电力载波通信技术的路灯单灯控制系统研究

电力载波通信技术的路灯单灯控制系统研究

刘晓媛

天津市路灯管理处天津市300151

摘要：道路照明是城市公共设施的组成部分，随着城市化建设步伐的加快，城市建设的发展对道路及景观照明的节能提出了新的要求，这使城市照明管理的难度越来越大，运营成本也越来越高。目前国内照明管理普遍实行集中控制，已不能满足照明管理部门对城市照明的控制、节能、故障监测、亮灯率等方面提出的更高的管理要求。这就迫切需要一种更现代化的管理系统平台，使照明管理部门提高管理效率的同时又可以有效降低运行成本。因此单灯控制成为目前路灯应用中可以实现的最佳解决方案之一。进行单灯控制才能较好地实现整个路灯系统的最佳节能和最低维护成本目标。

关键词：电力载波；通信技术；路灯单灯；控制系统；分析

引言：在城市的公共设施中，道路照明是其中的组成部分之一，随着城市建设发展的加快，对道路照明在许多方面提出了更高的要求，例如节能、故障监测、控制等，这加大了城市的照明管理难度，提高了运营成本。为了能够提高照明管理的效率、减少运行成本，这就需要使用现代化管理系统。单灯控制系统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，上升到对城市内每一盏路灯的直接管理、控制及状态监测，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，满足了现代化城市精细化管控的需要。

1.系统的实现方式

单灯控制有很多种实现方式，目前流行的有低压电力载波通信(PLC)技术和Zigbee无线通信技术两种方式。电力载波通信技术指利用现有的路灯传输电力的线路作为通信信道来传输数字信号，通过LC谐振电路和功率放大电路将信号调制到高频载波上进行传输的一种通信方式。即路灯之间仅使用现有的电力线作为基础架构，就可以实现数据的通信，不需要重新做任何的布线和修改，对输电线也没有任何特殊的要求。Zigbee通信技术是利用电磁波信号进行数字信号通信，需在一个路灯段内每一个路灯杆上的路灯镇流器中都内置一个Zigbee无线通信模块，电磁波信号构成一个无线通信子网在自由空间中传播，不需要物理连接线。

2.系统的总体构架

单灯控制系统以现有的低压电力线为基础，将单灯控制器安装在每盏路灯内，每个控制器控制3个光源，利用载波通信技术对每个光源进行状态检测和开关控制，能够及时发现单灯故障及断路等问题。单灯控制系统可以做到按需开闭，达到分散节能、定位方便、节约维修管理和巡查成本、保证亮灯率等目的。单灯控制系统是同传统的路灯监控系统相结合的一个完整的监控系统。单灯控制系统作为二级网络系统处于整个完整的监控系统底层。其主要包括上位机软件、ＲTU、智能集中器、单灯控制器等，采用电力线载波通信技术实时监测和控制每一盏灯，实现单灯的智能控制，包括实时检测单灯的运行状态:电压、电流、消耗功率、功率因数等。实现按需照明，同时在线对单灯故障如灯具失效等报警。单灯控制系统的智能集中器以32位AＲM核为主控CPU，以美国埃施朗公司电力线载波芯片为通信CPU，实现与单灯的载波通信。主控芯片采用当前流行的嵌入式实时操作系统，实现多任务的处理、调度、同步和互斥。单灯控制器以32位AＲM核为主控CPU，主控CPU负责电压、电流、功率因数和电能量采集，通信CPU负责电力线数据收发，实现与智能集中器的通信，两个CPU的架构实现负载均衡，使单灯控制器具有较强的计算能力和通信能力。智能嵌入式软件采用动态蚁群算法，具有正反馈、分布式计算和富于建设性的贪婪启发式搜索的特点，具有较高的动态路由搜索准确度和效率，组网方式采用自动组网的方式，根据电力载波通信网络的负荷动态调整路由寻址算法。

3.电力载波路灯单灯控制系统的功能

一是单灯与其关联点的设定。单灯系统即能够独立设定每个单灯的开关控制计划，也能把全部的单灯控制点或者若干个关联点设定成共用的开关控制计划。有许多的开关控制计划可以采取，例如“仅开快车道”“仅开慢车道”“间隔亮灯”“全开”等，可以按照所需要求或所处道路情况来分时分段的设定。二是监测电压、电流。可监测电压、电流。可以自动地辨别单灯的故障与报警，因为每盏灯在运行过程中，它的工作电流是固定的，功率值不相同的灯，工作电流也不一样，但是其值是一直稳定的。所以，系统可以检查并测试此灯在工作中的实际电流，与其额定电流做对比，检查对比结果，就能够对该灯的工作状态进行判断，从而夜间巡逻可以取消，节省人力成本。三是数据信息显示简洁。数据信息的显示方式变得简洁了。采取列表格式分栏的方式来显示出单灯的所有数据信息，例如电流电压的模拟量、系统设定计划、开关情况、收集灭灯数据等数据信息。在查询页面中，还能够按照所选择的日期来查看历史数据。

4.电力载波路灯单灯控制系统应用价值

一是灵活的控制方式。在城市路灯管理中，通常会采用半夜灯模式(部分路灯在下半夜会关闭)，来达到节能的目的。此种模式具有严格的路灯线路要求，对各线路所连接的路灯情况要熟悉，防止半夜灯模式下，三相不平衡或者单相线路的负荷过大的现象出现，从而引起线路发生故障。在使用单灯控制系统之后，路灯关闭计划能够按照实际情况的需求来制定，可以对景观灯、慢车道和快车道都制定开关模式，可以实现夏季和冬季，阴雨天和晴天不同时段开关灯的人性化控制需求。部分路灯具有特殊的功能，例如LED灯具有调光的功能，控制其调光的输出，可以实现节能的目的。在部分车、人流量变化比较大的路段，还能采取在黎明前恢复亮灯的模式。二是良好的节能效果。节约能源，降低损耗的效果十分明显，提升绿色照明的标准并降低二氧化碳的排放量。把试点的闽江大道路段为例，每套路灯都包括了一个400W和一个150W的光源，每天晚上18:00的时候开灯，在晚上23:00时执行节能模式。若在早上6:00的时候关灯，则采用在下半夜只保留400W的光源，这样可以节省27%的电能，确保了良好的节能效果。在不重要的路段还可以选用隔盏亮灯的方式，实现更大化的节能效益。三是降低巡修成本。在实际的单灯控制系统施工中，需要牵涉到路段上的每根灯杆，所以每根路灯的灯杆都能得到关于其接入电源的相序、地理位置、装设灯具的种类等信息。在实际施工的过程中，在监控软件内输入这些数据信息，就能够形成关于此路段路灯的数据信息库，若软件在对报警故障进行处理，则提供相应的有关数据信息就能迅速地对故障地点开始定位，并分析出现故障的类型，有利于维修员排查故障，加以处理。

总结：

在路灯单灯控制系统合理地运用电力载波通信技术，可以有效地监控路灯的运行状态。实践证明，它的优点是造价低廉、安装简捷，传输线路广泛等，不仅可以对每盏灯运行的状态进行实时检测，而且可以节能，能够及时地发现故障，并立刻处理。由于运用了电力载波通信技术的单灯控制系统，使得城市的照明管理措施与方式得到了提升，同时也提高了工作效率。

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