淺析智能照明控制系統(tǒng)在水電站的設計與應用

摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的快速提高，人們對于照明系統(tǒng)的要求也從傳統(tǒng)的保證亮度逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾轿蝗矫娴男枨蟆．斍暗恼彰飨到y(tǒng)除了為所處環(huán)境提供足夠的明亮度以外，還要具備良好的控制能力，這樣有利于實現(xiàn)節(jié)能降耗，減少運行費用的目標。尤其是在水電站中的照明系統(tǒng)，更需要具有強大的智能控制功能。基于此點，本文首先對智能照明控制系統(tǒng)概述，并在此基礎上提出智能照明控制系統(tǒng)在水電站中的設計與應用。

關鍵詞：智能照明系統(tǒng)；水電站；設計應用

引言

現(xiàn)階段，隨著科學技術水平的不斷進步和發(fā)展，各個領域?qū)τ谡彰飨到y(tǒng)的智能化要求也越來越高。水電站由于本身的特殊性，故此對照明系統(tǒng)系統(tǒng)的要求更高。而我國大部分水電站中仍在使用傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在功能上不太完善，從而使得能源消耗過大，致使水電站每年都會在電能上產(chǎn)生較大的費用，為此，要采取有效地的措施改變這一現(xiàn)狀。智能照明系統(tǒng)以其自身強大功能及諸多特點，目前已被廣泛應用于各個領域當中。借此本文就智能照明系統(tǒng)在水電站中的設計與應用進行淺談。

一、智能照明控制系統(tǒng)概述

既然談及了智能照明控制系統(tǒng)，那么要首先介紹一下傳統(tǒng)的照明控制，雖未傳統(tǒng)的照明控制主要是指主電源經(jīng)由配電箱后分為多個支路，再由各個支路向不同燈具設備進行供電，對燈具開關的控制通常是由串接在回路中的單控或雙控開關來完成的。也就是這種照明控制僅能進行簡單的燈具開或關的控制，并不能進行系統(tǒng)管理。而對于智能照明控制系統(tǒng)而言，其主電源主要采用的是控制模塊、串接調(diào)光模塊以及編程單元等，同時可以根據(jù)設計者的具體要求，將其回路設置為多路可調(diào)光的輸出回路。其中燈具的開關機明暗程度調(diào)節(jié)可有饋出回路完成，并且該回路還可實現(xiàn)燈光場景的預設置，以上回路的控制均由可編程的多功能面板予以實現(xiàn)。多功能控制面板與系統(tǒng)中各個模塊的間控制信息主要有通信總線進行互連，并在各模塊與面板間設置中央處理裝置及接口電路，分布在現(xiàn)場中的各個控制器及控制面板均可通過編程后對各回路進行控制。智能照明控制系統(tǒng)有著傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的優(yōu)勢，其具體特點如下：其一，擴展功能強大。系統(tǒng)本身采用的是中央處理器的方式進行工作，并且結(jié)構(gòu)以開放式為主，從而使得該系統(tǒng)具有較為強大的可擴展性；其二，良好的兼容性。該智能系統(tǒng)能夠和與之相關的各種類型的產(chǎn)品進行網(wǎng)絡通信連接，這是傳統(tǒng)系統(tǒng)不具備的；其三，具有強大的控制模式。可以采用多種人際控制模式對系統(tǒng)進行有效地控制；其四，可實現(xiàn)自動化控制。通過相關的網(wǎng)絡通信協(xié)議，可以進行各節(jié)點之間的通信，并且能夠為 BAS 系統(tǒng)提供控制接口，從而達到實現(xiàn)自動化控制的目的；其五，可實現(xiàn)系統(tǒng)集成，并能夠為較為大型的建筑群體照明提供有效的控制方案；其六，線路簡單易于安裝和維護，較之傳統(tǒng)照明系統(tǒng)相比能節(jié)約工程工期總時間的 20%左右；其七，能夠節(jié)約能源消耗。系統(tǒng)中運用了先進的電力電子技術，可按照各種不同狀況對室內(nèi)燈光進行調(diào)節(jié)，從而在一定程度上節(jié)約能源消耗。

