城市道路照明管控趋势与节能降耗研究

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摘要：城市公共照明需求持续增加，用电需求不断增长，在道路照明管理方面的要求更加严格，主管部门要提高重视程度，有效减少能耗。文章分析了当前我国城市道路照明存在的不足，阐述了新形势下道路照明管控的趋势，并提出了节能降耗的有效措施，为国民经济健康稳定发展提供有效帮助。

关键词：城市道路照明；管控趋势；节能降耗

引言

道路照明节能是一项系统性、复杂性工程，涵盖多项内容。比如，照明系统设计、高效照明、科学运行方式、灵活运管模式等，任何一项内容均会对照明节能产生影响。为了进一步实现绿色照明目标，应该认真开展每一项工作，在照明系统建设初期应该认真规划照明系统设计，并对后期的运行管控工作进行更加全面的考虑。

1当前我国城市道路照明存在的不足

1.1监管方式缺乏先进性，维护成本高

当前，道路照明主要采用时钟控制模式，在阴雨天、重大节日等时段无法按照需求合理调整照度，无法控制单灯，并且无法按照重大活动等具体情况对开挂等进行及时修改或校时，无法满足按需照明要求。难以准确、实时地查看路灯运行情况，控制器损坏时会出现白天亮灯问题，并且无法向监控中心进行反馈。城市中路灯分布广、数量多，主要通过人工巡查方式寻找设施故障，工作量较大，需要提供人力、物力等资源保障，同时存在盲区。

1.2能源消耗大

在城市不断发展过程中，我国城区亮化工程与道路照明工程获得良好发展机遇，景观灯与路灯数量不断增加。政府财政需要为道路照明中的能耗不断增加支出，与我国低碳环保、节能减排政策相悖，难以达到按需照明要求，电能浪费量达到25%，出现光污染问题，严重影响灯具使用寿命［1］。

1.3设施损坏造成大范围停电

照明线缆与照明设备损坏时有发生，不仅增加政府经济负担，同时线缆损坏之后还会造成停电，严重影响交通安全。另外，裸露线缆存在安全隐患，灯杆漏电也会对附近居民的安全构成威胁，特别是在雨季，会使触电的概率增加。

2新形势下道路管控照明趋势

随着城市化进程以及城市规划速度的加快，城市道路照明管控系统方面的要求不断增加，趋于自动化和智能化，城市道路照明管控演变过程如下：天文时钟控制—路灯控制系统三遥控制—光电控制—经纬度时间控制—微电脑时控开关—无线远程监控系统。其中，天文时钟控制在具体操作中，将一年四季变化规律、地球自转原理、绕太阳公转原理等作为依据，且结合全球各地区均具有唯一经纬度的原则，计算这一地区日出日落时间，并可以人为调整，人工修整幅度为2h左右，然后设置路灯开关时间。这一方法不够灵活，难以应对一些特殊情况；路灯控制系统三遥控制，主要包括遥控、遥测、遥信3个方面。遥控是对路灯开关实施远程控制；遥测是指远程测量路灯配电柜运行状态、三相主回路电压电流测量；遥信是指对终端状态进行远程监测。这一模式节能效果较好，但智能化水平、抗干扰设计、维管等方面有待加强。光电控制，主要使用光信号的作用进行光源开启、明暗程度调节等方面的控制。具体操作时，使用光敏元件进行光电转换，将光信号转化为电流，并利用放大器和控制器等控制光源。这一控制模式的精准度、光电转化效率等方面有待提升。经纬度时间控制，主要依据每个地区经纬度唯一的原则，计算不同地区日出和日落时间，并针对性修正，设置路灯开闭时间。有关方面的经纬度时控开关可以与时间控制结合在一起，并随季节变化自动调整开关时间，体现路灯开关管控的智能化。微电脑时控开关，在组成方面，以单片微处理器作为核心，并配套设置相应的电子电路，组成电源开关控制装置，可以将天或者星期作为周期，实现多时段循环控制，便于使用，成本较低。无线远程监控系统主要以电力线载波通讯作为核心技术，对路灯的开关、工作状态等进行监测和控制，系统功能设计包括主动询问功能、主动控制功能、自动控制功能、报警功能、显示功能、数据存储功能、查询功能、曲线报表功能、远程维护功能、拓展功能等，还具有效率高、低成本的优势。此外，在传感技术快速发展推动下，照明管控进入全新阶段，即自动控制，借助光控、声控以及其他传感器对周边信息进行感知，进而自动关闭或是启动照明灯具。与传统手动控制相比，自动控制的效率与灵活性得到有效提升，同时扩大了控制范围，然而无法进行调光，在复杂环境中难以满足照明需要。近年来，网络通信与计算机技术促使照明控制开始朝着智能化方向发展。借助智能控制、传感采集以及微处理等技术向核心控制器传输传感器收集的数据，并进行处理，有效控制照明灯具，能够根据具体照明需求进行智能控制，可以对照明系统进行远程操控，然而无法进行深层处理。当前，社会经济在发展过程中对于能源问题的重视程度不断提升，而我国幅员辽阔、城市发展迅速，因此传统道路照明管控模式已经不适应现代化管理需要。照明设施越来越多，民众不仅要求路灯具有良好照明功能，同时还需要保证维护及时性与照明舒适度，充分体现“人本”理念，因此在照明管控方面，节能照明与智慧照明已经成为主要发展趋势。物联网技术的不断引入，促使照明管理工作更加高效和便捷，有效实现节能降耗目标。借助科学制定管理策略，促使照明管理不断朝着智能化与智慧化方向发展［2］。

