淺析智能照明控制系統(tǒng)在水電站的設(shè)計與應(yīng)用

摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的快速提高，人們對于照明系統(tǒng)的要求也從傳統(tǒng)的確保亮度逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾轿蝗矫娴男枨?。?dāng)?shù)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(biāo)。尤其是在水電站中的照明系統(tǒng)，更需要具有強(qiáng)大的智能控制功能?；诖它c，本文先對智能照明控制系統(tǒng)概述，并在此基礎(chǔ)上提出智能照明控制系統(tǒng)在水電站中的設(shè)計與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能照明系統(tǒng)；水電站；設(shè)計應(yīng)用

引言

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，各個域?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(qiáng)大功能及諸多特點，目已被廣泛應(yīng)用于各個域當(dāng)中。借此本文就智能照明系統(tǒng)在水電站中的設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)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(shè)備進(jìn)行供電，對燈具開關(guān)的控制通常是由串接在回路中的單控或雙控開關(guān)來完成的。也就是這種照明控制僅能進(jìn)行簡單的燈具開或關(guān)的控制，并不能進(jìn)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(shè)計者的具體要求，將其回路設(shè)置為多路可調(diào)光的輸出回路。其中燈具的開關(guān)機(jī)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(yù)設(shè)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(jìn)行互連，并在各模塊與面板間設(shè)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(jìn)行控制。智能照明控制系統(tǒng)有著傳統(tǒng)照明系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，其具體特點如下：其一，擴(kuò)展功能強(qiáng)大。系統(tǒng)本身采用的是中央處理器的方式進(jìn)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(qiáng)大的可擴(kuò)展性；其二，良好的兼容性。該智能系統(tǒng)能夠和與之相關(guān)的各種類型的產(chǎn)品進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信連接，這是傳統(tǒng)系統(tǒng)不具備的；其三，具有強(qiáng)大的控制模式?？梢圆捎枚喾N人際控制模式對系統(tǒng)進(jìn)行有效地控制；其四，可實現(xiàn)自動化控制。通過相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可以進(jìn)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(dá)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(hù)，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)中運用了電力電子技術(shù)，可按照各種不同狀況對室內(nèi)燈光進(jìn)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(shè)計與應(yīng)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(luò)的拓?fù)浣Y(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(luò)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(luò)；子系統(tǒng)則對各分區(qū)實施不同具體控制的

網(wǎng)絡(luò)。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(luò)上傳輸?shù)男盘?如可編程的多功能輸人開關(guān)、紅外線接收開關(guān)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(fù)載的開關(guān))，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(dá)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(luò)傳輸?shù)男盘枺刂葡鄳?yīng)回路的輸出以實現(xiàn)實時控制。輸出單元有各種型式的繼電器。調(diào)光器(以負(fù)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(guān)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(shè)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(jī)進(jìn)行就地全權(quán)操作。

（3） FPGA 控制下的調(diào)壓裝置核心采用串聯(lián)調(diào)整式智能穩(wěn)壓技術(shù)，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(yīng)速度和安全穩(wěn)定性。

（4） 具有燈具異常啟動和自動保護(hù)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(yīng)急照明燈組的功能；系統(tǒng)在特殊分組區(qū)域內(nèi)設(shè)有小型智能控制配電柜，設(shè)有自動 / 手動轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便必要時對各燈組的開、關(guān)進(jìn)行手動操作。

3 系統(tǒng)預(yù)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(jìn)一步確保照明質(zhì)量。

（2） 提高管理水平:將傳統(tǒng)的開關(guān)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(yīng)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(dá)到節(jié)能的效果。根據(jù)各區(qū)域的工作運行情況進(jìn)行照度設(shè)定，并按時進(jìn)行自動開、關(guān)照明。同時，試驗證明對于場地照明用的 220V 鹵素?zé)舻?，?160V 低壓運行時，照度下降 10%，節(jié)能達(dá)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(yīng)用此系統(tǒng)防止過電壓并適當(dāng)降低工作電壓能達(dá)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(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)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護(hù)、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(qiáng)度，要點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)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(xué)、精細(xì)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

對污水廠配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)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(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)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(fù)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(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)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(xì)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(wù)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)的三計量體系數(shù)據(jù)閱覽，減少了人工投入。同時各類保護(hù)、儀表主動定時上傳數(shù)據(jù)，確保了能源時效性，為其節(jié)能降耗，提供了基礎(chǔ)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(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(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(yù)警，根據(jù)其負(fù)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(shè)備能效

污水處理廠中有著大量的電機(jī)、水泵，其中污水提升泵和鼓風(fēng)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(shè)備進(jìn)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(shè)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、信息、釘釘推送等。

圖7 報警記錄與管理

7. 加強(qiáng)運維管理

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

故障預(yù)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(hù)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(yīng)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(dá)到安全、節(jié)能、舒適的目的。

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(shè)計與應(yīng)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(yīng)用。