淺析智能照明控制系統在水電站的設計與應用

摘要：近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟水平的快速提高，人們對于照明系統的要求也從傳統的確保亮度逐漸轉變?yōu)槎喾轿蝗矫娴男枨?。當的照明系統除了為所處環(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(shí)現節能降耗，減少運行費用的目標。尤其是在水電站中的照明系統，更需要具有強大的智能控制功能?；诖它c(diǎn)，本文先對智能照明控制系統概述，并在此基礎上提出智能照明控制系統在水電站中的設計與應用。

關(guān)鍵詞：智能照明系統；水電站；設計應用

引言

現階段，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，各個(gè)域對于照明系統的智能化要求也越來(lái)越高。水電站由于本身的特殊性，故此對照明系統系統的要求更高。而我國大部分水電站中仍在使用傳統的照明控制系統，這種系統在功能上不太完善，從而使得能源消耗過(guò)大，致使水電站每年都會(huì )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狀。智能照明系統以其自身強大功能及諸多特點(diǎn)，目已被廣泛應用于各個(gè)域當中。借此本文就智能照明系統在水電站中的設計與應用進(jìn)行淺談。

一、智能照明控制系統概述

既然談及了智能照明控制系統，那么要先介紹一下傳統的照明控制，雖未傳統的照明控制主要是指主電源經(jīng)由配電箱后分為多個(gè)支路，再由各個(gè)支路向不同燈具設備進(jìn)行供電，對燈具開(kāi)關(guān)的控制通常是由串接在回路中的單控或雙控開(kāi)關(guān)來(lái)完成的。也就是這種照明控制僅能進(jìn)行簡(jiǎn)單的燈具開(kāi)或關(guān)的控制，并不能進(jìn)行系統管理。而對于智能照明控制系統而言，其主電源主要采用的是控制模塊、串接調光模塊以及編程單元等，同時(shí)可以根據設計者的具體要求，將其回路設置為多路可調光的輸出回路。其中燈具的開(kāi)關(guān)機明暗程度調節可有饋出回路完成，并且該回路還可實(shí)現燈光場(chǎng)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(shí)現。多功能控制面板與系統中各個(gè)模塊的間控制信息主要有通信總線(xiàn)進(jìn)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，分布在現場(chǎng)中的各個(gè)控制器及控制面板均可通過(guò)編程后對各回路進(jìn)行控制。智能照明控制系統有著(zhù)傳統照明系統無(wú)法比擬的優(yōu)勢，其具體特點(diǎn)如下：其一，擴展功能強大。系統本身采用的是中央處理器的方式進(jìn)行工作，并且結構以開(kāi)放式為主，從而使得該系統具有較為強大的可擴展性；其二，良好的兼容性。該智能系統能夠和與之相關(guān)的各種類(lèi)型的產(chǎn)品進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通信連接，這是傳統系統不具備的；其三，具有強大的控制模式?？梢圆捎枚喾N人際控制模式對系統進(jìn)行有效地控制；其四，可實(shí)現自動(dòng)化控制。通過(guò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，可以進(jìn)行各節點(diǎn)之間的通信，并且能夠為 BAS 系統提供控制接口，從而達到實(shí)現自動(dòng)化控制的目的；其五，可實(shí)現系統集成，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(xiàn)路簡(jiǎn)單易于安裝和維護，較之傳統照明系統相比能節約工程工期總時(shí)間的 20%左右；其七，能夠節約能源消耗。系統中運用了電力電子技術(shù)，可按照各種不同狀況對室內燈光進(jìn)行調節，從而在一定程度上節約能源消耗。

二、智能照明控制系統在水電站中的設計與應用

1 系統的結構和組成

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

（1）系統單元:

用于提供工作電源，源系統時(shí)鐘及各種系統的接口，包括系統電源、各種接口，網(wǎng)絡(luò )橋。主系統對各區域實(shí)施相同的控制和信號采樣的網(wǎng)絡(luò )；子系統則對各分區實(shí)施不同具體控制的

網(wǎng)絡(luò )。主系統和子系統之間通過(guò)信息等元件連接，實(shí)現數據傳輸。

（2）輸人單元:

用于將外部控制信號變換成網(wǎng)絡(luò )上傳輸的信號;如可編程的多功能輸人開(kāi)關(guān)、紅外線(xiàn)接收開(kāi)關(guān)及紅外線(xiàn)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(xiàn)傳感器可

感知人的活動(dòng)以控制燈具或其他負載的開(kāi)關(guān))，通過(guò)對周?chē)h(huán)境的亮度的檢測，調整光源的亮度，使周?chē)h(huán)境保持適宜的照度，以達到有效利用自然光，節約電能。

（3）輸出單元:

智能控制系統的輸出單元是用于接受來(lái)自網(wǎng)絡(luò )傳輸的信號，控制相應回路的輸出以實(shí)現實(shí)時(shí)控制。輸出單元有各種型式的繼電器。調光器(以負載電流為調節對象，除調光功能外，