3路灯节能降耗措施

3.1材料节能降耗

在路灯节能降耗措施制定时，可以通过材料节能实现这一目标，具体包括以下两个方面。一是使用LED灯具节能。在实践过程中，随着城市化建设的加快，城市系统的规模和耗电量与日俱增，为了实现节能减耗的目标，可以将传统的钠灯更换为LED灯，从而减少能源消耗。LED节能特性表现为：①发光效率较高，钠灯为90~140lm/W，LED灯则为50~200lm/W；②光源耗电量较少，LED单管功率为0.03~0.06W，在直流驱动模式下，单管驱动电压为1.5~3.5V。在同样照明效果下，耗电量为钠灯的十分之一。二是使用材料节能。在使用材料节能方面，为了实现节能减耗的目标，应在满足使用要求的前提下，尽量选择一些自身能耗较低的材料，并降低材料的使用量。例如在材料选择方面，钢芯高导电率硬铝绞线、铝合金芯铝绞线、全铝合金绞线皆属于节能型材料，电气和机械性能基本相同，节能效果良好。在材料使用方面，应合理设置路灯数量，科学布线，尽量减少材料使用量，从而实现节能降耗的目标。

3.2平台节能降耗

新形势下城市道路照明管控平台的建设，应体现节能降耗理念，从而提升设计的合理性。一是控制系统选择。通过上述研究，城市道路照明管控系统较多，且各有优缺点，从节能降耗和控制效果等角度分析，应尽量选择无线远程监控系统，可以减少连接线路材料的使用量和电损耗量。除此以外，对于控制平台运行所需能源，可以使用太阳能、风能等，并设置相应的储能装置，保证能量供给，从而实现节约电能的目标。新时期背景下，可以对道路照明管控平台实现系统集成，即同一个管理软件层面实现不同功能控制需求，形成大融合的集成控制，减少设备数量，节能效果明显。二是有效使用5G多功能智慧路灯杆。5G多功能智慧路灯杆，属于智慧路灯系统建设中的重要内容，具有节能、环保、智能化控制等方面的特点。其系统组成主要包括感知输出设备、通信控制设备、数据指令流程。其中，感知输出设备负责对前端数据进行感知和输出，具体由照明灯、传感器、一键报警器、摄像头、音频广播、LED屏等组成。通信控制设备负责对输出设备数据采集、通信和控制等进行感知，具体可以选择路灯专用网关、RTU等。数据指令流程是指将通信控制设备下端与感知输出设备通过RS232、RS485等接口相连，从而进行设备控制和数据采集，在通信设备上行方面，可以选择4G、有线等与平台建立连接关系，实现信息实时传输。在照明系统控制方面，采取单灯/灯群控制模式，一些城市采用集中控制模式，把单灯控制器（控制终端）向灯杆进行延伸，能够实现分别控制单盏灯具的目的，充分实现精细化可通知目标，能够改变控制对象，完全突破接线方式与线路布局的限制，促使多控制策略的执行更加便捷与灵活，通过延伸控制终端为节能降耗提供良好发展空间。单灯控制模式能够剔除台区供电范围中有关地段，不采用半夜灯工作模式，对于其他路段采用半夜灯模式不会产生影响。另外，单灯控制模式能够实现任意分区组与分时目标，有效强化节能效率［3］。5G多功能智慧路灯杆可以根据场景需求进行节能控制策略制定，延长灯具使用寿命，实现智能化节能。与此同时，还可以对设备的状态进行在线监测，并及时告警，及时进行调控和管理。除此以外，还可以对比分析灯具能耗情况、亮灯率、故障率等情况，优化相应的节能管理策略。

