变功率整流器和无线监控及远程控制组合使用系统.docx

变功率整流器和无线监控及远程控制组合使用系统第一章 高压钠灯改造现状及分析 随着国家节能减排工作的全面推行，开发推广应用高效照明装置，节约照明用电是当前政府要求节能减排工作中的一个重要环节，如何节约照明用电是每个路灯管理部门所面临的一个新课题。基于此，城市照明领域涌现了大量节能照明光源和大量的节电技术，如LED、LVD无极灯、节电器、单灯控制系统以及变功率调光系统等。由于道路照明强调功能性，照度、亮度、均匀度等指标要求较高，在目前环境下，LED、LVD无极灯等新产品取代现普遍使用的高压钠灯、金卤灯应用于主干道照明还有这样那样的问题，并且成本上面会增加很多。而立足于现有状况，在传统高压钠灯上挖掘潜力，也是我们进行道路照明设计的一个思路。目前主流的方式有两种：一种是通过软件设置，后半夜的时候开一部分灯，关一部分灯。 第二种是硬件上做更改，通过变功率电感镇流器来控制后半夜的亮度。变功率电感镇流器又称双功率电感镇流器，该镇流器全功率工作时，得到额定照度值，当在线路中接入一个控制装置，使该镇流器介入另一附加阻抗后，将灯的电流和功率降低到额定值的60%左右，使工作期间的照明系统节能40%。双功率节能电感镇流器与一般传统电感镇流器的区别在于3个基本参数：镇流器功耗限定的上限值，系统功率因数的最小值和最大启动电流。该镇流器在照明系统转换电路采用的常规电路组合分为振荡、分频、时基输出、功率开关电子元件和电源电路。两种方案的分析一，亮一隔一或亮一隔二的方式优势：只需要在原有的光源设施基础上增加单灯控制器，亮灯方式可以在软件上面做设置，不要做其他更改。成本上相对来说可以得到控制。劣势：虽然采取亮一隔一或亮一隔二的措施节电效果直接而且显著，但是这只能作为缓解电力紧张局面的权宜之计，因为照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降，对交通、行人安全、对维护社会治安产生不利影响，二，变功率电感镇流器调光优势：采用变功率电感镇流器将不会有这样的顾虑。在不降低道路交通安全性的前提下，根据车流量和人流量分为上半夜较多、下半夜稀少的情况，对照明系统进行功率转换。就是在道路交通繁忙的时候，使路灯运行在大功率状态；车少人稀时，照明系统功率自动转换，使路灯在60%的额定功率处运行，由此达到节省电能的目的。变功率电感镇流器的节能效果，不同的节能控制程序会产生不同的节能控制效果，按每天照明11小时，前5小时处于正常照明状态，后6小时处于节能照明状态。 因为路灯电源几乎都从公用变压器接出，而公用变压器为确保用电高峰时的电压，都把输出电压调到较高水平，每到下半夜用电低谷时，电网电压就会升高，有的高达240瓦以上，这时候就造成电能浪费。 对于原有道路照明工程，可采用附加型变功率镇流器进行改造，其特点是，对原灯具配套的镇流器不予更换，既方便改造施工，又降低系统改造造价。安装改良变功率镇流器，缩短变功率前的时间预制和减少变功率后的功率办法，提高镇流器的节能效果。可变功率镇流器方式，具有智能光源降压稳压调光技术的优点，也避免了智能光源降压-稳压调光技术的缺点，智能光源降压一稳压一调光技术，是将装置安装在路灯配电回路的起端，在前半夜控制路灯回路为全压，接近午夜时分，开始降低回路电压，在后半夜车稀人少时，进一步降低电压，值得推广。路灯系统的节能方式还有很多，使用变功率镇流器有助于道路照明系统合理用电，使路灯工程既满足其功能性要求，又能够实现最大限度的节能。路灯装上变功率镇流器，其功率可以由400瓦降至250瓦。在下半夜自动转入低耗能状态，既满足道路照明的要求又实现了节电，符合城市照明向“高效、节能、环保、健康”的“绿色照明”发展方向。劣势：成本上会相对有一部分增加，因为不仅需要增加单灯控制器，而且需要外加电抗器进去。至于用电量的监测，我们公司目前的路灯管理系统已经集成了电量监测板块，只需要通过增加我公司无线采集设备就可以随时采集电表的数据，上传到服务器。上海顺舟电子科技有限公司根据现阶段路灯管理部门的管理现状，综合路灯，景观灯建设、高杆灯的实际情况，以推广，改造和保证原有设备的安全性，达到灯光节能增效，提高照明智能化管理水平为宗旨。遵循整体规划、分步实施原则，建设城市智能路灯及高杆灯的监控管理网络系统。(以下统称城市照明集中监控系统)目前国内几种控制方式分析1、手动开关灯方式：适应小范围专职人员管理，如：宾馆、学校、医院等场合使用。国内路灯已基本取消此种开关控制方式。国外如：印度等国还在保留使用。