一、背景介紹
（一）中國城市照明現(xiàn)狀
眾所周知，城市照明是所有城市居民進行正常生產(chǎn)生活的保障。是滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化的需要。在人們的日常生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用。
然而，目前的城市照明領(lǐng)域中出現(xiàn)大量的高能耗問題，具體現(xiàn)象有以下幾點：
1．很多路燈管理局對當前所屬路燈設(shè)備的電能使用沒有很全面的概念，通常只是電力公司每個月提交的一份電表抄表數(shù)據(jù)，真正實際路燈消耗的有效電能數(shù)據(jù)并沒有清晰的認識。
2．沒有重視科學(xué)管理，很多路燈設(shè)備都是日落就開燈了，日出才關(guān)燈。其實在深夜路上車少人稀，一旁的路燈已經(jīng)能夠充分的滿足正常的生活需要了。
3．在電路中沒有接入節(jié)電器設(shè)備，晚上12: 00后正是用電低谷，路上也是行人稀少，此時，電網(wǎng)電壓升高，燈泡比上半夜更亮，燈光利用率相當?shù)汀?br /> （二）系統(tǒng)建設(shè)的必要性
當前，城市照明領(lǐng)域的諸多問題造成了電能資源的極大浪費，隨著我國的經(jīng)濟騰飛，對能源的需求與日俱增，這使得能源越來越稀缺，也帶來了嚴重的環(huán)境危機，這需要我們更強的能源意識和增強提高能源使用效率的使命感。然而，很多部門并不知道所耗費的資源里面有多少資源是有效的，多少資源是浪費掉的，浪費的電能占總消耗的比值一直都是一個未知數(shù)，對能源使用效率沒有清晰的認識，這就亟需我們開發(fā)一個能夠統(tǒng)計能源使用情況的系統(tǒng)軟件清晰的指示路燈設(shè)備在運作過程中的電能消耗量以及電能消耗中用于實際照明的電能所占百分比，根據(jù)實際的數(shù)據(jù)，在能夠給城市人民生活帶來便利的同時采取相應(yīng)的節(jié)電措施。
二、系統(tǒng)簡單概述
（一）能耗管理簡單介紹
所謂能耗管理，顧名思義，是能源消耗管理，能耗管理系統(tǒng)通過每天抄取安裝在終端的電表得到電表數(shù)據(jù)作為輸入電能，這部分數(shù)據(jù)包括實際照明消耗的電能以及線路上浪費的電能。存儲過程記錄巡測回來的實時電壓，電流和功率，并通過相應(yīng)的算法計算得到輸出能耗。輸出能耗得到的是設(shè)備實際照明所消耗的電能，通過比較輸入電能和輸出能耗的差額就是浪費的電量值，實際中，線路中由于線路老化，漏電流過高，電能使用率往往不高，針對現(xiàn)實中電能使用率不高的問題，除了可以更新線路，更換設(shè)備之外，可以通過減小漏電流值，減小經(jīng)過線路的電流值來提高能源使用率。
（二）節(jié)電策略設(shè)計原理
一個終端的輸入電能能夠達到300度之多，很多地區(qū)的終端數(shù)量往往有上百上千個，高額的電費往往給路燈所帶來巨大的壓力，實際應(yīng)用中，可能很多的地區(qū)只有在人流高峰期才需要保證路燈光度足夠，在人少車稀的深夜，高亮度的路燈高高掛起非常浪費。其次，深夜用電低谷期，線路上的電壓往往很高，有時候甚至達到250V之多，高壓除了浪費能源之外還容易燒壞設(shè)備。針對上述的兩個現(xiàn)象，有兩種節(jié)電設(shè)計思路，第一個是如果能夠在深夜減少路燈設(shè)備，這樣相應(yīng)的電能消耗也就減少了，另外一個思路是由于線路電壓過大，如果能夠在線路中接入一個不消耗電能的調(diào)節(jié)設(shè)備，這樣不僅能夠降低整條線路的電流從而降低電能消耗，而且能夠使路燈設(shè)備能夠在正常電壓范圍內(nèi)工作使用，設(shè)備的使用壽命也能更長，節(jié)電器設(shè)備就很好的充當了這樣的媒介。
