节能型智能照明控制系统.docx

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节能型智能照明控制系统

城市路灯智能管理的“总司令”——

节能型智能照明控制系统

——Nature2000远程监控系统

国家发明专利（专利申请号：

02137581.X）

国家实用新型专利（专利号：

ZL200420021413.X）

单灯节能控制，城市路灯节能的终极理念！

集中统一管理，节能和智能管理的新时代！

一、市场背景

　　我国政府根据国内经济和能源发展状况制定了"开发与节约并重，把节约放在首位"的能源发展战略。

温家宝总理也在2002年11月26日在国办秘书一局《专报信息》第656期“我国政府机构节能潜力巨大”一文上批示：

　　“马凯同志：

这篇专题调查所列数据触目惊心。

我国政府机构电力能耗接近全国八亿农民生活用电总量，能源费用开支一年超过800亿元。

单位建筑面积能耗和人均能源消耗总量远高于发达国家水平。

这充分说明我国政府机构节能潜力巨大，急需把节能工作提上议事日程。

政府机构节能涉及建筑节能改造、政府节能采购、改善节能管理等许多方面，需要由有关部门综合研究制定节能规划、措施和制度。

”

　　据有关统计资料显示，800亿的政府机构电力能耗中，公共照明部分能源支出占280多亿之巨，其中路灯照明能耗占30%以上；目前国内城市道路照明的总灯数约400万只（套），加上高速公路、工矿企业、机场、码头等非市政照明灯具约100万只（套），总数超过500多万只，并且每年以10%以上的速度递增。

。

因此，道路照明节能已刻不容缓。

　　为节约开支，国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的控制方式，其中的弊病不言而喻——不仅导致了路面照度分布不均，给治安和交通安全埋下了隐患，而且加剧因后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损，因此是十分消极的节能方式。

当发达国家已在实施“恰到好处的照明时间和照度水平”的今天，我们这种路灯管理就显得太落后了。

另一方面，城市亮化工程已成为城市的名片。

各地都把城市夜景照明建设作为改变城市面貌、改善投资环境的重要手段，由此而来的电费和维护支出也惊人的。

现代化的城市要求她的夜晚越来越明亮、越来越美丽，付出的经济代价也越来越沉重。

　　为了缓解矛盾，国内不少路灯管理部门一直在寻求解决方案。

一些大中城市各自开发安装了“城市路灯照明无线监控系统”，对提高城市路灯系统的控制管理水平发挥了积极的作用；有的城市还在积极探索路灯节能的技术和途径，包括采用省电机、调压设备、无功补偿器、电子镇流器等技术手段，但依然无法解决普遍存在的一些问题。

　　鉴于此，我们推出了“Nature2000节能型智能照明控制系统”，以其独创的“单灯智能化节能控制”技术，成功的解决了传统的城市道路照明系统普遍存在的能源消耗过大、管理维修困难、只能控制到路灯回路、亮灯率计算不准、电压过高、过低影响灯具寿命等重大难题！

▓关于路灯及景观灯管理与维护的若干问题

长期以来，市政相关部门对于路灯及景观灯的管理和维护而感到较为困扰的问题其具体表现在哪些方面呢？

1、财力、物力、人力投入逐年上升

　　开关灯控制大多采用普通定时器来控制，随着季节的变化，需要人工定期调整时差，特别是在公园的彩灯、景观灯等，因为它具有观赏性和表演性，更需要有灵活机动的开关控制方式，因此一年四季需要投入大量的财力物力人力去跟踪与维护；