2、光控开关灯方式：配电箱遍及城市的每个角落，而光控设备极易受环境、季节、天气和环境变化等因素影响、开灯和关灯统一性差，开关灯误差大，智能化水平低，不能控制半夜灯。不能应急突发事件（如：节庆日、接待参观等需要提前开灯任务）也极易造成巨大的能源浪费，增加财政负担。3、钟控开关灯方式：不能随时了解，钟控时间误差，不能及时校正时钟和修改开关灯时间。修改一次开关灯时间工作量大，人为因素极易造成开关灯时间不统一。其它缺点同光控开关灯方式一样。二，无线远程智能控制的可行性及现状 据有关环保部门统计数字显示，海口地区现约有路灯2万盏，年耗电费在1300万元至1500万元；每年西安市路灯照明的电费就超过1亿元；南京仅路灯的数量大约有20万盏，如果每天以平均开灯10小时计算，那么每年的电费至少在2.2亿元左右并且照明系统庞大而复杂，对各回路的漏电、触电、短路、跳闸，电缆和灯具被盗、破坏等现象不能及时发现，存在较大安全隐患。也无法对每个回路的电压、电流、功率等数据进行每天统计，不能及时快速地掌握灯光系统的运行状态。 针对上述的缺点及道路照明监控系统研究现状中提到的不足，顺舟科技,急领导之所急，想领导之所想，结合公司多年研发无线通信和路灯监控系统的经验，为城市道路照明开发出了一套更智慧化的灯光监控系统。这套灯光远程监控及控制系统，已经有很多照明及业主在使用这套系统，并且使用稳定，成功使用在：吉林某大学、青岛某港口、浙江某新能源路灯、上海大连路隧道、成都某电力局等项目中。为什么我们的zigbee无线单灯控制系统更稳定、更可靠？主要有以下几点1 在无线控制系统里面涉及到整个系统的稳定和可靠性，最重要的部分就是zigbee模块的传输，因为我们公司是04年开始zigbee无线模块的，是以吸引风险投资成立的科技型企业，公司主要从事无线通信技术产品的研发、生产与销售，致力于ZigBee、GPRS/GSM、Wi-Fi、1G以下（433-450M;470M-510M;779-787M;863-870M;896-928M）无线技术的研发和应用，顺舟科技，作为小无线通信领域的专业厂商，我们以专业的技术和良好的服务，为用户提供个性化的网络通信解决方案，是无线通信领域ZigBee/IEEE 802.15.4的引领厂商之一，已经广泛应用于各个行业，所以我们完全有信心能做好无线远程灯光监控系统。2 系统软件系统适用于 Microsoft 公司的 Windwos 8中文版操作系统，服务器采用Windows2003 Server/2008 Server。系统具有多窗口、多任务、多线程的特点。充分发挥计算机不断发展的硬件资源使最为先进的设计思想和技术得以实现，从而使程序运行快捷、稳定可靠。同时，系统提供了完备的中文环境。在此平台上开发的照明集中管理系统既能做到实时监控、任务处理，又有极好的友善的中文界面。顺舟科技的无线技术，不但可以帮助照明系统节省25以上的用电量，而且还让照明灯具的使用寿命得到了极大限度的延长，不仅帮助解决城市路灯照明经费问题，还可以帮助解决电力能源环保等相关领域问题。第二章 无线远程智能控制系统特点介绍 在系统各子网内路灯控制器通信采用ZigBee协议，无需通信费用，集中控制器是采用GPRS数传终端+ZIGBEE协调器，对子网内采用ZigBee协议与路灯控制器通信，对系统中心通过GPRS通信。该无线控制网络由GPRS网络和ZigBee网络组成，系统拓扑结构图如下图所示： 一、ZIGBEE控制系统拓扑结构图二、无线控制智能路灯管理系统的组成单元：主要分成以下四个部分1、路灯控制器(SZ10系列) 主要功能有：控制路灯开关、亮度调节、电流采集、电压采集、计算功率以及功率因数等。单灯控制器分为模块式（内置灯具中）和外挂式（可内置灯杆中），分别满足路灯企业和工程商的使用需求。2、集中管理器（ZigBee协调器+GPRS数传终端） 主要功能有：接收和发送子网内的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。它负责控制子网内的路灯控制器运行，将系统中心的命令下达给路灯控制器，将路灯控制器及线路信息反馈系统中心。子网控制器处于系统中心和各子网内路灯控制器的中间，向上通过GPRS方式与系统中心通信，向下则是通过ZigBee通讯协议方式，同各个路灯路由器通信。 3、系统中心（计算机系统） 系统中心主要实现通过系统控制软件对不同子网下的路灯控制器进行远程数据访问和控制，包括参数配置，控制命令发送、现场灯具状态收集等。