路灯单灯监控及节能系统.docx

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路灯单灯监控及节能系统

一.

概述

据不完全统计，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。

其中城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例，约439亿KWH，以平均电价0.65元/KWH计算，一年开支达285亿元，成为各地财政部门的一大负担。

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“单灯智能监控及节能管理系列产品”，以独创

性的“单灯智能化节能控制”概念，成功地解决了传统的“城市道路照明监控系统”普遍存在的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问题。

二.

产品组成

产品主要包括：

单灯节能器250W、单灯节能器400W、单灯检测单元、在线监测终端、手持设置终端。

以下是系统完整的使用示意。

图一、单灯监控及节能系统配合城市灯光实时监控系统工作示意图

如图可见，系统与路灯监控结合成为一个完整的监控系统，节能及单灯监测部分主要处于整个完整的监控系统的底层。

主要由节能型路灯前端检测控制单元（LMCU：

LampMonitor&ControlUnit）、通讯转换模块、路灯前端单灯节能单元（ECU：

Energy

ControlUnit）、路灯在线监测终端（LT：

LampTerminator）等产品系列组成，并通过有线通讯数据传输与载波通讯技术的有机结合实现系统的控制与运行。

节能型智能照明系统可以配合道路照明监控管理系统使用，将数据与监控系统的监控中心、照度测量装置、无线数传基站（各种方式）、智能执行终端（RTU）完整的结合起来。

主要功能包括：

1、可以配合监控软件在监控中心进行实时监控、调节；

2、可以结合RTU采用无线的通讯传输方式，建立通讯网络。

在机房建立服务器，将RTU采到的各个监控站点的监控数据传输到市政工程管理处的监控中心，同时监控中心的数据也能通过相同的通讯线路向各个监控站发送控制命令；

3、路灯开关箱内同时设置单灯检测终端，及时采集单灯检测单元的信息，进行就地显示，同时可以通过路灯监控终端（RTU）将数据上传，从而准确的反映亮灯情况；

4、在每个路灯杆内，设置LMCU或ECU（可以选配），检测每盏灯的亮灯情况，并响应单灯检测终端的命令，通过ECU还可以适时进行降电流等节能操作，将信息反映给单灯检测终端；

5、LMCU之间以及与RTU之间，可采用双绞线方式或电力线载波方式连接，进行总线方式的通讯。

（建议采用双绞线连接）

三.

主要相关产品介绍

●单灯节能器250W/400W

主要针对常规高压钠灯、高压汞灯及金属卤化物灯进行控制调节。

250W单灯节能器分为I型和II型，其中II型可以同时控制双灯。

该类产品可以通过单灯监测终端、手持终端进行设置，可以设置节能的时段、功率的大小。

功率的最大调节范围可达55%以上。

产品本身具备通讯能力，建议采用双绞线方式通讯。

产品的电压输入范围180~240V。

安装位置可置于路灯杆或灯具内。

●单灯检测单元

主要针对常规灯具进行单灯灯具器件检测和开关控制，每个监控单元可以接2路灯具，安装位置可置于路灯杆内。

该产品具备强大的检测功能，可以在线检测线路状况、灯具器件状况以及线路末端电压，产品本身具备通讯能力，建议采用双绞线方式通讯。

●总线通讯模块

高性能、强抗干扰的总线通讯模块，可以含在上述模块中，也可以单独购置。

支持双绞线方式下多种规约的总线通讯模块，通讯距离可达2KM，通讯速率可达128KBPS。

●

电力载波通讯模块

高性能、带自激励电路的电力载波通讯模块，可以含在上述模块中，也可以单独购置。

支持电力线方式下多种规约的载波通讯模块，通讯距离可达200M，通讯速率可达9.6KBPS。

●在线监测终端

每个在线的单灯监控终端可以接驳最多1024个LMCU或ECU，单灯监控终端具有键盘、显示模块和通讯接口，能进行就地显示，同时可以就地进行单灯模块的交互与设置。

同时还能够配合“城市路灯监控系统”使用，连接到开关控制箱中的RTU，并通过RTU把检测结果发送到路灯监控中心。

最终操作员只要在路灯的监控中心就可以看到每个灯光的工作状态，及时发现并维修有故障的灯，及时调节各条路各盏灯的状态。

●手持设置终端

相当于离线方式的单灯监控终端，可以接驳任意一个LMCU或ECU，手持设置终端具有键盘、显示模块和通讯接口，能进行就地显示，同时可以就地进行单灯模块的交互与设置，并具备数据存储功能。

四.