2、发现故障的及时性与排除故障的快速性不够

　　目前的情况是，虽然大多数市政都投入了大量的人力物力，但依然遭到市民的投诉，为什么呢？

就是路灯或者景观灯发生故障时，没有及时发现故障与排除故障；

3、路灯及景观灯等照明设备的照度控制不够完善

　　当前大多数市政工程，其控制都为一级控制，分全夜灯及半夜灯（有的地方只有全夜灯）试想，当时段进入下半夜，行人与游客渐渐散去的时候，试想会造成多大的浪费！

4、人为资料记录比较散乱，容易出现漏洞

　　由于市政路灯及景观灯工程的庞大性与复杂性，势必造成其资料记录的多元性，比如每个点目前的电流电压值如何？

当前设备（交流接触器，熔断器等）运行情况如何？

运行时段如何？

是否合理与完善？

………等等这些资料与信息都得不到适时跟踪！

安装“Nature2000节能型智能照明控制系统”后，以上的问题就迎刃而解了！

采用“Nature2000节能型智能照明控制系统”来管理城市路灯照明系统，以达到节能增效和长效管理的目的。

二、系统概述

　　“Nature2000节能型智能照明控制系统”依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制的最优控制方法，实现对路灯照度的动态智能化管理，即TPO管理（Time／Place／Occasion）。

其基本思路就是：

在道路交通繁忙的时候或特殊的地点、场合，道路照明的要求标准较高，控制路灯保持较强的照度；而接近午夜时分，在车稀人少或不需要高标准照明的地点、场合，控制路灯降功率运行，在保证道路交通安全要求的前提下，降低道路照明的照度。

它的主要优点就是在调光的同时，明显降低耗电量，节约有功功率，把原来浪费的能源节省下来。

其降功率节能运行在光通量减少不大于50%的前提下，节能可达30%以上。

　　“Nature2000节能型智能照明控制系统”由控制中心（包括控制设备、服务器、大屏幕投影显示设备等）、智能控制终端（RTU）、节能路灯控制管理终端（LCM）、路灯单灯节能控制器（LCU）及通讯系统等组成（参见图一）。

　　“Nature2000节能型智能照明控制系统”中采用的单灯降电流控制技术，符合国际上路灯照明节能的最新技术发展趋势，在市政道路照明、城市亮化、大型厂矿企业照明、油田空港照明等方面具有广泛应用，实现长效管理和节能增效的目的，使城市道路照明迈进智能管理和节能并举的新时代！

系统组成图一：

三、系统主要功能

1、节能

　　TPO动态智能节能运行管理：

可根据用户预定要求进行编程，实现每天路灯开关灯及降功率运行时间计划，并按预定计划运行控制每一路段路灯照明功率及照度输出，实现“按需照明”，避免照明浪费，节约照明能源及资金。

　　独创的单灯降电流技术：

以获得国家发明专利（专利申请号：

02137581.X）及国家实用新型专利（专利号：

ZL200420021413.X），采用该技术进行节能，对光源及照明电器设备使用寿命无影响，对电网无干扰，对环境无污染，真正实现既节能又节钱。

2、监控

　　统一开关灯控制功能：

对路灯及亮化照明无条件进行遥控开关灯控制，或根据时控及时控加光控相结合方案自动开关灯遥控。

　　五遥及亮灯率计算功能：

系统具备遥控、遥测、遥调、遥信、遥视功能，可实测现场电流、电压、电能等数据，实时自动监控和控制，并可进行精确亮灯率计算。

　　远程多通讯任选功能：

采用无线专网、GSM公网的GPRS、CDMA、SMS、光纤等多种通讯方式任意选择。

系统具有中继路由功能，可扩展无线通信系统的覆盖范围。

　　具有自动报警功能：

能做到主动报警，对各类故障报警、盗窃报警及时有效。

　　高度可集成性功能：

可与路灯电缆防盗报警系统、道路照明视频监控集成控制系统、路灯地理信息系统、呼叫中心系统、GPS车辆定位调度系统等系统进行互联、集成设计的接口，在需要时可方便与其进行集成、互联。