（三）節(jié)電器的介紹
節(jié)電器設(shè)備是我們終端設(shè)備的重要組成部分，也是監(jiān)控系統(tǒng)重要的控制媒介，清楚地了解了節(jié)電器設(shè)備的基本框架，能夠更好的掌握節(jié)電器的工作原理，從而更好地理解接
入節(jié)電器設(shè)備的節(jié)電模式。
照明節(jié)電器主要由：節(jié)電控制器（含32位ARM中央處理器電路、本地液晶顯示／鍵盤輸入模塊、開關(guān)量輸入／輸出模塊）、調(diào)壓控制模塊（電流／電壓信號采樣輸入、節(jié)能降壓控制電路）、通訊功能模塊（可選）、電磁補償式交流變壓器、保護電路、電流／電壓傳感器、溫度傳感器、低壓開關(guān)電器、低壓配電柜等設(shè)備組成。照明節(jié)電器的組成框架圖如圖l所示：
圖1照明節(jié)電器的組成框架圖
三、系統(tǒng)實現(xiàn)
（一）能耗管理算法描述
能耗管理主要管理兩部分的電能，一個是輸入電能，另一個是輸出能耗，輸入電能就是簡單的抄取電表的數(shù)據(jù)，輸出能耗需要經(jīng)過運算得到，輸出能耗的運算是通過功率乘以開燈時長得到，開燈時長=實際的關(guān)燈時間一實際的開燈時間，功率是一個平均功率，每次巡測回來的功率值相加，并記錄相應(yīng)的疊加次數(shù)，平均功率的值=功率總和／疊加次數(shù)，輸出能耗=（功率總和／疊加次數(shù)）★開燈時長，輸出能耗的計算過程是一個存儲過程（如圖2）來實現(xiàn)的，程序接收到設(shè)備傳輸過來的實時數(shù)據(jù)之后，調(diào)用存儲過程，得到相應(yīng)的輸出能耗。
圖2存儲過程部分截圖
（二）節(jié)電管理策略
經(jīng)過對路段的實際狀況分析之后，節(jié)電管理策略有下面兩種實現(xiàn)方式，分別是半夜燈控制方式和限流方式的節(jié)電策略：
l．節(jié)電策略的設(shè)計思路如圖3
圖3節(jié)電策略思路探討
2．節(jié)電策略運作原理
限流方式是通過在原有的路燈供電電路中再串入一個節(jié)電器，通過增大電抗值來限制流過的路燈的工作電流的大小，從而達到節(jié)電的目的。使用這種方案的路燈可按預(yù)先設(shè)置的時間或單燈控制器的命令，在道路上車流與行人稀少時，由轉(zhuǎn)換開關(guān)串入電抗器，減少流過路燈的電流，使路燈燈泡在節(jié)電狀態(tài)下運行。通過限流方式進行節(jié)能，根據(jù)實驗結(jié)果可以節(jié)電30%以上。在限流過程中路燈照明系統(tǒng)的電壓沒有改變，只是燈泡功率降低了，照度有所降低，但其照度的均勻度不變，沒有陰暗區(qū)，道路照度基本能夠滿足夜間交通安全的要求。系統(tǒng)在功率變換時，線路功率因數(shù)也自動調(diào)整，使線路功率因數(shù)始終處于最佳狀態(tài)，減少了線路的無功損耗。
半夜燈控制方式是指在偏僻路段到后半夜有規(guī)律的關(guān)閉一部分路燈設(shè)備以達到節(jié)能的目的的方法。根據(jù)調(diào)查，我國小型城市晚上21: 00后，大中城市00: 00以后道路上人流量也很少，通過采用半夜燈控制方式，在半夜關(guān)閉一部分路燈則可很好的達到節(jié)能照明的目的，也將使得城市照明更趨于合理。
3．節(jié)電策略工作流程
限流方式的流程控制如圖4所示：
圖4限流方式的流程圖
半夜燈控制方式的流程如圖5所示
圖5半夜燈控制方式流程圖
四、系統(tǒng)測試
測試步驟
