关键词:城市照明监控 单灯节能控制 扩频电力载波
单灯节能控制系统在城市路灯远程智能监控中的应用探讨1. 引言通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采用合理的控制线路，而由于各个城市在最初的设计规划时还没有出现上述问题，也就没有预留出相关的节能改造空间，同时在很多城市中那些已使用多年的老线路，存在着改造难度大、周期长、费用高等诸多问题。根据调查，我国小型城市晚上21:00后，大中城市00:00以后道路上行人与车流稀少，从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。采用单灯节能控制系统，可以根据道路的实时情况在不同时段对路灯实现多种节能操作，做到节能与精确到单盏路灯的实时监控。
2. 系统硬件组成路灯单灯控制系统由主站管理中心、集中单元和路灯灯盏内的单灯控制单元组成（目前采用照明监控终端作为通道完成二者的信息交互），而集中单元与单灯控制单元间采用电力载波作为通讯方式，系统组成图如图1所示：
图一 城市照明单灯节能系统组成
2.1 集中单元集中单元原理框图如图二所示，主要由485通讯电路、实时时钟、电力载波通讯电路、耦合电路、中央处理芯片组成。在集中单元中中央处理芯片通过485通讯电路与路灯监控终端进行通讯，这样就可以实现通过路灯终端与主站管理中心进行信息互换；而通过电力载波通讯电路与耦合电路共同作用向电力线上发送与接受载波信号，实现与控制单元的信息互换；而实时时钟可以帮助中央处理芯片记录各个事件或信息交换的时间。
图二 集中单元的系统结构图
图三 控制单元系统结构图
2.3 节能控制部分控制单元和节能电感共同构成了节能控制部分。
正常照明时这个节能电感处于短接的状态，即电流不经过节能电感直接进入路灯系统。根据电感的交流阻抗公式R=2πfL,式中L为线路中的电感量，因此当交流电路中传入一个电感后，线路的阻抗增大，再根据P=U2/R,当U不变，R增大时，P则减小，当我们需要路灯进入节能状态时，只要控制单元控制电流通过节能电感，整体系统就可以进入节能状态，图四是控制单元串入路灯系统后的电路图：
图四 控制电路示意图
图中，L直接与路灯系统连接，用于正常亮灯，L1挡和L2挡分别为一档节能和二档节能。
3. 路灯单灯控制系统在实际应用中的特点依靠低压电力载波通信技术发展起来的单灯监控系统，在实际的应用中拥有很多的优点：
3.1 单灯系统的安装由于单灯集中单元与控制单元是依靠在电力线上收发电力载波信号来实现信息交换的，因此在安装集中单元与控制单元时，不需要对路灯的线路进行任何的改造，只要确认电力线在物理上是连接在一起的就可以了。这样对于设备的安装提供了十分便利的条件，只需要将集中单元安装在路灯的控制箱中，控制单元安装在每杆路灯的灯杆中即可，大大减少了施工难度与施工周期。
3.2 自由、丰富的节能模式目前，全国各个城市都在响应国家号召，开展节能减排工作，城市照明也位列其中，但由于路灯位于城市的不同位置，为了保证市民的正常生活，路灯系统往往不能使用统一的节能方案，甚至在一些城市不同的地段可能也要采用不同节能方案，而采用一般的节能方法不但成本高，而且可能无法实现分段节能的要求。
但单灯节能系统则具有开灯、关灯、一档节能、二档节能的功能，而且每一个单灯控制单元分别对应一盏路灯或一个灯杆，这样就可以为整个路灯系统提供非常丰富的节能方案；比如在城市比较繁华的地区可以实行前半夜正常照明，后半夜该路段的所有路灯都进入一档或二档节能状态，而在比较偏僻的地方，人流与车流都更少，可以实行正常开灯后就立即进入一档或二档节能，在后半夜再实行隔盏关灯的节能方案；此外还可以实现单侧亮灯，单侧节能，甚至隔两盏亮灯等节能方案；而且在节能的同时，通过减少路灯的工作时间与合理的安排节能效果也可以有效的延长路灯本身的使用寿命，进一步实现了降低维护路灯成本的要求。
