城市照明单灯调光节能监控系统
前言
通过对安装在城市道路、广场、隧道以及亮化工程的单盏光源进行监控和调光控制，实现对城市照明的精细化管理，同时获得显著节能效果。
城市道路照明是城市公共照明的主要组成部分，城市照明管理直接关系到市民的出行安全和树立良好的城市的形象，城市照明管理是城市公共事业管理的重要组成部分。
为改善城市照明管理分散、故障不能实时反馈的局面，很多城市投入大量资金安装了照明“三遥”监控系统，但此类系统仅限于突发事件的检测及应急调度等简单功能，不能进行精细的故障统计，也不能对系统进行预警，更不能实现以人为本的调光控制实现能源节约。
AWLC3000是基于单灯控制的精细管理系统，能够以简洁的方式获得系统的各种有价值的运行数据，在为管理者决策提供依据的同时，系统以主动方式根据时间的变化自动调整光源的输出功率，并对老化的灯具进行检测，将老化严重的灯具置于安全运行模式之下，在灯具失效之前通知用户进行更换。
AWLC3000的单灯调光设备具有驱动HID光源及LED光源的两种类型，目前LED光源技术已经取得了长足发展，将LED纳入系统与HID混合管理，是AWLC3000一项很有意义的应用。
一、城市照明节能技术现状
目前城市路灯照明的电能利用率还不到65%，电能浪费相当严重，据估算，一个一万盏路灯的城市，每年仅在路灯照明上消耗的电能就高达2000万千瓦时以上，而由于缺乏先进的技术和科学的管理，每年在路灯照明上白白浪费的电能就高达600万千瓦时以上。
对于任何一个城市来说，路灯照明系统都无疑是不可或缺的重要基础设施。每当夜幕降临，千万盏路灯照亮城市的大小街道，从车流如梭、人潮涌动，到夜深人静、万籁俱寂，灯光守护着城市的夜晚。而今，城市照明系统的合理配置和有效运行，已经成为衡量一个城市市容、市貌的重要标志。
值得关注的是，城市照明系统在营造城市宜居环境、为人们提供生活便利的同时，也消耗着大量的电力能源。据统计，城市路灯照明占我国照明耗电30%左右的比例，年用电约850亿千瓦时，折合标准煤3000万吨，以我国平均电价0.65元/KWH计算，一年仅市政路灯照明的开支就高达552亿元。而由于技术原因，路灯照明不能根据电网波动、照度需求以及照明时段等情况进行实时调整，目前城市路灯照明的电能利用率还不到65%，电能浪费相当严重，据估算，一个一万盏路灯的城市，每年仅在路灯照明上消耗的电能就高达2000万千瓦时以上，而由于缺乏先进的技术和科学的管理，每年在路灯照明上白白浪费的电能就高达600万千瓦时以上。
在节能减排已经成为我国重要国策的今天，在路灯照明系统的设计和运行上更多地考虑对能源的节约利用，以科学的管理和先进的技术实现节能降耗，不仅是落实国家节能政策的重要内容，同时也是地方政府减少财政支出的有效途径。
对于城市照明的巨大能源消耗，各地方政府和路灯管理部门非常重视，如何降低电能消耗、减少电费开支一直是有关部门思考和探索的重要问题。然而，由于缺少先进的技术和科学的管理，许多地方尽管采取了一定的节能措施，但其实施效果并不理想。
不少地方路灯管理部门曾经尝试通过“半夜灯”、“隔盏灯”或者“单边灯”的方法来减少电能消耗。这些措施没有充分考虑到现代城市的实际照明需求，为治安管理以及夜间交通安全留下了极大的隐患，有违城市路灯系统规划和设置的初衷。
也有的地方在局部道路上进行LED路灯示范应用，但其效果并不理想。存在的问题主要包括：灯具成本过高;雾穿透力不够;LED配光曲线不合理，导致路面照明度均匀度不够，出现斑马效应;SR值不符合标准要求;光衰大;寿命有争议，维护困难等。我国“城市道路照明设计标准”中对道路照明采用的灯具作了规定：“快速路、主干路必须采用截光型或半截光型灯具”，“次干路应采用半截光型灯具”，而目前的LED道路照明灯具目前还不符合上述要求。
还有的地方尝试性地实施了局部的节电技术改造(所采用的技术包括单灯无功补偿技术、斩波调压技术、固定降压技术、变压器抽头调压技术等等)，但总体而言，这些技术并未充分考虑照明灯具的电气特性，或者技术本身存在明显的缺陷，往往造成灯具频闪、灭弧、使用寿命大幅缩短等问题，或者是明显影响路灯实际照明效果，因而这些技术和产品很难得以推广应用。
“到底应该安装路灯节能设备，还是应该更换led灯具?”“LED路灯的技术是否成熟?一些商家宣称灯具寿命数万小时，到底是否可信?”“一盏LED路灯投资数千元甚至过万元，地方政府的经济账到底是怎么算的?”“有些地方安装了LED灯，节能是节能了，但照明效果似乎差了很多，这样的节能还有什么意义?”类似的质疑声音我们似乎经常能够听到，而针对这些问题争论也一直在进行之中。