（一）首先對兩個測試終端進行模擬測試，遠程連接兩個測試終端，分別獲取中山橋北和念圣橋兩個測試終端的17個不同時間點的實時工作參數(shù)信息。
（二）在線路中接入節(jié)電器設(shè)備之后，記錄測試終端的實時電壓電流和功率。
（三）對記錄的數(shù)據(jù)分析之后，形成測試報告如表l。
五、總結(jié)和展望
本文主要通過能耗管理系統(tǒng)統(tǒng)計輸入電能和計算輸出能耗，分析電能使用效率，設(shè)計節(jié)電思路并加以實施，根據(jù)系統(tǒng)實際運作中存在的問題，得到半夜燈控制方式的節(jié)電模式和接入節(jié)電器設(shè)備限流的節(jié)電模式，通過對兩種節(jié)電模式的設(shè)計實現(xiàn)并測試投入使用，兩種節(jié)電模式的實現(xiàn)方式各有差別，實現(xiàn)原理也各有千秋，但是節(jié)電的目的是統(tǒng)一的，也即在滿足人們對路燈的需要的同時，盡可能的減少電能的消耗量。兩種節(jié)電控制方式也沒有任何的沖突和不兼容的狀況發(fā)生，所以在實際應(yīng)用中，我們往往不是單單的利用半夜燈控制方式或者是電路中接入節(jié)電器設(shè)備的限流控制方式中的某一種方法來節(jié)約電能，而是兩種控制方式同時使用，達到雙重節(jié)電的效果。兩種節(jié)電控制方式相輔相成．相互作用，既避免了節(jié)電器因為一直工作而容易損壞節(jié)電設(shè)備，同時也保證了在半夜燈控制的節(jié)電模式下由于電流過高，功率過大而對損壞路燈設(shè)備。
節(jié)約能源是未來照明監(jiān)控系統(tǒng)的大趨勢，如何盡可能的減少電能消耗，提高電能使用效率是我們迫切需要解決的問題，接下來的更多的工作是放在更加智能高效的節(jié)電策略的設(shè)計以及節(jié)電器設(shè)備的研究中來，為智慧照明領(lǐng)域，智慧城市建設(shè)作出更多的貢獻。
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（一）中國城市照明現(xiàn)狀
眾所周知，城市照明是所有城市居民進行正常生產(chǎn)生活的保障。是滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化的需要。在人們的日常生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用。
然而，目前的城市照明領(lǐng)域中出現(xiàn)大量的高能耗問題，具體現(xiàn)象有以下幾點：
1．很多路燈管理局對當前所屬路燈設(shè)備的電能使用沒有很全面的概念，通常只是電力公司每個月提交的一份電表抄表數(shù)據(jù)，真正實際路燈消耗的有效電能數(shù)據(jù)并沒有清晰的認識。
2．沒有重視科學(xué)管理，很多路燈設(shè)備都是日落就開燈了，日出才關(guān)燈。其實在深夜路上車少人稀，一旁的路燈已經(jīng)能夠充分的滿足正常的生活需要了。
3．在電路中沒有接入節(jié)電器設(shè)備，晚上12: 00后正是用電低谷，路上也是行人稀少，此時，電網(wǎng)電壓升高，燈泡比上半夜更亮，燈光利用率相當?shù)汀?br /> （二）系統(tǒng)建設(shè)的必要性
當前，城市照明領(lǐng)域的諸多問題造成了電能資源的極大浪費，隨著我國的經(jīng)濟騰飛，對能源的需求與日俱增，這使得能源越來越稀缺，也帶來了嚴重的環(huán)境危機，這需要我們更強的能源意識和增強提高能源使用效率的使命感。然而，很多部門并不知道所耗費的資源里面有多少資源是有效的，多少資源是浪費掉的，浪費的電能占總消耗的比值一直都是一個未知數(shù)，對能源使用效率沒有清晰的認識，這就亟需我們開發(fā)一個能夠統(tǒng)計能源使用情況的系統(tǒng)軟件清晰的指示路燈設(shè)備在運作過程中的電能消耗量以及電能消耗中用于實際照明的電能所占百分比，根據(jù)實際的數(shù)據(jù)，在能夠給城市人民生活帶來便利的同時采取相應(yīng)的節(jié)電措施。