3.3分布式路灯节能控制

路灯节能主要通过分布式与集中式，其中分布式控制能够控制单盏路灯电压，有效防止发生首端电压比额定电压高的问题。分布式路灯控制系统属于计算机网络控制系统，在节能控制与路灯管理等方面具有良好应用效果，核心环节是监管中心系统、监控终端、控制器等［4］。控制器通过分布式模式进行安装，对各盏路灯进行有效控制，主要是由监控终端展开管控，1条路灯主要由1个监控终端与不同控制器构成，通信方式采用电力线、无线与有线等不同方式。1个城市道路照明是由若干条路灯构成，并通过计算机实现控制与管理。路灯监管中心与控制终端可以选择有线通信，借助此种方法可以对道路照明展开数字化管理、监测与控制。邳州市采用该方式，电压调节范围为220~60V，有效提高控制系统调压以及自动稳压等功能，借助有效控制区域内路灯照度，促使城市照度得到充分优化，有效提高电能消耗合理性，节能效果超过25%。通过软启动方式，充分控制灯泡受到电流浪涌冲击的影响，灯泡使用寿命延长4倍左右。另外，借助电力电子技术达到了零电流与零电压目的，充分延长控制器中继电器使用期限，保证电气寿命达到机械寿命状态，有效延长系统使用期限。路灯终端与控制器工作温度为-30~80℃，无故障时间的MTBF超出50000h。

3.4精细化控制通信保障

要想保证照明系统的节能效果，需要保证运行控制的精细性与灵活性，“按需照明”一般通过把台区控制终端向灯杆延伸的方式实现这一目标，能够控制单盏灯具，这是实现照明地段分组、时段分组等方面策略的基础保障，不仅能够满足“按需照明”需求，同时能够有效满足节能需要［5］。在延伸控制终端过程中，主要问题为需要制定低运行成本与低投入的通信方案，现阶段单灯控制器与集中控制器主要通过微功率无线或是PLC等技术手段实现通信。因为道路照明基本上采用HID光源，镇流器类型以及灯具种类较多，同时还存在补偿电容，均会对微功率无线与PLC通信方式的可靠性产生影响，通信状态无法保证照明环节中控制过程要求得到满足，进而无法顺畅传达控制指令，无法有效执行控制策略，影响最终节能质量。以互联网技术为基础的路灯节能方案相比其他照明系统，主要是在单灯控制器和台区集中器的通信方式上存在差异。采用WPLC技术可有效提高通信可靠性与稳定性，进而提高控制过程中的流畅性与精准性。WPLC技术简介：首先调制信号特征，持续时间低于1.2ms，频谱保持在200~550Hz，其中315Hz是密度最大点；其次，调制信号传输，在15Hz时，频谱是6倍的工频，电力线传输的衰减度较低，远远低于PLC衰减度，频谱相应的1/4波长最长能够达到375km，远高于路灯配线长度，并且能够避免出现驻波现象，补偿电容与分布参数不会影响调制信号。综上所述，实施节能降耗规划工作是为了响应我国“低碳生活、节能减排”的发展理念，减少资源消耗，控制二氧化碳排放，进一步树立“科技环保，提高能源利用率”的城市形象。在实际工作中，可以使用LED光源、5G多功能智慧路杆、集成控制平台、精细化控制通信保障、分布式路灯节能控制等策略提高照明管控效果，进而实现节能降耗的目标。

参考文献

［1］高益锋.智慧城市道路照明系统关键技术研究与应用［J］.电子世界，2020（14）：161-162.

［2］张镇强，付荣伟.关于城市道路照明节能的技术、理念与体会［J］.城市照明，2017（3）：37-40.

［3］栾健.电气工程节能技术在建筑工程照明设计中的应用［J］.江苏科技信息，2020（5）：48-50.

［4］王兆明.关于市政道路照明设计及节能对策分析［J］.经济视野，2017（2）：162.

［5］高勤有.智能照明系统在高校教学楼建筑节能改造中的应用探讨［J］.江苏科技信息，2019（3）：51-53.

作者：马连晔 单位：江苏省邳州市灯桥管理处