　　系统日常管理功能：

用户分级权限管理，历史数据存档，日常事件记录，各种路灯行业管理报表的生成、管理功能。

系统组成图二：

▓Nature2000节能型智能照明控制系统的独特优势

1、城市路灯管理真正实现智能化

　　设立监控室，统一开关灯控制和管理：

针对不同的照度要求，预置不同的照度控制数据模型；

　　多通讯方式（无线数传、GPRS、USSD、光纤）任意选择；

　　监控与节能整体设计、无缝对接；

　　系统模块化设计，联网和非联网任选；

　　控制可以到回路，也可以到单灯；

　　电缆防盗智能报警。

系统国内独创：

亮灯率统计

　　按规定：

大城市亮灯率要达到97%，中小城市要达到95%；城市道路装灯率要达到100%，公共区域装灯率要达到95%；主次干道的亮度指标应满足设计标准值的要求。

2、通过先进的智能管理科学、安全地节能

　　根据不同时间段所照明道路的行人和车辆流量、治安和交通的安全性等因素，实行分时段控制，合理调整路灯的运行功率。

真正实现道路按需照明。

3、环保性

　　降电流节能技术对电网工作电压无影响，从根本上杜绝了路灯自熄的可能性；

　　对电网不产生谐波干扰；

　　对环境无电磁污染；

　　不影响灯具及光源的使用寿命，真正做到既节能又节钱。

四、系统主要产品组成

1、控制中心

Nature2000控制中心由中心控制管理计算机、数据库服务器、无线通讯基站、光照度计等设备及中心管理软件组成，负责管理、控制整个系统内设备的运行。

中文Windows操作界面，方便友好。

2、远程智能执行终端（RTU）

　Nature2000智能执行终端（RTU）采用以军用微处理器组成的电脑控制板为核心，配以各种功能模块组成的符合工业控制标准要求的设备。

以工控级工作环境-35℃--+85℃，实现各种数据的实时采集：

电流、电压、电功率等；开、关灯控制及状态、故障上报功能；无主站通讯中继功能；多种通讯接口，扩展连接方便；配有三合一电源，带蓄电瓶，停电后可继续工作。

3、路灯前端节能控制器（LCU）

　　Nature2000路灯前端节能控制器（LCU）是我公司独创的具有国际领先水平的路灯“单灯智能节能控制器”，它具有以下功能特点：

可联网应用或独立应用；

独立应用时，可按预定时序进行降功率运行，以达到节能的目的；

可直接接收控制中心命令或按预定设置时间对单灯进行开、关及降功率控制；

节能达30%以上；

状态上报及故障报警功能；

数据通讯稳定、可靠，误码率低，抗干扰强；

系统安装施工方便，不需另布控制信号线。

4、路灯电缆防盗报警控制器（LAU）

LAU按工业控制级现场控制器标准设计，具有以下功能：

有联网通讯的扩频电力载波接口，保持对RTU（LAM）通讯控制的响应。

每一台LAU都有一与回路编号对应的独立地址。

控制中心可按需要随时检查该回路电缆及LAU通讯状况。

采用扩频电力载波通讯技术，具有对电网环境无污染及其他不利影响，同时抗电网干扰能力强。

自备蓄电池，可24小时工作，全天候防范电缆被盗。

220伏交流供电，自身耗电功率小于2瓦

系统工作方式：

1）系统控制中心可通过无线通讯方式与路灯远程智能监控终端和亮化照明远程智能监控终端进行连接。

无线通讯采用多通讯方式任选。

2）系统由控制中心系统监控管理软件统一调度、管理，完成系统预定各项功能，包括：

路灯、亮化设备统一开关灯控制、前端设备故障检测、路灯降功率控制，路灯亮灯率计算、运行管理报表处理等。

3）路灯/亮化远程智能监控终端RTU接收控制中心命令，直接控制其所在地点的路灯/亮化点的开关。

并采样现场总回路、各支路电流、电压等信息，并按照约定，在控制中心查询该站点时，将以上各种数据发送到控制中心。

RTU内存储有路灯/亮化点运行的工作参数及每天开关灯数据，在通讯意外中断时也可脱离中心自主开关灯，保证路灯/亮化点正常工作。

4）路灯远程智能监控终端RTU留有RS-485接口与远程电表计量、路灯节能控制系统、呼叫中心系统等集成、联网。

5）系统在主要、重要地点可安装视频监控摄像机，通过微波视频传输系统，将前端视频图像信息传送到控制管理中心。

同时，控制中心也可控制前端图像的观察视角、方向、变焦等参数，并可将前端图像画面分割、录像存储、回放等。

6）路灯单灯控制器管理终端（LCM）控制管理本路灯箱站内所有安装的节能型路灯单灯控制器（LCU），定时查询、管理LCU通讯及工作状态。

对于与“路灯智能照明控制系统”联网工作的“节能控制系统”，LCM通过RTU接收控制中心的各项控制命令，并上报LCU工作状态信息。

LCM接收到来自控制中心的节能控制命令后，将命令发送到LCU，监控LCU命令执行结果，保证实现系统所设置的节能、控制效果。

系统节能控制程序由控制中心软件统一编制、执行。

对于独立使用的路灯节能控制系统，用户可预先将节能控制程序编制在LCM中，由LCM通过扩频电力载波通讯控制LCU按预定的程序执行节能控制。

LCM与RTU之间采用RS232/485方式、ModBus协议通讯、LCM与LCU之间采用扩频电力载波方式通讯。

7）节能型路灯单灯控制器采用降电流技术实现降功率运行，该项技术是目前国际照明界公认的在降功率节能的同时对电光源寿命无不利影响的技术。

8）系统控制中心可选择大屏幕投影显示系统进行控制中心关键图形、图像信息显示，操作人员可对投影显示进行操作，方便对关键图形、图像信息及突发事件信息的全方位掌控、处理。