二、系統(tǒng)簡單概述
（一）能耗管理簡單介紹
所謂能耗管理，顧名思義，是能源消耗管理，能耗管理系統(tǒng)通過每天抄取安裝在終端的電表得到電表數(shù)據(jù)作為輸入電能，這部分數(shù)據(jù)包括實際照明消耗的電能以及線路上浪費的電能。存儲過程記錄巡測回來的實時電壓，電流和功率，并通過相應(yīng)的算法計算得到輸出能耗。輸出能耗得到的是設(shè)備實際照明所消耗的電能，通過比較輸入電能和輸出能耗的差額就是浪費的電量值，實際中，線路中由于線路老化，漏電流過高，電能使用率往往不高，針對現(xiàn)實中電能使用率不高的問題，除了可以更新線路，更換設(shè)備之外，可以通過減小漏電流值，減小經(jīng)過線路的電流值來提高能源使用率。
（二）節(jié)電策略設(shè)計原理
一個終端的輸入電能能夠達到300度之多，很多地區(qū)的終端數(shù)量往往有上百上千個，高額的電費往往給路燈所帶來巨大的壓力，實際應(yīng)用中，可能很多的地區(qū)只有在人流高峰期才需要保證路燈光度足夠，在人少車稀的深夜，高亮度的路燈高高掛起非常浪費。其次，深夜用電低谷期，線路上的電壓往往很高，有時候甚至達到250V之多，高壓除了浪費能源之外還容易燒壞設(shè)備。針對上述的兩個現(xiàn)象，有兩種節(jié)電設(shè)計思路，第一個是如果能夠在深夜減少路燈設(shè)備，這樣相應(yīng)的電能消耗也就減少了，另外一個思路是由于線路電壓過大，如果能夠在線路中接入一個不消耗電能的調(diào)節(jié)設(shè)備，這樣不僅能夠降低整條線路的電流從而降低電能消耗，而且能夠使路燈設(shè)備能夠在正常電壓范圍內(nèi)工作使用，設(shè)備的使用壽命也能更長，節(jié)電器設(shè)備就很好的充當了這樣的媒介。
（三）節(jié)電器的介紹
節(jié)電器設(shè)備是我們終端設(shè)備的重要組成部分，也是監(jiān)控系統(tǒng)重要的控制媒介，清楚地了解了節(jié)電器設(shè)備的基本框架，能夠更好的掌握節(jié)電器的工作原理，從而更好地理解接
入節(jié)電器設(shè)備的節(jié)電模式。
照明節(jié)電器主要由：節(jié)電控制器（含32位ARM中央處理器電路、本地液晶顯示／鍵盤輸入模塊、開關(guān)量輸入／輸出模塊）、調(diào)壓控制模塊（電流／電壓信號采樣輸入、節(jié)能降壓控制電路）、通訊功能模塊（可選）、電磁補償式交流變壓器、保護電路、電流／電壓傳感器、溫度傳感器、低壓開關(guān)電器、低壓配電柜等設(shè)備組成。照明節(jié)電器的組成框架圖如圖l所示：
圖1照明節(jié)電器的組成框架圖
三、系統(tǒng)實現(xiàn)
（一）能耗管理算法描述
能耗管理主要管理兩部分的電能，一個是輸入電能，另一個是輸出能耗，輸入電能就是簡單的抄取電表的數(shù)據(jù)，輸出能耗需要經(jīng)過運算得到，輸出能耗的運算是通過功率乘以開燈時長得到，開燈時長=實際的關(guān)燈時間一實際的開燈時間，功率是一個平均功率，每次巡測回來的功率值相加，并記錄相應(yīng)的疊加次數(shù)，平均功率的值=功率總和／疊加次數(shù)，輸出能耗=（功率總和／疊加次數(shù)）★開燈時長，輸出能耗的計算過程是一個存儲過程（如圖2）來實現(xiàn)的，程序接收到設(shè)備傳輸過來的實時數(shù)據(jù)之后，調(diào)用存儲過程，得到相應(yīng)的輸出能耗。
