摘 要 本文主要介绍了临沂市路灯所积极探索城市照明节能监控新思路，在加大科技投入、完善科学管理上下功夫，设计研制了一套较为先进的城市照明节能监控系统，大大提高了工作效率，降低了能源损耗，节约了电费支出的经验。
关键词 城市照明 节能监控 主要功能 技术原理
临沂市城市照明节能监控系统由两大部分组成：一是节能系统，主要由各分站点的节电设备组成，通过智能稳压、提高功率因数和消除浪涌谐波等多种技术综合实现节电节能。二是监控系统，通过“五遥”（遥控、遥测、遥调、遥讯、遥视），实时监测远端智能控制设备和节电设备的运行状态，并接收有关报警信息、视频图像和节电数据。监控系统对节电设备的科学控制，并获得数据与信息管理系统共享，使监控、节能和管理融为一体，方便了管理人员进行数据分析处理。现简要介绍两大系统的主要功能和技术原理：
一、节能系统
（一）节电设备结构及节电原理
节电设备的系统原理框图如下：
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节电设备是以智能稳压、提高功率因数和消除浪涌谐波等多种技术相结合的节电节能产品。其工作原理是，通过“时控单元”、“主控单元”、“电压补偿单元”、“调压单元”和“输入、输出采样”，共同完成智能稳定照明电路电压的功能；通过“功率因数提升单元”来提高电路的功率因数；通过“浪涌抑制单元”和“滤波单元”来抑制浪涌、滤除谐波，最大限度地降低照明电路的电耗。可根据实际运行情况的需要，自行设置节能电压，对运行时间和方式进行编程。
节电设备的主机内部是由一系列特殊设计的线圈，按一定规则连接后固定在一个三柱式铁芯上制成。同时主机内部附有高次谐波分量（主要是3、5、7次）的阻波、陷波回路及相位调整线圈，能有效抑制电网的谐波干扰。由于各线圈所产生的磁通是由各相励磁线圈所产生的磁通交汇在同一个铁芯上，使得三相磁势得到平衡，因而输出电压得到平衡，稳定在所设定的工作电压上，实现电压整形，同时通过电感之间电磁相互作用，回收彼此反相的剩余电流和无功功率以最大限度的节省电能，吸收无效能耗。减轻了主供电回路的负担，增大了变压器容量的宽裕度，亦增加了线路的负荷使用容量。
1、调压稳压节电
调整电压的幅值来取得节电效果，即将用电设备的运行电压从U1调整为U2时，按公式P=U2/R 可得在纯电阻的照明、电热负荷中的节电率η为：η=ΔP/P1 = (P1- P2)/ P1 =1- P2/P1 = 1-( U2/U1)2
如果: U2=0.98U1 则η=4%; U2=0.96U1 则η=7.8%；U2=0.94U1 则η=11.6%; U2=0.92U1则η=15.4%。
因此，可视各地用户的具体供电电压幅值大小及负载情况来调整到合适的电压值以取得最佳的节电效果。
根据道路照度要求按时段稳定电压来取得节电效果，即节电设备可以智能控制照明供电电压，它具备无触点智能稳压功能，响应时间少于40毫秒。在黄昏开灯时，首先自动输出一个合理的稳定电压——第一节电电压210V（可调），来软启动光源电器，这样可减少约40％的启动浪涌电流; 正常运行后至晚上12:00（该时间可由程序任意设定）以前，光源电器就始终在这一节电电压下运行。当深夜电压偏高时，道路人车流量稀少，而照度要求可降低，于是节电器配电柜按设定的程序，自动输出另一个适合深夜照明的稳定电压--第二节电电压200V（四档可调），以达到更大的节能效果。在黎明前某一设定时刻，再将电压升至第一节电电压，并在指定的时间关灯。该节电器，仅智能调压稳压所实现的节电效果一般就可达25％～30％。
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图2 以路灯控制为例的节电效果图
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2、提高功率因数降低线损。
功率因数是反映设备的电能利用程度和合理使用情况的一项重要指标。功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质。目前常用的荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等气体放电灯，因其发光效率高而被广泛使用。但这些光源电器功率因数很低，一般在0.4～0.6左右。
