通和治安作用很重要。但由于路燈的數量巨大，會消耗相當大的電能。路燈節能技術的原則是在保持照明效果的同時盡量減小電能的消耗。目前，世界各國對于路燈的節能技術已經有了很多成果。下面介紹路燈節能技術的特點以及路燈的節能方式。

（一）路燈節能技術的特點

在傳統光源路燈上增加合適的電路元件有利于路燈的節能，例如在鎮流裝置上，改進鎮流器能提高照明設備的功率因數。在路燈上安裝智能化的控制設備，讓路燈可以根據周圍環境自動調節亮度，這樣減少了電能的消耗。此外，大力發展技術成熟的LED路燈，以及在光照時間足夠地區發揮太陽能技術可以達到節能的目的。

（二）路燈主要的節能方式

路燈節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，對于一些能在低電壓下運行的燈具，例如高壓鈉燈，這時候把電網電壓降低到一個合適的值，就能節約大量的電能。目前常用的路燈節能的方法有以下幾種：（1）改進電路，在照明設備上增加器件提高發光效率；

（2）通過安裝節能控制設備控制亮度來節約電能；（3）利用節能型路燈，例如LED路燈、太陽能路燈，與一般路燈相比能達到很好的節能效果。

三、路燈節能控制系統的功能

（一）分時控制

在城市路燈供電系統中，大多是通宵統一標準供電，雖然控制簡單，但是系統線路單一，無法對路燈不同時段，不同地區根據不同的照明需求改變照明亮度。而一年四季中，每個季節的日出日落的時間段都會有所不同，不同時間段的自然光照明度都會有所變化，且城市路燈照明不僅僅應考慮四季的時節變化，還需要考慮每天不同時段人們對照明量的需求，比如在人流量與車流量的高峰期的傍晚，需要讓路燈進入最佳照明模式以保障人們的出現安全，在交通正常期的深夜和交通低谷期的凌晨，照明量應在保證基本出行安全的前提下相應降低照明量以節約用電。那么如何控制路燈的照明度呢，根據“一年分三季，一季分時段”的分時控制思想，在不同的時間段輸入相對應的電壓，隨著電壓的變化，照明度相應也發生變化。在交通量較大的時間段根據人眼的感光——光線照明度減少10%，人的視覺感覺只減少了不到1%，而當電壓減少到額定電壓的93%時路燈的照明度會降低5%，而使用壽命將提升兩倍，所以將此電壓設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。相應的方法可以設計出正常期與低谷期相應的照明電壓分別為額定電壓的88%和80%。采取分時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。

（二）電壓監控

分時控制的基本理論是建立在路燈供電電壓基本保持在穩定值的前提下的，但是在面對現實情況時往往沒有那么理想。大多數地區電網電壓都存在著安全正常范圍內的電壓波動，而，其電壓值可能高于也可能低于額定電壓。這時候使用路燈分時控制時間表中的比值來調整電壓雖然也能達到節能效果，但是明顯沒有正常情況下那樣顯得那么理想。所以這時就需要在控制系統中加入電壓監控系統，對供電電壓提供實時的電壓數據并傳到分時控制系統中分析處理得出應控制輸出的電壓值。將電壓監控系統與分時控制系統結合將會使得節能電壓更加準確，節能效果更佳明顯。

（三）旁路模式

在城市路燈供電系統中，還可以加入旁路模式，使得供電系統在接觸器線路故障時可以自動切換到旁路供電模式。很多城市路燈供電系統沒有安裝旁路系統，在出現故障時不能夠保障交通安全。

（四）通信功能

加入了電壓監控的分時控制電壓的路燈節能系統已經在保障基本照明需求時很大程度地節約了用電量，但是在陰雨天時的傍晚，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，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。為了能保證分時控制供電系統和電壓監控系統更加靈活地運用在城市路燈節能控制系統中，在控制系統中還需加入通信功能，使得供電電壓與實時天氣照明情況（陰雨天等特殊情況）及時反饋到中央監控系統，計算實時需求電壓值，實時反饋到控制系統中以靈活運用節能系統。

（五）多種電工參數的檢測

在多種控制系統的共同工作下，節能效果將會更加顯著。但是更多的系統意味著更復雜的線路和電器元件。

四、路燈節能控制的設計

（1）硬件設計。節能硬件設計主要包括單片機設計、時鐘電路、電工參數測量通道、鍵盤顯示電路和通信電路。

（2）軟件設計。軟件的設計主要集中在通過程序的設計來完成對硬件的控制，比如檔位的高低設置，通過分析電壓監控系統數據分析是否需要根據實時電壓而采取相應的降壓或者升壓效果。整個系統被分為分時分段模塊、電壓監控調檔模塊和實時顯示模塊。

五、結語

通過加入分時控制和電壓監控等系統，以及路燈節能控制的設計，使得路燈節能系統更加完善。城市路燈的節能高效節能不僅僅可以更加高效地利用電能達到節約能源的效果，還可以向市民們傳遞節能的理念，讓全民參與到節能中來，更加堅實地貫徹可持續發展思想。endprint