二、智能照明控制系統(tǒng)在水電站中的設計與應用

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成

智能照明控制系統(tǒng)按網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，大致有兩種型式，總線式和以星形結(jié)構(gòu)為主的混合式。后者可靠性較高，故障診斷和排除簡單，存取協(xié)議簡單，傳輸速度較高。一般智能照明控制系統(tǒng)都為數(shù)字式照明管理系統(tǒng)，它由系統(tǒng)單元，輸人單元和輸出單元三部分組成，各種形式的單元簡述如下:

（1）系統(tǒng)單元:

用于提供工作電源，源系統(tǒng)時鐘及各種系統(tǒng)的接口，包括系統(tǒng)電源、各種接口，網(wǎng)絡橋。主系統(tǒng)對各區(qū)域?qū)嵤┫嗤目刂坪托盘柌蓸拥木W(wǎng)絡；子系統(tǒng)則對各分區(qū)實施不同具體控制的

網(wǎng)絡。主系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間通過信息等元件連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

（2）輸人單元:

用于將外部控制信號變換成網(wǎng)絡上傳輸?shù)男盘?如可編程的多功能輸人開關、紅外線接收開關及紅外線遙控器。各種型式及多功能的控制板，各種功能傳感器(如紅外線傳感器可

感知人的活動以控制燈具或其他負載的開關)，通過對周圍環(huán)境的亮度的檢測，調(diào)整光源的亮度，使周圍環(huán)境保持適宜的照度，以達到有效利用自然光，節(jié)約電能。

（3）輸出單元:

智能控制系統(tǒng)的輸出單元是用于接受來自網(wǎng)絡傳輸?shù)男盘枺刂葡鄳芈返妮敵鲆詫崿F(xiàn)實時控制。輸出單元有各種型式的繼電器。調(diào)光器(以負載電流為調(diào)節(jié)對象，除調(diào)光功能外，

還可用作燈具的軟啟動，軟關閉)模擬量輸出單元，照明燈具調(diào)光接口等。

2系統(tǒng)的功能

（1） 智能系統(tǒng)設有基于實時操作系統(tǒng)的中央監(jiān)控裝置和 PF-GA控制下的調(diào)壓裝置，對整個系統(tǒng)實施中央監(jiān)控和分組輸出電壓調(diào)節(jié)，以便隨時調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場效果，并提供系統(tǒng)各種接口及軟件資源。

（2） 中央監(jiān)控裝置上的觸摸屏提供了實時的圖形操作界面，在特殊情況下可以脫離主控室監(jiān)控機進行就地全權操作。

（3） FPGA 控制下的調(diào)壓裝置核心采用先進的串聯(lián)調(diào)整式智能穩(wěn)壓技術，具有分區(qū)域多路輸出，可以根據(jù)中央監(jiān)控發(fā)出的指令調(diào)整各路輸出電壓。采用 FPGA 高速控制器件，保障了調(diào)壓裝置的瞬態(tài)響應速度和安全穩(wěn)定性。

（4） 具有燈具異常啟動和自動保護的功能, 具有燈具啟動時間，累計記錄，和燈具使用壽命的統(tǒng)計功能。

（5） 在出現(xiàn)供電故障情況下，具有雙路供電柜自動切換并啟動應急照明燈組的功能；系統(tǒng)在特殊分組區(qū)域內(nèi)設有小型智能控制配電柜，設有自動 / 手動轉(zhuǎn)換開關，以便必要時對各燈組的開、關進行手動操作。

3 系統(tǒng)預期使用效果

（1） 實現(xiàn)照明的人性化:由于不同的區(qū)域?qū)φ彰髻|(zhì)量的要求不同，要求調(diào)整控制照度，以實現(xiàn)場景控制、定時控制、多點控制等各種控制方案。方案靈活性能進一步保證照明質(zhì)量。

（2） 提高管理水平:將傳統(tǒng)的開關控制照明燈具的通斷，轉(zhuǎn)變成智能化的管理，使高素質(zhì)的管理意識用于系統(tǒng)，以確保照明的質(zhì)量。

（3） 節(jié)約能源: 利用智能傳感器感應室外亮度來自動調(diào)節(jié)燈光，以保持室內(nèi)恒定照度，既能使室內(nèi)有*佳照明環(huán)境，又能達到節(jié)能的效果。根據(jù)各區(qū)域的工作運行情況進行照度設定，并按時進行自動開、關照明。同時，試驗證明對于場地照明用的 220V 鹵素燈等，在 160V 低壓運行時，照度下降 10%，節(jié)能達到 35 %，使系統(tǒng)能*大限度地節(jié)約能源。