节能及监控技术介绍

（一）.单灯节能原理介绍

产品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。

本系统的出现，从根本上改变了城市路灯的管理方式，把传统路灯管理只能控制到路段上升到可直接控制到具体的每盏灯。

系统中采用的单灯变频降流和闭环控制技术，符合国际上路灯照明节能的最新技术发展趋势，具有不影响光源使用寿命（在夜间电网电压上升时还可稳定灯压），对电力线及环境无污染等特点。

确保节能率30%以上，真正实现TPO动态智能化管理的境界，从而达到节能节钱的目的。

节能产品具有以下特点：

（1）可以结合采用无线通讯技术和结合城市骨干网络通讯技术相结合的控制方式；

（2）使用国内首创的变频降流节能技术，在有效节能的同时不

影响灯具使用寿命；

（3）采用功率因素矫正技术，大大减小谐波、提供功率因素，减小对电网的污染；

（4）可根据道路的行人、车辆流量的需求实行分时段控制或降功率运行，真正实现道路按需照明。

（二）.单灯检测部分介绍

单灯检测部分由监控单元和监控终端组成，主要针对传统灯具的各个器件环节进行在线检测，可以与节能部分配合使用，效果十分明显。

1.精确判断亮灯率

现代城市要求路灯的亮灯率在98%以上，否则不仅影响城市的形象，还会引发交通安全事故。

目前判断亮灯率的办法主要有以下两种：

方法一：

通过人工巡视，费用计算方法，亮灯率可以非常准确，但是费时费力。

补充检查亮灯故障的路灯。

方法二：

通过测量线路的整体电流来实现，计算方法，然而由于单灯中补偿电容的影响、环境温度的影响、光源老化而导致负载特性改变、更换光源后导致电流变化等诸多因素，再加上很多路灯是并联在一起的，因此根据整体电流分析亮灯率只能得到非常粗糙的结果，常常达不到90％。

为了解决这些问题，单灯监控系统能够彻底解决这个问题，由于

每个光源都装有一个监控终端，其工作状态能够实时地被发送到路灯管理中心，因此亮灯率的判断可以达到百分之百。

2.定位有故障的单灯和故障元件

路灯故障主要有以下几种：

●镇流器故障

●

触发器故障

●光源故障

●补偿电容故障

●电线断

产生这些故障的原因有：

●电器故障

●外力破坏

●人为破坏

由于产生的故障原因很多，发现故障时无法确定故障的位置，检修时要求对故障进行定位和诊断，对检修人员要求较高，为检修带来困难，另一方面有些故障已经发生，但因为现象不明显而无法发现，导致安全隐患比如自熄灯。

路灯单灯监控系统能够自动检测出有故障的光源，并判断出有故障的部件，把该灯杆的编码发送的管理中心，维护人员可以及时地带上备件，到指定编号的灯杆处维修即可，这就大大的方便了维护工作。

3.

测量末端电压

路灯的一条线路往往比较长，从路灯开关箱到最后一个灯杆最长可达1公里，最后一个灯杆的供电电压称为末端电压，末端电压对于诊断线路的运行情况有很重要的意义，单灯监控系统能够测量每条线路的末端电压并传输到路灯管理中心，对路灯管理带来极大的方便。

4.控制功能

每个单灯监控单元还具有一个输出功能，从而可以在路灯管理所遥控灯杆附带的广告灯等设备，达到了节能的目的。

五.