9）系统可通过与电话呼叫中心集成，完成电信平台对系统的控制处理。

用户可以通过移动或固定电话，通过相关的用户及密码管理后，控制、查询路灯站点工作状态，系统也可将必要的状态信息，如设备故障等，以语音、短信等方式发给特定的用户。

10）系统可通过Mapinfo平台与城市路灯地理信息系统集成，可很方便地使用城市路灯地理信息数据。

系统集成设计：

1.与远程电表计量集成应用设计

　　远程电表计量可采用两种方式：

1）脉冲输出计量表；2）RS-485输出电子计量表。

我公司提供的路灯远程智能监控终端RTU同时具有脉冲输入计量表功能及具有RS-485硬件接口及符合ModBus协议标准的远程电表计量集成功能。

控制中心软件按需要通过对应的RTU设备获取相应的电表计量数据。

2.与路灯节能控制系统集成应用设计

　　专利产品“节能型智能照明控制系统”将路灯智能监控系统与路灯节能控制系统合二为一，实现无缝连接。

路灯节能控制系统包括：

节能路灯控制管理终端（LCM）、路灯单灯节能控制器（LCU）、降功率节能电感及通讯系统等组成。

其中LCU安装在路灯灯杆的底部或顶部灯罩内，LCM安装在路灯开关控制箱站内。

3.与路灯电缆防盗系统集成应用设计

　　路灯电缆防盗系统通过安装在路灯开、关控制箱处的报警控制箱和安装在每回路末端的路灯电缆防盗控制器，24小时监视路灯电缆的通、断情况。

路灯电缆防盗报警控制箱与路灯远程智能监控终端RTU通过RS-485硬件接口进行符合ModBus协议标准的数据通讯，将路灯电缆信息及时传输到中央控制室。

4.与呼叫中心系统集成应用设计

　　呼叫中心系统是一个独立的系统，它主要完成以下功能：

1）用户可通过该系统使用电话系统（固定或移动）查询或控制路灯系统工作状态；

2）路灯监控系统可通过该系统将路灯工作状态通过语音或短信通知到指定的用户。

路灯智能监控系统原则上可通过TCP/IP网络应用协议与呼叫中心进行集成、互联，实现系统资源共享及互操作，实现呼叫中心所具有的功能。

5.与路灯远程视频监控系统集成应用设计

　　路灯远程视频监控系统通过视频信号采集、传输、处理、在控制中心显示由安装在道路上的前端摄像机采集到的视频信号。

通过路灯远程视频监控系统控制中心管理人员可清晰、准确了解到道路的照明情况。

路灯智能监控软件可根据不同的情况，通过底层视频监控系统通讯控制协议直接或视频监控系统管理软件间接与路灯远程视频监控系统集成实现系统资源共享及控制操作。

系统可靠性、安全性设计

1、所有执行终端电源采用抗雷击、抗过压的设计。

2、采用自恢复保险丝取代常规保险丝,一旦后级电路有故障可把电源和后级电路隔离开,当故障消除后设备恢复正常。

3、设备安装具有良好的避雷及接地装置。

4、所有设备均需高温老化,测试合格后才能现场安装使用。

5、所有安装设备如发生故障，均不会影响系统的正常照明。

系统环境适应性设计

1、终端设计的防潮、防腐处理

（1）所有使用元器件选用达到军标、防潮产品，可在高温、高潮湿环境下工作。

（2）终端箱采用密封防潮型机箱。