圖2存儲過程部分截圖
經(jīng)過對路段的實際狀況分析之后，節(jié)電管理策略有下面兩種實現(xiàn)方式，分別是半夜燈控制方式和限流方式的節(jié)電策略：
l．節(jié)電策略的設(shè)計思路如圖3
圖3節(jié)電策略思路探討
限流方式是通過在原有的路燈供電電路中再串入一個節(jié)電器，通過增大電抗值來限制流過的路燈的工作電流的大小，從而達到節(jié)電的目的。使用這種方案的路燈可按預(yù)先設(shè)置的時間或單燈控制器的命令，在道路上車流與行人稀少時，由轉(zhuǎn)換開關(guān)串入電抗器，減少流過路燈的電流，使路燈燈泡在節(jié)電狀態(tài)下運行。通過限流方式進行節(jié)能，根據(jù)實驗結(jié)果可以節(jié)電30%以上。在限流過程中路燈照明系統(tǒng)的電壓沒有改變，只是燈泡功率降低了，照度有所降低，但其照度的均勻度不變，沒有陰暗區(qū)，道路照度基本能夠滿足夜間交通安全的要求。系統(tǒng)在功率變換時，線路功率因數(shù)也自動調(diào)整，使線路功率因數(shù)始終處于最佳狀態(tài)，減少了線路的無功損耗。
半夜燈控制方式是指在偏僻路段到后半夜有規(guī)律的關(guān)閉一部分路燈設(shè)備以達到節(jié)能的目的的方法。根據(jù)調(diào)查，我國小型城市晚上21: 00后，大中城市00: 00以后道路上人流量也很少，通過采用半夜燈控制方式，在半夜關(guān)閉一部分路燈則可很好的達到節(jié)能照明的目的，也將使得城市照明更趨于合理。
3．節(jié)電策略工作流程
限流方式的流程控制如圖4所示：
圖4限流方式的流程圖
圖5半夜燈控制方式流程圖
測試步驟
（一）首先對兩個測試終端進行模擬測試，遠程連接兩個測試終端，分別獲取中山橋北和念圣橋兩個測試終端的17個不同時間點的實時工作參數(shù)信息。
（二）在線路中接入節(jié)電器設(shè)備之后，記錄測試終端的實時電壓電流和功率。
（三）對記錄的數(shù)據(jù)分析之后，形成測試報告如表l。
五、總結(jié)和展望
本文主要通過能耗管理系統(tǒng)統(tǒng)計輸入電能和計算輸出能耗，分析電能使用效率，設(shè)計節(jié)電思路并加以實施，根據(jù)系統(tǒng)實際運作中存在的問題，得到半夜燈控制方式的節(jié)電模式和接入節(jié)電器設(shè)備限流的節(jié)電模式，通過對兩種節(jié)電模式的設(shè)計實現(xiàn)并測試投入使用，兩種節(jié)電模式的實現(xiàn)方式各有差別，實現(xiàn)原理也各有千秋，但是節(jié)電的目的是統(tǒng)一的，也即在滿足人們對路燈的需要的同時，盡可能的減少電能的消耗量。兩種節(jié)電控制方式也沒有任何的沖突和不兼容的狀況發(fā)生，所以在實際應(yīng)用中，我們往往不是單單的利用半夜燈控制方式或者是電路中接入節(jié)電器設(shè)備的限流控制方式中的某一種方法來節(jié)約電能，而是兩種控制方式同時使用，達到雙重節(jié)電的效果。兩種節(jié)電控制方式相輔相成．相互作用，既避免了節(jié)電器因為一直工作而容易損壞節(jié)電設(shè)備，同時也保證了在半夜燈控制的節(jié)電模式下由于電流過高，功率過大而對損壞路燈設(shè)備。
節(jié)約能源是未來照明監(jiān)控系統(tǒng)的大趨勢，如何盡可能的減少電能消耗，提高電能使用效率是我們迫切需要解決的問題，接下來的更多的工作是放在更加智能高效的節(jié)電策略的設(shè)計以及節(jié)電器設(shè)備的研究中來，為智慧照明領(lǐng)域，智慧城市建設(shè)作出更多的貢獻。