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

2系統的功能

（1） 智能系統設有基于實(shí)時(shí)操作系統的中央監控裝置和 PF-GA控制下的調壓裝置，對整個(gè)系統實(shí)施中央監控和分組輸出電壓調節，以便隨時(shí)調節照明的現場(chǎng)效果，并提供系統各種接口及軟件資源。

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

（3） FPGA 控制下的調壓裝置核心采用串聯(lián)調整式智能穩壓技術(shù)，具有分區域多路輸出，可以根據中央監控發(fā)出的指令調整各路輸出電壓。采用 FPGA 高速控制器件，保障了調壓裝置的瞬態(tài)響應速度和安全穩定性。

（4） 具有燈具異常啟動(dòng)和自動(dòng)保護的功能, 具有燈具啟動(dòng)時(shí)間，累計記錄，和燈具使用壽命的統計功能。

（5） 在出現供電故障情況下，具有雙路供電柜自動(dòng)切換并啟動(dòng)應急照明燈組的功能；系統在特殊分組區域內設有小型智能控制配電柜，設有自動(dòng) / 手動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)，以便必要時(shí)對各燈組的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行手動(dòng)操作。

3 系統預期使用效果

（1） 實(shí)現照明的人性化:由于不同的區域對照明質(zhì)量的要求不同，要求調整控制照度，以實(shí)現場(chǎng)景控制、定時(shí)控制、多點(diǎn)控制等各種控制方案。方案靈活性能進(jìn)一步確保照明質(zhì)量。

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

（3） 節約能源: 利用智能傳感器感應室外亮度來(lái)自動(dòng)調節燈光，以保持室內恒定照度，既能使室內有*佳照明環(huán)境，又能達到節能的效果。根據各區域的工作運行情況進(jìn)行照度設定，并按時(shí)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)、關(guān)照明。同時(shí)，試驗證明對于場(chǎng)地照明用的 220V 鹵素燈等，在 160V 低壓運行時(shí)，照度下降 10%，節能達到 35 %，使系統能*大限度地節約能源。

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

三、安科瑞電氣針對水廠(chǎng)用電推出能效管理解決方案－－AcrelEMS-SW智慧水務(wù)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(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，要點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

1.保障供電可靠性

對污水廠(chǎng)配電系統中35kV、10kV電壓等配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV配置多功能計量?jì)x表，用于監測各回路的電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)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、事故報警及記錄等。

污水廠(chǎng)存在大量的非線(xiàn)性負載，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、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(jìn)一步提高供電可靠性。

圖2 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺主接線(xiàn)圖

2.建立能源計量體系

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)搭建計量體系，采集污水處理廠(chǎng)能源數據，顯示污水處理廠(chǎng)的能源流向和能源損耗，通過(guò)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域幫助其了解各工藝環(huán)節能源消耗量，并且可細化到樓層、車(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、班組、工序，計算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬(wàn)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.數據集抄并實(shí)時(shí)計量

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺提供自定義時(shí)間抄表功能，可以在任意時(shí)間，任意地點(diǎn)，完成對企業(yè)的三計量體系數據閱覽，減少了人工投入。同時(shí)各類(lèi)保護、儀表主動(dòng)定時(shí)上傳數據，確保了能源時(shí)效性，為其節能降耗，提供了基礎數據支撐。

圖4 數據集抄報表

4. 優(yōu)化能源結構

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風(fēng)力發(fā)電站，為企業(yè)提供分布式電站運行監測和發(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，平臺接入BMS和PCS數據，支持充放電配置策略，并對電池管理系統提供實(shí)時(shí)預警，根據其負荷特點(diǎn)，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水廠(chǎng)碳排放。

圖5 分布式光伏電站監測運維

5. 提升主要用能設備能效

污水處理廠(chǎng)中有著(zhù)大量的電機、水泵，其中污水提升泵和鼓風(fēng)曝氣能耗占據了工藝能耗中的大多數，平臺針對這些工藝設備進(jìn)行監測分析，工藝之間橫向比較，尋找具有調控潛力的用電設備、工藝單元，幫助用戶(hù)發(fā)現其能效提升空間并提供解決方案，找到好的運行區域，顯著(zhù)降低能源消耗。

圖6 管網(wǎng)圖和能效監測

6. 報警及時(shí)推送

平臺提供能源報警功能，一旦發(fā)現跑冒滴漏，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、信息、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(shí)發(fā)現或消除設備隱患，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、空調主機、水泵、鼓風(fēng)機等設備信息，配置二維碼，快速在移動(dòng)端獲取設備信息、設備維修歷史記錄以及解決問(wèn)題的常用辦法。

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

1. 智能照明控制系統

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適的目的。

五、結語(yǔ)

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的設計與應用。智能照明系統以其在能源節約上的優(yōu)勢，必然會(huì )在未來(lái)得到更加廣泛的應用。