（3）内部印制板及元器件进行防潮、防腐处理。

2、路灯终端工作温度

（1）所有器件选用-25℃--+65℃的工作范围。

（2）所有器件选用低功耗产品减少功率及终端运行时发热量。

（3）采用高效率变压器及进口高效率开关电源，减少电源发热。

主要技术参数

系统最大容量：

1个主站、9999个监控点。

系统采用一次设计，分布实施，逐年扩大，覆盖整个区域。

远程智能监控终端根据需要可分为不同功能组，以实现群控和组控。

远程智能监控终端测量精度优于1%，并可断电运行四小时以上。

系统可采用专用无线通信网，使用230兆频段。

工作环境温度：

监控终端为-20℃～+65℃，

主台为0℃～+30℃。

有效通讯距离：

20KM，可中继

通讯传输方式：

半双工同频传输

系统传输速率：

1200bit/s

数传方式：

异步

系统数传误码率：

小于1x10-5（无人为干扰）

工作环境温度:

-25℃-65℃

数据采集精度：

模拟量优于1%

开关量差错率低于10-7

五、意义和目的

　　随着城市建设的快速发展，对城市道路照明、环境美化的建设和管理，越来越显得迫切和重要。

在市容、市貌、环境、交通安全和社会治安等方面，创造一个良好的环境，对一个城市的建设和发展有着很重要的意义。

实施路灯无线监控系统，是实现道路照明管理现代化、科学化，景点饰灯控制自动化、智能化的一个有效手段。

也是提高城市知名度、树立城市美好形象的一个重要方面。

也给市民生活带来更加美好的环境。

　　几年来，全国大部分省会城市，都全部或局部实施了路灯无线监控系统。

有条件的城市也都逐步实施路灯无线监控系统，如大连、山东济南、东莞、上海、杭州、福建等地方，随着经济的发展，市政规划和建设又比较先进和超前，因此，对城市道路照明、市容、市貌的建设和管理，更加显得迫切和重要！

　　公司现已通过了ISO9001质量管理体系认证！

六、与国内外同类技术比较

节能电器/节能技术

节能原理

优点

缺点

省电机

主要是降低输出电压到220V，节省因电压过高而造成的电力损耗，起到降压稳压的作用，也能略微提高电路的功率因数

技术实施比较简单，能稳定线路电压，减少线路上的电能损耗

节能幅度有限，不能对路灯进行控制

调压降功率设备

降低灯具的工作电压，降低光源功率达到节能目的

技术实施简单，能起到一定节能目的

对灯具（特别是气体放电灯）寿命有影响

电子镇流器

以电子电路替代传统镇流器，减少镇流器自身的能耗

启动性能好、功率因数高、实施简单

产品自身温升使电子器件不稳定，寿命不长，价格昂贵

无功补偿器

主要使用电容（组）加于感性负载中，用以使其功率因数接近于1而达到省电目的

能提高电网/电路功率因数，减少电网/电路上的电压降和电能损耗

对用户来讲不产生节能的经济效应，节能但不节钱

七、投资分析

A、项目投入与产出：

　　以路灯400W为例，采用Nature2000系统投入约占原电费的六、七成，对于中等城市而言，投入约一千万至一千五百万，据测算，系统运行2年左右，以上的成本节约即可收回全部投资。

