基于WPLC通信技术的路灯智慧照明及节能管理系统 应立军

基于WPLC通信技术的路灯智慧照明及节能管理系统 应立军

摘要：本文在分析原有路灯管理的弊端的基础上，提出新的路灯智慧照明管理及节能系统的建设必要性，阐述了系统建设采用的先进技术、系统构成，系统功能及特点，用真实的数据分析节能情况以及系统应用所产生的经济效益和社会效益。

关键词：WPLC通信 单灯控制 按需照明 节能 互联网+ 1.前言

随着城市建设规模的扩大，城市的道路照明区域范围也增大了，照明灯具数量也成倍增加，而城市路灯控制方式大多采用在各路段开关箱内设置定时控制器，使各路段路灯到预定时间自动开或关的路灯控制方式，存在诸如无法分时段、精细到每个路灯控制，造成电力浪费；无法及时获取控制路灯执行的结果，导致巡视工作量大，故障处理效率低；无法自动采集所关心的路灯照明相关的数据；无法有序限制开关高压钠灯路灯时，对电网形成的冲击影响等弊端，这些弊端阻碍了推进城市绿色照明进程，浪费了电力能源，因此新的路灯智慧照明控制及节能管理模式迫切需要。

供电公司作为本地市政路灯的实际运行维护单位，针对传统路灯控制的缺点以及管理相对粗放、维护成本偏高、节能运行与照明质量难以平衡等问题，提出了基于WPLC通信技术的单灯控制方法，对灯杆进行单灯控制改造，搭建一套新型的智慧照明及节能管理系统，在满足城市路灯按需开启、关闭的基本需求基础上，实现绿色照明、照明节能以及加强城市照明运行维护单位日常工作监督管理，完善城市照明设施台帐建设，实现精确管理至每盏灯具的运行情况，并通过单灯控制进行灵活的按需照明，从而达到节能减排的目的。 2.系统建设

以整个城市路灯低压配电网为通信介质，采用WPLC通信技术、GPRS技术、计算机网络技术、自动控制技术、新型传感技术、自动检测技术、地理信息技术等，基于互联网+的云部署模式构建系统监控平台，对路灯照明进行网络远程智

能监控，实现对路灯远程遥控、遥测、遥信，以提高电能利用率，达到节能目的。 2.1.系统构成

系统以GPRS无线通信为主干网，以WPLC广域电力线载波通信为二级子网，通过路灯原有电力线通信，无须单独布线；系统主要有四部分组成：单灯控制器、集中控制器、通信网络和集中控制平台；系统可以根据照明线路的具体规模和需求情况进行调整，组成适合本地需求的个性化管理系统。 系统结构如下图所示：

2.1.1.集中控制器

集中控制器安装在路灯变压器的低压侧上，由CPU、通信模块

（GPRS/GSM/CDMA/WCDMA/有线网络）、WPLC模块和LCD显示屏等组成。通信模块负责完成与集中控制平台之间的通信和数据传输，WPLC模块负责完成与单灯控制器的通信和数据传输。集中控制器根据经纬度计算当地的日出和日落时间，自动执行开、关灯动作；可以设置亮灯策略，并将亮灯策略下发，具有电缆断线报警、灯具异常事故接收、单灯控制器故障检测等功能；集中控制器提供标准的485通讯接口，可以与具有485通讯接口的电能表连接，进行远程抄表。 2.1.2.单灯控制器

单灯控制器是系统中单灯控制功能、自身检测功能和路灯检测功能的执行者，安装在灯杆维护孔内。单灯控制器的主要功能有：灯具异常检测上报、灯具关闭异常检测上报、单灯控制器故障报警阀值设置、执行照明策略、控制照明灯具的开关灯；定时查询和管理照明设施的工作状态；单灯控制器接受集中控制器下发的控制指令，执行指令，并将执行结果和相关信息反馈给集中控制器。

单灯控制器和集中控制器之间利用WPLC通信技术，在电力线上进行数据传输通讯。

2.1.3.集中控制平台

集中控制平台功能主要有监测、控制、告警、能耗分析、报表、管理等功能。平台采用云部署的部署方式，方便管理人员接入互联网的终端，随时查看和管理当前管辖的照明线路的运行情况。 集中控制平台主要功能如下表：

2.2.系统特点

（1）WPLC通信技术

WPLC通信技术是以配电线路为介质，无需布线，无需任何桥接措施或中继设备，具有传输距离远，无需建网、组网，无后续费用，不受地形限制，不受电网分布参数影响，通信可靠性高等特征。