就路灯节能的技术路线来说，大致可以分为“采用节能控制技术”和“更换新型照明灯具”两条路线。前者主要是在不更换原有高压钠灯的前提下，通过加装节能控制设备，实现对路灯功率、照度的调节，达到节能的目的；而后者则是采取新型照明技术，通过更换比高压钠灯更加节能的照明灯具来实现路灯节能，其中最为典型的就是更换为LED路灯。关于这两条技术路线的优劣分析，在有关路灯节能的一些网站上几乎随处可见。当然，路灯节能技术与产品的提供商可以在推广自身技术与产品的同时将其他技术产品批得一无是处，而作为旁观者也可以以“存在即为合理”来主张技术路线应当任由市场来进行选择，但问题是，我们不应该让对节能减排满怀热情的地方政府无所适从，他们需要了解真实的信息。
二、AWLC3000系统概述
AWLC3000是基于单灯控制的节能监控管理系统，其节能技术已涵盖高压钠灯和LED两种光源，目前这两种光源在城市道路照明中所占比例超过95%，除了能将光源的节能效率发挥到极致之外，AWLC3000的全城单灯故障检测技术，彻底颠覆了传统的照明管理理念。
2.1 系统组成结构图
无线网络拓扑图
2.2 监控中心部分组
AWLC3000监控中心由通信网络、中心服务器以及平台支撑软件等组成。
2.2.1 通信网络
通信网络由光纤、路由器以及交换机等组成，其中光纤的带宽不应低于8M，路由器要求具有防火墙功能。
用户向网络营运商申请光纤时需绑定一个静态IP，并有必要申请一个域名并解析到该静态IP。
2.2.2 中心服务器
中心服务器是支撑平台运行的关键设备，建议安装windows2008操作系统和SQL2005数据库。中心服务器要求为企业级，内存不低于4G，建议品牌型号：联想万全T260 G3 D5603。
2.2.3 通信管理软件
通信管理软件运行在中心服务器上，通过互联网与远程的GPRS设备进行连接，并向安装在远程的客户端提供数据服务，使得在远程的客户端可以借助互联网与连接到该服务器的任何一台GPRS监控终端进行数据交换。
通信管理软件是系统平台的核心支撑软件，该软件如不能正常运行则会导致系统不能正常访问，但不影响外围设备的自动运行。
2.2.4 数据管理软件
数据管理软件是管理员用户用于录入系统信息和注册系统用户的软件，管理员使用该软件可以实现以下功能：
●新建、编辑监控分区
●添加、删除监控设备
●注册、删除新用户，设置、更改用户登录密码
该软件支持多系统并行设置（一个监控中心同时支持多个用户系统），也可以支持系统分级运行（一个用户系统分割为多个子系统，用户登录后只能看到与他级别对应的子系统，用于大系统分级管理）。
2.2.5 地图服务软件
AWLC3000的GIS引擎使用百度地图，地图服务软件是向客户端用户的地图窗口下载JAVA代码获得百度地图数据的服务软件。
百度地图是一种免费网络资源，具有地图精美，地标清晰、数据详细等特点，并具有卫星成像数据，一些经济发达城市已经制作了三维数字城市，该地图服务软件可以获得相应的服务端口，为客户端软件提供GIS引擎链接。
2.2.6 客户端调度软件
调度客户端软件是用户对系统进行管理的软件，安装在远程（局域网或互联网），客户端软件主要分三个功能部分，首先是窗口左侧的设备树形窗口，客户端正常登录后随机从服务器下载系统信息，形成系统树状设备结构图。
主窗口是电子地图窗口，显示系统设备位置与坐标，可以在卫星地图模和普通平面地图之间进行切换。
调度端窗口下方是状态蓝，用于显示系统设备的各种运行信息及告警信息。
2.2.7 智能***平台
智能***平台可以被当作一个简化版的便携式监控终端，主要是方便维护人员和现场技术人员查阅设备信息，应急操作等。
2.3 外围硬件组成
AWLC3000外围设备是指安装在城市各处，组成系统通信、测量与控制的设备。
2.3.1 照明监控终端
AWLC3000系统采用的是LXD系列照明监控终端，推荐型号：LXD3618。其性能指标如下：
l 通信方式：GPRS（内置通信模组），支持IP和域名连接设置；
l 通信接口：两路RS485，速率38400bps；
l 开关控制输出：6路；
l 支路电流采集：12路（差分信号）；
l 三相电压、电流、功率采集，累积电量记录；
l 实时时钟误差<15秒/日，断电保持；
l 两路门禁；
l 16组开关任务预约，支持日出日落控制模式；
l 16组调光任务预约，通过485总线协同单灯集中器工作；
2.3.2 无线单灯集中器
l 空中速率：20Kbps
l 上级接口：RS485/19.2Kbps（接监控主机）