（4） 延長燈具使用壽命:由于電網(wǎng)過電壓越高，燈具壽命將會成倍地降低，反之，則燈具壽命將成倍地延長，因此應用此系統(tǒng)防止過電壓并適當降低工作電壓能達到延長燈具壽命的目的。

三、安科瑞電氣針對水廠用電推出能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，要點監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

1.保障供電可靠性

對污水廠配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV配置多功能計量儀表，用于監(jiān)測各回路的電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

污水廠存在大量的非線性負載，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施進一步提高供電可靠性。

圖2 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺主接線圖

2.建立能源計量體系

AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過搭建計量體系，采集污水處理廠能源數(shù)據(jù)，顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量，并且可細化到樓層、車間、產(chǎn)線、班組、工序，計算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬元產(chǎn)值能耗，從而計算出能耗總量和單位能耗。

圖3 能源流向圖

3.數(shù)據(jù)集抄并實時計量

AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺提供自定義時間抄表功能，可以在任意時間，任意地點，完成對企業(yè)的三級計量體系數(shù)據(jù)閱覽，減少了人工投入。同時各類保護、儀表主動定時上傳數(shù)據(jù)，保證了能源時效性，為其節(jié)能降耗，提供了基礎數(shù)據(jù)支撐。

圖4 數(shù)據(jù)集抄報表

4. 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)

AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風力發(fā)電站，為企業(yè)提供分布式電站運行監(jiān)測和發(fā)電日/月/年/累計收益和減排分析，支持自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。在儲能環(huán)節(jié)，平臺接入BMS和PCS數(shù)據(jù)，支持充放電配置策略，并對電池管理系統(tǒng)提供實時預警，根據(jù)其負荷特點，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水廠碳排放。

圖5 分布式光伏電站監(jiān)測運維

5. 提升主要用能設備能效

污水處理廠中有著大量的電機、水泵，其中污水提升泵和鼓風曝氣能耗占據(jù)了工藝能耗中的大多數(shù)，平臺針對這些工藝設備進行監(jiān)測分析，工藝之間橫向比較，尋找具有調(diào)控潛力的用電設備、工藝單元，幫助用戶發(fā)現(xiàn)其能效提升空間并提供解決方案，找到好的運行區(qū)域，顯著降低能源消耗。

圖6 管網(wǎng)圖和能效監(jiān)測

6. 報警及時推送

平臺提供能源報警功能，一旦發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏，能源消耗異常，電參量異常等情況，能提供多種方式的報警，包括但不限于郵件、短信、釘釘推送等。

圖7 報警記錄與管理

7. 加強運維管理

加強巡視維護工作，及時發(fā)現(xiàn)或消除設備隱患，提高供電可靠性。配置重要設備包括變壓器、電氣柜、高壓電纜、空調(diào)主機、水泵、鼓風機等設備信息，配置二維碼，快速在移動端獲取設備信息、設備維修歷史記錄以及解決問題的常用辦法。

故障預判和快速診斷功能將以往出現(xiàn)問題再采取措施的被動檢修維護政為主動出擊、防患于未然的主動運維模式。既可以使運維管理工作更從容。還大大提高系統(tǒng)的保障性和可靠性。

1. 智能照明控制系統(tǒng)

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

五、結(jié)語

總而言之，對于電能消耗量較大的水電站而言，為了盡可能降低能源消耗，減少運行費用，要重視智能照明系統(tǒng)的設計與應用。智能照明系統(tǒng)以其在能源節(jié)約上的優(yōu)勢，必然會在未來得到更加廣泛的應用。

參考文獻

[1]毛 燕.智能照明系統(tǒng)在水電站中的設計與應用.吉林省水利水電勘測設計研究院.吉林 .長春 .

[2]李建祥.照明智能控制系統(tǒng)在火溪河流域電站的開發(fā)及應用[J].四川水力發(fā)電.2010（12）

[3]周曉偉,蔡建平,鄭增威,應晶.基于 ZigBee 傳感網(wǎng)的樓宇智能照明控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與科學,2009(8).

[4]張曙光.智能照明系統(tǒng)及其工程應用[J].電力技術,2009(6).

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2020.06版.

作者簡介

陳德信，男，現(xiàn)任職于 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究智能配電在水利行業(yè)的應用

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