（2）互联网云管理

系统采用基于互联网+的云平台部署，方便管理人员接入互联网的终端，随时查看当前管辖的照明线路的运行情况并可根据实际需要对照明线路的设备进行远程控制变更其运行状态，或变更当前执行的照明方案。 （3）精细化管理

可以针对每个单灯进行亮灭灯管理，其灵活性可以满足实际运行过程中的照明需求。例如在路灯故障检修时，可以只打开某一个故障路灯进行检修，而不必打开整条线路上的路灯。 （4）按需照明

在满足照度标准的前提下，通过智能开关灯方式，为不同的路段提供不同的照明需求，减少过度照明，从而节约了大量的电能，实现了良好的节能效果。 （5）实时运行状态监测

系统实现对每盏路灯的监控，准确判断光源工作状态，将“人工巡检”改为“值班等待报警”的维护方式，减少了巡检次数，降低了维护成本，提高了维护效率。 （6）减少电网浪涌

实现单灯控制后，采用每杆或每灯渐开渐灭的策略，避免了原来集中开关灯时对电网瞬间造成的冲击，减少了因路灯造成的电网浪涌，保障电网能安全稳定运行。 （7）减少无功损耗

高压钠灯照明系统是典型的感性系统，一般在每个灯上都加上补偿电容，通过单灯控制器，可以实时监测每灯的用电情况，继而分析定位出过补或电容损坏的情况，从而优化电网参数，减少无功损耗。 3.节能分析及运行效果 3.1.节能率理论计算

某路上每个灯杆上均有1个150W高压钠灯和1个250W高压钠灯， 设一个灯杆全功率运行时的功耗为P，则

单开一个150W灯的功耗为: P * 150 / (150 + 250) = 0.375P 单开一个250W灯的功耗为: P * 250 / (150 + 250) = 0.625P

选取一个春、秋季典型的亮灯时段(晚18:30至第二天早晨6:30),共12个小时，则目前的运行策略中，每个灯杆在亮灯时段中均是全亮，所以每个灯杆每天的总能耗为12P；

为方便计算，我们把每天的亮灯时段分为2段进行策略控制，以23:30为界，则前半夜为5小时，后半夜为7小时，下面表格对比估算了几种典型运行策略的能耗情况：

从上表中可以看出，在不同的运行策略下，节能率在21%―47% 之间。 3.2.实际运行效果

选取一条典型路段，该路段隶属一个变压器台区，共有75基灯杆路灯，每个灯杆上2盏灯，一盏150W，另一盏250W，总功率为400W。

采用32.1中策略一执行，经实际运行测试，实际节能率和理论计算的节能率基本相符，节能率达到21%。 4.效益分析

4.1.经济效益分析

按照平均每天运行12小时进行计算，则：

每灯杆1年耗电量为：0.4kW * 12小时 * 365天 = 1752kWh 1个台区1年耗电量为：1752kWh * 75 = 131400 kWh 按平均节电率20%计算，则每年可节约电量：26280 kWh 按照每度电0.8元计算，则每年可节约电费：2.1万元。 4.2.社会效益分析

主要是从节能减排的角度进行分析，按照国家统计局及行业相关专家的测算，每发1度电折合消耗标准煤0.4kg，每燃烧1T标准煤，将产生： 二氧化碳：2.5T 二氧化硫：74kg 氮氧化物：37.5kg 碳 粉 尘：680kg

因此，对此台区进行照明节能改造后，如果每年节约电量 2.6万度，则节能减排量估算如下：

节煤量(折合标准煤)： 10T 减少二氧化碳排放量： 25T 减少二氧化硫排放量： 0.74T 减少氮氧化物排放量： 0.375T 减少 碳粉尘 排放量： 6.8T 5.结束语

基于WPLC通信技术的路灯智慧照明及节能管理系统，满足《城市照明管理规定》（住房和城乡建设部〔2010〕第4号令）等相关规定和要求；改变了原有的路灯控制只控不管的管理模式，摒弃了原有路灯控制的弊端；提高了路灯运行管理部门的智能运行维化水平；通过控制功能实现了对路灯的综合策略管理；数据处理功能收集大量运行数据为综合策略管理提供了决策数据支持；告警功能可以及时的发现生故障信息，第一时间发现问题提高了实效性；减少人员劳动强度，降低维护和运营成本，传统的人工巡灯工作变为系统自动巡灯，发现故障点及时报警；实现了“智慧照明、精细管理、绿色节能”的路灯管理控目标。