节电设备内含“功率因数提升单元”，能根据电路中的负载状况自动调节功率因数，其净提升值为0.15（可根据用户需要，将功率因数净提升值升至0.25）。因此，同样的用电负荷，线路中总电流减少，总用电容量节省15％～25％，从而避免了因为功率因数过低而产生的罚款。同时，由于温度降低，光源电器使用寿命大大延长（温度每降低100C，寿命可延长一倍）。
3、消除电网浪涌谐波节电
浪涌瞬变会使一个用电系统的用电效率严重下降。在某一供电线路中，浪涌瞬变发生的频次为40000个/小时，瞬变持续的时间为100微秒，可导致8.05％的线路电耗增加。浪涌瞬变还会严重地影响感性电度表表盘的作用力矩和转速，使表盘发生阶跃式转快，其结果导致对一个系统总的用电量的过度计量，最高幅度可达30％。
由于采用一些电子镇流器产品，带来了大量的高次谐波干扰。它将造成电度表中的感应转盘产生额外的电磁转矩，如谐波分量达到20％，将会使电度表产生10%-15%的误差，给用户造成无谓的损失。
节能设备通过采用浪涌抑制元件、多重滤波器等技术，能有效抑制电网电路中的浪涌瞬变，滤除高频谐波，提高照明设备的运行效率，并能延长其使用寿命，具有节电和保护设备的双重功效。
4、降低三相不平衡度节电
消减三相电压的不平衡度可取得较理想的节电效益：在三相电压幅值相等时，一般三相电压是平衡的，其各相电压矢量也相差120°，但在三相电压不平衡时，则产生负序电压和零序电压分量。零序分量是指由于电压的不平衡产生电压中心点偏移导致的零序电压或电流分量，它产生振动力矩和增大线圈漏磁通消耗。本产品能将不平衡电压的程度消减因而可带来显著的节电效应。
5、降低启动电流及运行电流节电
感性光源电器灯具在起动时阻抗ZL极小，感性光源电器起动电流一般为（1.5～2.0）I，加入节电器后，等于接入了一定数量的等值抗阻ZF，可大大降低起动电流，同时可降低感性光源电器的运行电流，起到节电的效果。
二、监控系统
（一）基本功能
遥控：在监控中心，管理人员可根据当地开关灯时间设置系统控制路灯启闭，也可由系统根据经纬度自动设定的启闭时间进行控制。
遥测：管理人员可根据需要设定数据上报间隔时间，或随时要求上报数据，数据包括6路电压、18路电流、运行状态、有无报警等内容。
遥调：管理人员在监控中心可对所控制的路灯设施的运行参数进行调节、设定。
遥讯：采用联通CDMA 通讯方式与分站点定时通讯，上下传输数据、命令或者将报警信息发送到指定手机上。
遥视: 采用网通2M数字电路传输重要路段的实时监控图象，360度视角，图象大小可调，满足城市亮灯率、防汛等功能的及时响应要求。
（二）软件功能
1、大屏管理软件：对需要在大屏幕投影显示墙上显示的内容进行全面管理，安排各类应用显示的区域。通过简单的路径、图标或模板，实现窗口的打开、关闭、移动、缩放等应用操作。可对大屏幕投影显示墙的整体进行开关与指标调整等操作，并通过自动检测程序，了解系统的运行状态。可提供多级安全保障管理功能，设置多种操作等级或权限。
2、路灯监控管理系统软件：路灯监控管理系统软件的用户操作界面采用可视化、图形化的地理信息技术。在市区的地图上，屏幕显示行政区划、河道、街道、路灯、配电箱、专用变压器、前端监控设备、节能设备等有关信息。
实现路灯的计算机管理，对系统档案数据、运行数据进行系统分析和发布，包括：运行报表、事故报表、操作记录、控制点设备参数表等，系统具备权限管理和数据备份、恢复功能，终端地图位置和控制点设备、运行参数、运行数据相关联，可通过地图进行查询。所有重要操作均需要严格的人员密码及权限验证，防止非法操作，结合海量存储功能有详细的日志记录以备事后追溯。
监控系统通过对道路照明、景观照明的实时监控，变被动管理为主动管理，提高了整个路灯照明系统的安全运行水平和节能技术指标。实现了对城市照明遥控、遥测、遥调、遥讯、遥视的“五遥”控制。在安装了该系统前端设备的任何一路段的路灯如出现：白天异常亮灯、晚上异常熄灯、配电箱跳闸、电压电流出现异常、电力设施被盗等故障时均能准确、及时报警。同时还可扩展路灯维护车辆的GPS定位调度等功能。该系统投入使用后，路灯管理部门能及时掌握城市路灯的运行状况，科学合理地使用人力、物力，从而建立城市照明系统的长效管理机制，提高社会效益、管理效益、经济效益和环保效益。