能够显示路灯状态（亮度、电压、电流、功率和功率因数）信息，能够远程控制路灯的开关和调节路灯的亮度，可以实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。 4、移动控制终端（GPRS数传终端） 用于配备路灯管理和巡查人员，使得路灯管理和维护更加方便和快捷。 采用这套先进的路灯无线控制智能管理系统，可以对城市的路灯实施统一启闭，对夜间照明系统和路灯的实时监控和管理，确保高效稳定，全天候运行，控制不必要的“全夜灯照明”，有效节约电能消耗。对于城市公共照明系统来说，采用智能化的管理系统是实现能源节约、减少资源浪费、满足人们生活要求、显示现代化城市靓丽风景的科学解决方案。 为达到最好的可靠性和安全性，无线控制智能路灯管理系统中ZigBee控制器的路由深度为18级，每个单灯控制器继有路由功能也兼有终端功能，因此最多500多盏路灯组成一个ZigBee子网。三、无线远程智能控制系统可以实现以下功能(1)自动巡测功能：系统中心可以自动巡测每路路灯的开关状态。 (2)数据采集功能：采集电流电压、电量、功率因素等数据，做如下动作： (3)节能评估：方便客户进行有功功率，无功功率的计算,为节能评估打下数字基础； (4)过载保护：通过采集到的数据进行处理判断，保证负载处于合理范围内。 (5)空载保护：如果采集到电流小于门限值，则不允许进行开灯操作。 (6)控制功能：系统中心可以随意开关任何一路路灯或开关自定义群组的路灯。 (7)自动控制功能：现场按预先设计好的时间计划自动调节路灯开关时间。 (8)报警功能：将过去的巡逻式维护报警改为预防式等待报警，这样系统中心可以得到第一手资料从而迚行调度协调。故障出现后，系统中心可以准确获取故障灯的位置信息，工作人员可以在最短时间内赶到现场迚行维护。通过采集电力线的电流、电压值，通知系统中心，从而进行防盗处理。 (9)显示功能：可以根据GIS电子地图上显示每路路灯的开关状态及其它重要信息。 (10)数据存储功能：可对路灯安装和时间、地点、运行参数、工作时间等用户关心的信息进行记录存储。 (11)数据查询功能：系统中心可以通过互联网查询任意时间段每路路灯数据信息。 (12)报表功能：可以生成电流、电压、功率因素、亮灯率、开关时间的分析曲线和报表。 (13)远程维护功能：进程网络维护，控制模块具备远程参数设置和维护功能。 (14)拓展功能：如调光控制，配合LED调节灯光亮度，在不影响照明前提下，达到最大节能效果。系统可自由增减路灯控制器的数量；路灯控制器可以扩展其它功能，配合其他节电控制技术进一步降低路灯能耗。四、ZIGBEE智能照明-应用图第三章 项目实施概要项目实施主要分成以下三个部分一、 安装单灯控制器单灯控制器分为模块式（内置灯具中）和外挂式（可内置灯杆中），分别满足路灯企业和工程商的使用需求。模块主要是用来客户自己开发单灯控制器，或者客户集成到他们的设备/驱动电源里面，需要一定的开发周期和一定的时间使用去验证方法的可行性。所以此次项目我们推荐直接使用外挂式单灯控制器SZ10-R1A-2KM。安装要注意以下几点：1，天线尽量引到离地面2-3米的高度。2，天线与天线之间尽量平行可视。3，天线尽量不要放在金属壳子里面。4，控制器的负载控制在1500瓦以内。二、 安装集中管理器主要功能有：接收和发送子网内的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。它负责控制子网内的路灯控制器运行，将系统中心的命令下达给路灯控制器，将路灯控制器及线路信息反馈系统中心。根据接口类型可以分为以下几种1， SZ10-GW-R4A供电：AC 单相220V/三相380V DC 5-24V 主要功能一、可实现对三相电或者单相电的电流（三路） 电压（三路）、有功、无功、功率因素、温度等数据的采集；具有四路回路开关控制。二、接收服务器下发的定时策略存储在本地，上报服务器所要查询的数据；可实现本地或者远程的查询与配置；同时可实现策略的查询、修改；也可进行手动实时控制命令和查询命令。有线：具备RS232/RS485/以太网通讯接口预留USB接口和工业CAN总线接口。 无线：带有ZIGBEE/GPRS/3G/WIFI的两路上行（到服务器）和两路下行（到 终端路灯控制器）的接口；同时可直接集成这些无线通讯模块。