效益分析

（一）.管理效益分析

本系统的单灯控制实现的是对城市内每一盏灯的直接管理、控制，这无疑是城市路灯控制的最高境界。

在“路控”系统中（通常说的三遥系统），值班人员在控制中心只能利用各站点采集来的数据，分析估算出在该站内“灭”了几盏灯，其分辨率只能达到5%－10%。

为了确定方位，以便于次日维修，还需要组织人力物力对全市的路灯进行“巡灯”，因而带来了极大的浪费和麻烦。

采用灯控系统后，计算机在次日即可打印出该市所有的故障灯数及故障灯编号、故障灯出现时间、位置等，给维修人员带来极大的方便。

同时，还可以针对每盏灯进行直接单独控制，从而可避免路灯维修过程中试灯时成片亮灯所造成的浪费。

（二）.系统节能经济效益分析

从系统的节能和提高经济效益的角度考虑，单灯监控及节能系统必将成为未来道路照明事业发展的方向。

从上世纪70年代能源危机以来，能源消费已成为一个世界性的问题。

通过使用我公司单灯系列产品可以完全实现城市照明系统设备的智能化、合理化运行，达到节约能源和提高经济效益的目的。

而且对公共环境、交通安全性、行人车辆等的舒适程度及灯具的使用寿命等不会造成任何负面影响。

如采用RTU与单灯系统配合使用，可完成对路灯灯光系统的节能处理，通过以下几个方面达到灯光节能的效果：

（1）调节电压平稳启动、停止；

（2）稳压在一定范围内确保电压不超调；

（3）随输入电压变动，自动调节电流，确保恒功率输出；

（4）调节电流，降低功率。

采用本系统后，仅节约电能（电费）效果在30%以上，加上维护成本、社会成本的降低，据测算，所有投资在系统运行3年左右将全部收回。

下面仅以照明电费节约一项进行定量测算：

采用250W单灯节能器节能效果表

250W情况

常规100%功率

降功率运行

灯具功耗

278W

145W

每天12小时工作的年消耗量

1218KwHr/年

每天6小时常规100%功率工作，6小时降功率工作的年消耗量

609KwHr/年

318KwHr/年

年功率节省量

291KwHr

采用400W单灯节能器节能效果表

400W情况

常规100%功率

降功率运行

灯具功耗

437W

255W

每天12小时工作的年消耗量

1914KwHr/年

每天6小时常规100%功率工作，6小时降功率工作的年消耗量

957KwHr/年

558KwHr/年

功率节省量

399KwHr

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，如果采用本公司提供的降功率转换节能产品，一年可节能：

291*15000+399*15000＝10350000KwHr

可节约人民币：

10350000*0.5＝5175000（元）

注：

电费按0.5元/kwh计算

另外，本系统在设计上具有良好的扩展性和可伸缩性，如果安装系统ECU，系统自动实现对安装路段的节能及灯控功能。

如果不安装ECU，系统就是传统的路控系统。

当然以后城市发展了，您又想安装“灯控节能”了，只要购买本公司的ECU直接安装就行了，对原来的分站箱RTU、主站均不必改动。

您不用担心浪费，因为我们在所有的产品中，充分考虑了“兼容性”问题。

系统完全可以根据用户实际情况分批投入、分批开通运行。

六.

服务与承诺

（一）.实现双线服务保障措施

a）在项目当地设立24小时抢修服务电话。

该热线电话可设在路灯管理处，或公司在当地的办事处，可视具体工程实施单位而定，并保证48小时内人员到场解决问题；

b）在公司总部设立远程监控数据采集中心，对用户路灯系统进行远

程动态监控，随时提醒维护管理部门注意运行状态，全面保障系统的正常运行；

c）建立专人负责制，并设立详细的用户档案，以备随时检索并解决问题，消除隐患；每季度定期回访用户，了解运行状况。

（二）.服务承诺

1）产品保修期一年，保修终止时，可签订续保合同。

2）保修期内免费，保修期后只收成本费；遇软件升级，则免费进行升级。

七.

投融资模式分析

为了使该技术尽快地服务于社会，为各地的市政建设节能增效作贡献，我们针对财政困难的城市路灯项目又推出了投融资性质的商业模式。

把通过节能省下来的钱，分期分批予以支付（项目）设备款，有效地缓解了项目建设与资金困难的矛盾。

具体以某市12000多盏400瓦/250瓦高压钠灯实施单灯节能控制系统为例，其基本设备投入约为1000万左右。

正常情况下，路灯每天照明时间大约为12小时。

如果采用我公司提供的单灯监控及节能系统，控制其400瓦正常照明时间为5.5小时，250瓦节能照明方式为6.5小时，相当于晚上18点30分开灯，半夜0点前400瓦照明，半夜0点后250瓦照明，那么12000盏路灯一年节能所节约的电能大约是：

150*12000*6.5*365＝4270500000瓦小时＝4270500度

节约的费用大约是（以0.75元/度计算）

4270500*0.75＝3202875元

仅节约电费一项，以上投资加上施工费用大约可在3－4年内收回，即政府不用在项目上投入一分钱，在系统运行后将节约的费用分若干年左右支付项目款。

以后该项目产生的经济效益完全为当地政府所有。