l 无线功率：10mW
l 自由频段：780MHz（中国）/ 868MHz（欧洲）
l 子网节点：最大支持384点
l 自动调度：可预置8个自动任务
l 方位识别：8方位
l 时钟同步：与中国科学院授时中心服务器，每天同步一次
l 电源输入：DC12V
2.3.3 无线单灯信息单元
l 空中速率：20Kbps
l 无线功率：10mW
l 自由频段：780MHz（中国）/868MHz（欧洲）
l 下级接口：RS485/19.2Kbps（接调光设备）
l 寻址能力：可同时接入8个调光模块
l 电源输入：DC12V
2.3.4 高压钠灯调光模块
l 额定输入电压：AC220±15%
l 输入电流：1.2A
l 启动电流：＜0.3A
l 输入功率：265W
l 功率因数：＞0.98（输入AC220V，满载）
＞0.95（输入AC220V,半载）
l 电流总谐波：＜10%
l 电流波峰比：＜1.7
l 输入电压频率：50-60Hz
l 效率：＞94%
l 调光功率窗口：50%~100%
l 故障保护：灯失效保护、灯老化保护、短路保护、过热保护、点火失败保护
l 通信接口：RS485
l 波特率：9.6Kbps
l 自动调光：5段自动
l 运行模式：组网时中心调度优先，无组网时进入自动模式
l 指令控制：寻址方式和属性方式
l 外壳尺寸（mm）：173×93×52
l 环境温度：-20°C~+50°C
l 环境湿度：98%结露，或间歇水浸
2.3.5联网调光LED灯具
l 灯具结构形式：网球拍网状散热孔
l 光源结构形式：集成光源（COB）
l 额定输入电压：AC220±15%
l 输入电压频率：50-60Hz
l 效率：＞94%
l 调光功率窗口：50%~100%
l 故障保护：灯失效保护、灯老化保护、短路保护、过热保护、点火失败保护
l 通信接口：RS485
l 波特率：9.6Kbps
l 自动调光：5段自动
l 运行模式：组网时中心调度优先，无组网时进入自动模式
l 指令控制：寻址方式和属性方式
l 灯具功率：80~180W
l 单珠光源功率：40~60W
l 颜色：暖白2700~3200K，正白6000~6500K
三、AWLC3000核心价值
以人为本、按需照明、精细管理
3.1 以人为本
以人为本的照明，就是结合人的行为变化及其周围环境变化来考虑照明的设计，AWLC3000调光技术涵盖高压钠灯与LED照明，可以覆盖当前城市公共照明的绝大部分光源，AWLC3000通过调整光源的输出功率，以实现最舒适照明效果，充分体现“以人为本”的照明理念。
3.2 按需照明
“按需照明”就是适度照明，国内城市道路、公路、隧道普遍存在过度照明、电能浪费巨大的现象，过度照明能耗高达50%～90%。AWLC3000按实际需要调整光源的输出功率，实现适度照明的目标。
3.3 精细管理
城市照明管理的核心工作，就是管理照明设施以保证其完好。灯具及光源管理是照明管理的主要内容，AWLC3000可以提供实时详细的单灯信息，管理者可以迅速全面了解全城的照明状态信息，而不必依赖人工巡查进行统计，与传统的管理模式相比，基于实时单灯数据的精细管理具有无可比拟的效率优势，并确保设施的完好率能满足要求。
四、AWLC3000系统原理及关键技术
在目前我国城市照明节能与监控领域内，AWLC3000能同时将节能与监控的优势都发挥到极致，是比较全面的一揽子决方案。
变频调光节能原理
以高压钠灯为例，传统高压钠灯驱动装置有电感镇流器和触发器，当高压钠灯被点燃后，电感镇流器将钠灯两个电极之间的电压限制在90~110V之间，但由于整个负载回路是接在220V市电供电回路上，电感镇流器作为负载之一需要消耗一定能量；同时由于采用了电感元件，回路的功率因数很低（通常不足0.5），功率因数低将会导致电流增大，增加回路额外损耗；高压钠灯作为一种电压敏感型的光源，实际输出功率受电压波动的影响很大，在后半夜由于社会用电负荷较轻，照明供电回路的电压会有较大幅度上升，导致钠灯的实际输出功率明显超出额定值。
上述三项能耗大约占照明回路负荷总量的25%，AWLC3000调光装置自身消耗功率约只占总功率的6%，装置输出功率不受线路电压波动影响。由此可知在AWLC3000调光模块全功率运行时即可获得将近20%的节电效果。
AWLC3000根据不同时段对照度不同的需求，对输出功率进行调整获得调光效果，是实现节能的主要手段。
五、产品照片
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