摘 要：在路灯节能控制与管理方面进行了探索，提出了一种分布式路灯节能控制与管理系统结构，阐述了该系统的工作原理、主要功能以及实际应用效果。
关键词：路灯照明 分布式 节能控制 管理系统
目前路灯节能控制主要方式有集中控制和分布式控制。集中控制的路灯节能器主要通过降低路灯电压来实现节能降耗，其电压下调空间十分有限。而分布式控制可以对每一盏路灯的电压进行控制，避免了出现首端电压高于额定电压的现象，在进入节能状态时，能保证每盏灯电压降低到200V，因此节能空间将比集中式大得多。分布式控制，也可分成孤立式和联网式两种。孤立的分布式控制由于不具备管理功能，系统维护的工作量非常大，而联网式则可大大方便系统的维护和管理，因此，本文着重介绍联网式分布控制与管理系统，提出了一种分布式路灯节能控制与管理系统结构，阐述了该系统的工作原理、主要功能以及实际应用效果。
一、分布式路灯节能控制与管理系统简介
分布式路灯节能控制与管理系统是一个计算机网络控制系统，主要用于路灯管理和节能控制。该系统由路灯节能控制器、路灯监控终端和路灯监控管理中心系统构成。路灯节能控制器采用分布式安装方式，控制每盏路灯，它是由路灯监控终端进行控制和管理，一条路灯由若干个路灯控制器和一个路灯监控终端组成，其通信方式采用有线，无线或电力线通信方式；一个区域或一个城市的路灯由若干条路灯组成，所有路灯的控制与管理均由工业控制计算机来实现，路灯控制终端与路灯监控管理中心的通信可采用GPRS/CDMA/Radio或有线通信方式。通过该系统，可以实现路灯数字化的控制、监测和管理功能。
二、分布式路灯节能控制与管理系统的组成
分布式路灯节能控制与管理系统由三部分组成：路灯监控管理中心、路灯监控终端和路灯控制器。路灯监控管理中心作为一个区域或一个城市的计算机路灯控制和管理中心，通过GPRS/CDMA/Radio或有线通信方式与分布在各地的路灯监控终端通信，实现区域或城市的路灯控制。路灯监控终端作为一个路段的路灯控制和管理单元，并通过有线，无线或电力线通信方式与每一个路灯控制器通信，实现路段的路灯控制。路灯控制器控制和监视每一盏路灯的亮、灭并与路灯监控终端和路灯监控管理中心构成路灯监控和节能监控系统，实现路灯节能以及控制、监测和管理的功能。系统的结构示意图见图1。
路灯监控管理中心配置有监控计算机、照度仪、GPS时钟、网络型GPRS收发器和移动专线网络接口、100M网络交换机、UPS电源以及激光打印机。软件配置包括了数据库管理系统和路灯监控和管理应用软件包。监控计算机按双机冗余方式的结构配置，以保证系统安全可靠的运行；照度仪用于检测城市光线照度控制路灯的开灯和关灯；GPS时钟用于接收标准的天文时钟，使监控系统的时钟与标准钟一致；控制中心通过网络型GPRS收发器和移动专线网络接口实现与远程路灯终端和路灯控制的通信。路灯控制终端与控制中心的通信方式可以采用GPRS/CDMA，也可以采用专用无线电台、光纤、电力线载波、卫星通信、有线/无线宽带以太网、Internet 浏览等，可以根据需要选择和组合不同的通信方式构成一个完整的系统。
路灯监控终端在该系统起到桥梁的作用。它是连接路灯监控中心与路灯控制器之间的必备设备。路灯监控终端可根据需求进行配置，一般由电量采集控制模块、电源模块、GPRS/CDMA通信模块和户外安装型机箱组成，采用嵌入式控制技术及大容量存储器技术，具有专用DSP电能测量计量芯片，并备有线、无线、光纤、移动通信（GPRS/CDMA）、以太网通信等接口。一般在每一个路灯变压器段配置一个路灯控制终端，路灯控制终端负责监控和管理每条路的路灯专用变压器（台变或箱变）及路灯控制器，通过该路灯控制终端，可以了解到其管理范围内的路灯状态及路灯控制器的工作状态。
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路灯控制器是本系统中实现路灯控制的基本单元，用来接收路灯监控终端发出的控制命令，并根据控制命令控制对应路灯。本系统采用分布式控制方式，因此，每个路灯杆配置一个或多个路灯控制器，用于路灯节能控制及路灯管理。图中GD60为一款路灯控制器。路灯控制器的数据传输媒介为无线双绞线或电力线，采用单片机控制技术，其节能方式可以采用串联电抗器限流方式或变压器补偿降压调功方式。
三、系统的工作原理及功能
分布式路灯节能控制与管理系统的工作原理是：通过系统的实时通信网络，以路面照度管理为目标控制路灯灯泡两端的电压或流过灯泡的电流，调节灯泡的输出功率，实现路灯照度“按需供给”，减少电能不必要的浪费。本系统节电主要通过以下几个方面：