而系统中RTU、LCU等关键控制设备的平均使用寿命多大于10年，甚至达到20年。

　　下面仅以照明电费节约一项进行定量测算：

　　正常情况下，路灯每天照明时间大约为12小时。

如果采用Nature2000节能型智能控制系统，控制其全功率正常照明时间为3小时，降功率节能照明时间为9小时，以照明电费节约一项进行定量测算：

250WHPS节能效果表

250WHPS

常规100%功率

降功率转换

总电路功率

278W

145W

每天12小时工作的年消耗量

1218KwHr

每天3小时常规100%功率工作，9小时降功率工作的年消耗量

1218KwHr

476KwHr

功率节省量

438KWHr

400WHPS节能效果表

400WHPS

常规100%功率

降功率转换

总电路功率

278W

255W

每天12小时工作的年消耗量

1914KwHr

每天3小时常规100%功率工作，9小时降功率工作的年消耗量

478KwHr

838KwHr

功率节省量

598KwHr

即400瓦路灯每盏一年可节省耗电约598度，250瓦路灯每盏可节电约438度。

假定某中等规模城市有30000盏照明路灯，其中400W有15000盏，250W有15000

盏，采用公司提供的降功率转换节能产品，一年可节能：

438×15000+598×15000=15540000KwHr

每年可节省的电费大约为：

15540000×0.5=7770000.00（元）

注:

电费按0.5元/kWh计算，如果单价越高，则回收期越快！

！

！

仅节约电费一项就可将投资成本在2年内收回。

B、效益分析：

经济效益：

采用本系统后能确保节能率不低于30%，既节约能耗又不影响灯具的正常使用寿命，节电又节钱。

社会效益：

改善城市现代化形象，保证道路交通安全等级，增强城市治安管理的外部环境。

管理效益：

提高了整个城市的路灯管理水平，使工作人员从繁复的“巡检”工作中解放出来，降低了工作强度和经营管理成本。

环保效益：

对城市电网无高频干扰，对市区环境无电磁波污染。

符合当今环境保护的世界性发展趋势。

八、工程范例

安徽黄山中心城区公共照明节能控制和智能管理系统；

山东济南全城路灯节能控制系统（22367盏/套），首创国内省会城市大规模全面应用单灯节电控制系统，节电的路灯数量在国内城市排名位居第一；

广东东莞节能控制系统一期工程（1450盏/套）；

大连开发区节能型路灯监控系统竣工验收，实际节电比达43.94%（7700盏/套）；

上海宝钢节能控制系统一期工程（500盏/套）；

云南蒙自地区节能型路灯监控系统工程（370盏/套）；

杭州体育场路节能控制系统工程（194盏/套）；

上海外高桥保税区示范工程；

南京江宁示范工程；

福建厦门示范工程；

重庆北碚示范工程；

广深高速示范工程；

东莞长安示范工程

………

九、服务承诺

1.产品自运行之日起免费维护一年，并免费提供必要的系统升级软件；

2.负责对用户的操作人员进行专业技术培训；

3.公司总部设有报修热线电话，保证8小时内人员到现场解决问题；

4.定期回访顾客，了解运行状况；每六个月进行一次系统维护，建立专人负责制；

5.系统正常使用寿命不低于15年!

责任与诚信是公司做事、待人的原则，是公司追求发展的灵魂；与时俱进、追求卓越是公司立志服务社会、奉献社会的坚定理念!