三、人机交互： 具有记录显示时钟日历信息（可定时查询、控制，有效记录数据的时间） 存储（可存储策略历史、历史数据），网关自带大容量FLASH和RAM存储 LCD显示屏（可选择自己想要显示的信息），彩屏带背光按键选择控制（方便进行配置，菜单选择查询查看信息，选择发送策略） 四、异常情况蜂鸣器报警（可自己设定告警的上限值和下限值，查询到有异常数据信息时告警）智能功能：通过结合多种传感器（温度、雨雪、光照）等来自动分析当地的天气状况、环境状况自动控制灯的开关、亮度。（预留功能）：手机短信异常数据告警；智能手机通过WIFI访问嵌入式 五、具备6路数字量/模拟量的传感器数据的输入采集、开关量的输入/输出、PWM 控制信号的输出。2， SZ11-G3是以上产品的精简版，只是负责把zigbee中心的信号通过串口传输给GPRS，由GPRS传输到服务器。3， SZ02设备串口应用灵活：RS232/485/USB/NET数据接口，最高波特率115200；发送模式灵活：广播发送或目标地址发送模式可选；节点类型灵活：中心节点、路由节点、终端节点可通过跳线选择；组网能力较强：星型网、树型网、链型网、网状网；网络容量较大：16信道可指定或自动选择，255个网络ID任意设置；超低功耗选择：控制SLEEP引脚，进入或退出低功耗模式；单帧最大数据：256字节；三、 智能照明管理系统介绍1、操作系统 系统适用于 Microsoft 公司的 Windwos 7中文版操作系统，服务器采用Windows2000 Server/2003 Server。系统具有多窗口、多任务、多线程的特点。充分发挥计算机不断发展的硬件资源使最为先进的设计思想和技术得以实现，从而使程序运行快捷、稳定可靠。同时，系统提供了完备的中文环境。在此平台上开发的照明集中管理系统既能做到实时监控、任务处理，又有极好的友善的中文界面。2、架构方式整个系统采用客户机/服务器和浏览器/服务器相结合的组网模式，由数据服务器、通讯服务器等多服务器和多个应用工作站就地组成局域网。动态的负载平衡能力，可以令系统时刻保持最优的性能。还可以通过Internet经过身份验证后进行远程数据查询和控制的。3、软件的开发工具本系统采用Visual Basic作为上层开发工具，底层动态库采用C+语言编写，抢占式多线程多任务运行方式。基于COM技术，采用分层的模块化结构，层次接口明晰，以后对各个模块的维护和更新不会影响到其他的模块。在整个照明集中管理系统的设计中，还运用了多种著名应用软件在不同领域里的特长，如应用ADOBE公司的PHOTOSHOP专业图形制作软件进行图形设计，应用3D MAX进行三维制作等等，使用户界面更加精美。4、软件结构与特点系统软件的主要目的是向用户提供友善的人机接口和高级管理功能，配合硬件使各种繁重、复杂、重复的工作在极短的时间内自动完成。路灯监控管理系统的软件完成了系统各模块间的总级联和总管理。计算机根据值班员的意愿，不折不扣地完成各项任务。5、开放的数据库接口系统数据库采用微软的SQL Server2000，提供强劲的数据存贮和快速查询支持，使用一系列相互协作的组件，更富有成效的管理系统数据。开放的数据库接口，可方便的与第三方厂商的MIS、EMS进行挂接，还可以通过Web服务器对监控系统的各种实时数据和历史数据进行远程浏览查询。6、友善的人机界面和高级管理功能系统软件适用于Windows98/NT/2000/XP/7平台，简便易学。整个操作过程中几乎不必用键盘，只用鼠标点击即可，非常适用于一般的操作人员掌握。网络化信息管理与数据共享。采用实时数据库和历史管理数据库相结合的管理模式。采用开放的数据结构，管理人员可以通过系统网络链接成为分控终端，方便查询系统运行数据，并可与常用的数据库如FOXPRO、ACCESS、EXCEL等直接接口，以实现广泛的数据共享，还可以通过Internet对中央控制室数据进行远程调阅。7、实时/历史数据图表提供各分站的一次接线图，实时显示RTU的运行电压、电流、亮灯率、运行状态、开关状态等。同时可以查询或打印分站的历史运行数据如电压、电流图、亮灯率直方图等。8、亮灯率计算系统会根据每个分站的运行电压、电流、有功功率和功率因数等自动计算并存贮亮灯率，同时会计算出系统的实时总亮灯率，显示在主窗口上。策略控制 系统可根据用户的设置，实现节假日及每月，每周，每天，每时段的自行亮灯方式，策略可保存可重复到指定日期。9、系统身份登记管理计算机操作人员可以分等级，设定有自己的密码及值班记录，只能完成权限范围内的操作，权限范围以外的操作将被屏蔽禁止。?超级管理员超级管理员administrator，只有使用此身份登录才能完成对系统的全面设置及管理，包括系统系统参数设置、分站参数设置、增加及删除站点、布置灯组等。因此，超级管理员是指