通过合理地控制路灯的照度，做到在交通和人流高峰期，保持路灯的高照度，在夜深人静时，适当地降低路灯照度，减少不必要的电能损耗。
路灯配电系统是一个“长线配电系统”，电缆线路末端电压往往偏低，本系统的自动稳压功能可以有效地控制远端及近端路灯电压，保持其电压的一致性，减少电能的损耗。深夜电网电压普遍升高，一般可达到245V～250V左右，如此高的路灯电压将增加路灯电能的损耗，并且降低光源电器的使用寿命。本系统具有自动稳压功能，可以有效地降低路灯电压波动所带来的电压能损耗；
当电网电压升高时，灯泡的功率将增加，线路电流增大，线路损耗加重。本系统的自动稳压功能可以很好地控制灯泡的输出电压，当路灯电压升高时，根据变压器升压供电原理，本系统的稳压功能将降低线路电流，减少线路损耗；而本系统的电流调节功能则可以通过降低灯泡电流来减少线路总电流。
而本系统不但开发了具有电压调节功能的路灯控制器，而且还开发了具有电流调节功能的控制器，通过控制流过灯泡的电流，同样可以达到调节灯泡功率，在出现电网电压波动，线路和灯泡损耗大时，起到同样的效果；
通过安装在每一盏灯罩内或灯杆维修孔内的路灯控制器，可以实现对系统内每一盏路灯的照度进行控制，优化城市照度，减少不合理的电能消耗，实现按需照度的节能控制功能。系统采用分布式控制方式，控制每盏路灯的单灯控制器具有自动稳压和调压功能，可以克服线路压降造成灯具供电电压不均的现象，大大地降低变压器容量、空载损耗及系统成本。系统具备每一盏路灯的电流、电压、功率、功率因数等参数和开、关、坏灯等状态的监视功能，实现坏灯监测报警、参数越限报警和参数记录、统计、分析功能。系统通过控制通信协议，既可实现对路灯点对点的控制又可实现群控，具备每一盏路灯的开、关控制功能，可以对每一盏、每一组、每一路段、每一区域的路灯进行开、关控制。
由于系统具有网络管理与控制功能，路灯系统的开启可以采用程序控制，也可以采用照度与定时控制。采用照度时，监控中心安装有照度控制器，在雷雨天气时，当城市照度下降到设定的照度以下时，系统将自动启动路灯控制系统，保证城市的照度；采用定时控制时，GPS天文钟使系统具有自动调时功能，确保监控中心的时钟与标准时钟保持同步，并通过通信网络统一全系统的路灯终端和控制器的时钟。系统具有定时开、关灯、节能控制功能，定时时钟可以按日历进行校订，以保证开关灯和节能控制与城市所在的经纬度的日照时间一致。
系统的图形处理和显示功能，可以实时显示整个城市的每一盏路灯、每一个路段的运行参数、状态和报警信息，城市道路可以选用城市地图作为背景，实现对安装在城市道路上的路灯监视功能。所有的实时数据，电能数据、告警事件数据（开关控制、越限、开灯、关灯、坏灯告警事件等）均可选择为历史数据记录在历史数据库中，并可以对历史数据按分、时、日，月进行检索、计算和统计，也可以趋势图的方式显示指定的历史数据。 管理系统提供的管理员功能可以对历史数据记录库的数据进行库操作。系统具有24小时用电报表（功率总加、电压、电流、功率因数等）和亮灯、坏灯统计报表的打印，事件和报警记录打印，画面拷贝打印，历史数据打印等功能。
系统还具有路灯线路断线和线路带电防盗功能，当出现路灯供电线路被盗时，系统将通过路灯管理网络自动发出报警信号，并发送到管理中心及对应的手机上。
四、使用效果
本系统由广州普瑞电力控制系统设备有限公司成功应用于中山市博爱路道路照明系统等几十个工程中。电压控制采用该公司的专利技术，电压调节范围为220-60V，实现了系统的自动稳压功能和调压功能，通过对系统内任一盏路灯的照度实现控制，优化城市照度，减少不合理的电能消耗，节能达25%以上。
系统由于采用了分布式控制方式，既可以克服线路压降造成灯具供电电压不均的现象，又大大地降低系统生产成本和安装成本。软启动方式开启路灯，有效地降低电流浪涌对灯泡的冲击，提高路灯灯泡使用寿命3～5倍。该系统还采用了电力电子技术实现零电压零电流技术，有效地提高控制器内控制继电器的使用寿命,使其电气寿命接近于机械寿命,提高了系统的使用寿命。路灯控制器和路灯终端的运行温度-40℃——+80℃，平均无故障时间MTBF大于5万小时。
五、结束语
分布式路灯节能控制和管理系统具备完善的城市路灯监视、控制、管理、维护和统计分析功能，并可以根据实际应用的需要，扩展各种应用软件，实现面向目标的应用功能，对节能降耗、提高城市路灯监控和管理水平起到重要作用。其嵌入式ARM控制芯片和操作系统、数字无线路由传输技术、单灯控制的分布型网络结构、新型电力线通信技术、独创的路灯控制通信协议等代表着国际路灯控制和管理领域最先进的技术，引领着数字化城市路灯控制和管理系统的发展方向。