总之，只要将控制单元与路灯的对照表编排好，就可以充分发挥想象力实现非常丰富且自由合理的节能工作模式。
3.3 强大的路灯检测与报警功能在中国，目前的路灯光源中普遍使用的是高压钠灯，高压钠灯的平均使用寿命是6000到7000小时，按每晚要工作8~10小时计算，每盏钠灯大概能工作2年左右时间。各大城市路灯维护管理单位为了保证亮灯率、及时修复出现故障的路灯，通常采用派遣维修人员在夜间进行巡视的方法来处理，采用这种方法十分耗费人力物力，效率较低，且不能随时发现路灯系统中单灯补偿电容是否出现故障。单灯系统的控制单元可以在安装后采集路灯的电流、电压、功率以及功率因数等各项数值，根据这些数据对路灯的状态进行分析，并将采集的数据与分析的结果通过集中单元发往主站管理中心。如果路灯出现工作异常，比如路灯熄灭或补偿电容故障时，我们可以在几分钟内从远程的主站管理中心得到相应的报警，这样不但可以及时发现路灯系统中存在各种故障，也可以减少维修人员的夜间巡视，路灯维护上做到有的放矢，节约人力物力。
4.路灯单灯控制系统在实际应用中存在的问题及部分解决方法当然，就目前来说，使用电力载波的单灯控制系统在实际应用中也存在一些问题。
4.1 公用变压器对电力载波信号的影响首先，电力载波信号属于高频信号，而根据电感、电容的阻抗公式R=2πfL与R=1/（2πfC），可知线路中的电感与电容的阻抗并不是一个定值，它们是随着频率的变化而变化的。因此，当频率载波信号在线路上传播时，载波信号遇到电感就相当于遇到一个大阻抗，而遇到电容则相当于近似被短路，这些都是对载波信号的传播会造成极大影响的器件。就一般性的路灯线路而言，只要设备安装的正确，集中单元与控制单元之间一般是不会存在电感、电容之类的器件的。但目前在我国的有些城市，并不是所有的路灯线路都采用专用变压器来供电，部分比较老的路灯线路是和民用变压器结合在一起的，这就导致了低压线路上同时存在路灯和一些民用设施比如冰箱、洗衣机、空调等设备，而这些设备内部不仅存在大量的电容、电感等器件，而且他们的电机也会对电力载波信号产生很大的影响，因此如果要在使用公用变压器的路灯线路上安装单灯节能设备的话，集中单元与控制单元之间的信息互换将会非常困难，有时甚至信号只传播100米左右就消失了。虽然从理论上来说，可以在线路上安装阻波器设备，将民用电与路灯用电在高频范围上隔离开来，这样就可以解决民用设备对电力载波信号的干扰。但在实际应用中，公用变压器的线路十分复杂，路灯与民用设备的接头通常都很隐蔽，再经过长年的运行维护，线路难以理清，而且即使可以将线路查清，制作并安装一个大功率的阻波器也是不容易的，且要在不影响民用电与路灯照明的情况下来进行改造，实施难度很大。所以为了保证单灯节能设备的正常工作，一般不建议使用公用变压器的路灯线路安装单灯设备。
4.2 开关电源对电力载波信号的影响随着全国各大城市对节能减排任务的重视，很多地方开始对景观灯也提出了节能要求，而很多景观灯都会配备开关电源，这些开关电源在电力线上产生的高频信号对集中单元与控制单元的通信会产生较大影响。为了解决这个问题，可以根据电力载波的频率段制作一种空心电感作为电隔离器，并将隔离器安装在控制单元的输出端，在高频范围内与开关电源隔离开，就能解决开关电源对电力载波信号的干扰问题。
5.结语
路灯单灯节能系统在国内一些城市已进行安装使用，作为一种新型的节能控制方式，为城市的路灯管理带来新的变革。数字化、精确化的路灯控制与数据采集，在极大的提高路灯管理效率的同时也压缩了城市的管理成本，并使维护人员做到有的放矢，避免了夜间的盲目巡视，在节约能源、城市管理科学化、现代化方面，该系统有着十分广阔的开发利用前景。