关于水电站的智能照明控制系统的设计

浅析智能照明控制系统在水电站的设计与应用

摘要：近年来，随着我国经济水平的快速提，人们对于照明系统的要求也从传统的保证亮度逐渐转变为多方位全方面的需求。当前的照明系统除了为所处环境提供足够的明亮度以外，还必须具备良好的控制能力，这样有利于实现节能降耗，减少运行费用的目标。尤其是在水电站中的照明系统，更需要具有强大的智能控制功能。基于此点，本文首先对智能照明控制系统概述，并在此基础上提出智能照明控制系统在水电站中的设计与应用。

关键词：智能照明系统；水电站；设计应用

引言

现阶段，随着科学技术水平的不断进步和发展，各个领域对于照明系统的智能化要求也越来越。水电站由于本身的特殊性，故此对照明系统系统的要求更。而我国大部分水电站中仍在使用传统的照明控制系统，这种系统在功能上不太完善，从而使得能源消耗过大，致使水电站每年都会在电能上产生较大的费用，为此，必须采取有效地的措施改变这一现状。智能照明系统以其自身强大功能及诸多特点，目前已被广泛应用于各个领域当中。借此本文就智能照明系统在水电站中的设计与应用进行浅谈。

一、智能照明控制系统概述

既然谈及了智能照明控制系统，那么必须首先介绍一下传统的照明控制，虽未传统的照明控制主要是指主电源经由配电箱后分为多个支路，再由各个支路向不同灯具设备进行供电，对灯具开关的控制通常是由串接在回路中的单控或双控开关来完成的。也就是这种照明控制仅能进行简单的灯具开或关的控制，并不能进行系统管理。而对于智能照明控制系统而言，其主电源主要采用的是控制模块、串接调光模块以及编程单元等，同时可以根据设计者的具体要求，将其回路设置为多路可调光的输出回路。其中灯具的开关机明暗程度调节可有馈出回路完成，并且该回路还可实现灯光场景的预设置，以上回路的控制均由可编程的多功能面板予以实现。多功能控制面板与系统中各个模块的间控制信息主要有通信总线进行互连，并在各模块与面板间设置中央处理装置及接口电路，分布在现场中的各个控制器及控制面板均可通过编程后对各回路进行控制。智能照明控制系统有着传统照明系的优势，其具体特点如下：其一，扩展功能强大。系统本身采用的是中央处理器的方式进行工作，并且结构以开放式为主，从而使得该系统具有较为强大的可扩展性；其二，良好的兼容性。该智能系统能够和与之相关的各种类型的产品进行网络通信连接，这是传统系统不具备的；其三，具有强大的控制模式。可以采用多种人际控制模式对系统进行有效地控制；其四，可实现自动化控制。通过相关的网络通信协议，可以进行各节点之间的通信，并且能够为 BAS 系统提供控制接口，从而达到实现自动化控制的目的；其五，可实现系统集成，并能够为较为大型的建筑群体照明提供有效的控制方案；其六，线路简单易于安装和维护，较之传统照明系统相比能节约工程工期总时间的 20%左右；其七，能够节约能源消耗。系统中运用了先进的电力电子技术，可按照各种不同状况对室内灯光进行调节，从而在一定程度上节约能源消耗。

二、智能照明控制系统在水电站中的设计与应用

1 系统的结构和组成

智能照明控制系统按网络的拓扑结构，大致有两种型式，总线式和以星形结构为主的混合式。后者可靠性较，故障诊断和排除简单，存取协议简单，传输速度较。一般智能照明控制系统都为数字式照明管理系统，它由系统单元，输人单元和输出单元三部分组成，各种形式的单元简述如下:

（1）系统单元:

用于提供工作电源，源系统时钟及各种系统的接口，包括系统电源、各种接口，网络桥。主系统对各区域实施相同的控制和信号采样的网络；子系统则对各分区实施不同具体控制的

网络。主系统和子系统之间通过信息等元件连接，实现数据传输。

（2）输人单元:

用于将外部控制信号变换成网络上传输的信号;如可编程的多功能输人开关、红外线接收开关及红外线遥控器。各种型式及多功能的控制板，各种功能传感器(如红外线传感器可

感知人的活动以控制灯具或其他负载的开关)，通过对周围环境的亮度的检测，调整光源的亮度，使周围环境保持适宜的照度，以达到有效利用自然光，节约电能。

（3）输出单元:

智能控制系统的输出单元是用于接受来自网络传输的信号，控制相应回路的输出以实现实时控制。输出单元有各种型式的继电器。调光器(以负载电流为调节对象，除调光功能外，

还可用作灯具的软启动，软关闭)模拟量输出单元，照明灯具调光接口等。

2系统的功能

（1） 智能系统设有基于实时操作系统的中央监控装置和 PF-GA控制下的调压装置，对整个系统实施中央监控和分组输出电压调节，以便随时调节照明的现场效果，并提供系统各种接口及软件资源。

（2） 中央监控装置上的触摸屏提供了实时的图形操作界面，在特殊情况下可以脱离主控室监控机进行就地全权操作。

（3） FPGA 控制下的调压装置核心采用先进的串联调整式智能稳压技术，具有分区域多路输出，可以根据中央监控发出的指令调整各路输出电压。采用 FPGA 速控制器件，保障了调压装置的瞬态响应速度和安全稳定性。

（4） 具有灯具异常启动和自动保护的功能, 具有灯具启动时间，累计记录，和灯具使用寿命的统计功能。

（5） 在出现供电故障情况下，具有双路供电柜自动切换并启动应急照明灯组的功能；系统在特殊分组区域内设有小型智能控制配电柜，设有自动 / 手动转换开关，以便必要时对各灯组的开、关进行手动操作。

3 系统预期使用效果

（1） 实现照明的人性化:由于不同的区域对照明质量的要求不同，要求调整控制照度，以实现场景控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。方案灵活性能进一步保证照明质量。

（2） 提管理水平:将传统的开关控制照明灯具的通断，转变成智能化的管理，使素质的管理意识用于系统，以确保照明的质量。

（3） 节约能源: 利用智能传感器感应室外亮度来自动调节灯光，以保持室内恒定照度，既能使室内有佳照明环境，又能达到节能的效果。根据各区域的工作运行情况进行照度设定，并按时进行自动开、关照明。同时，试验证明对于场地照明用的 220V 卤素灯等，在 160V 低压运行时，照度下降 10%，节能达到 35 %，使系统能大限度地节约能源。

（4） 延长灯具使用寿命:由于电网过电压越，灯具寿命将会成倍地降低，反之，则灯具寿命将成倍地延长，因此应用此系统防止过电压并适当降低工作电压能达到延长灯具寿命的目的。

三、安科瑞电气针对水厂用电推出能效管理解决方案--AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，要点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，提污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

图1 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

1.保障供电可靠性

对污水厂配电系统中35kV、10kV电压等级配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV配置多功能计量仪表，用于监测各回路的电气参数和用能情况，可实时监控低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

污水厂存在大量的非线性负载，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施进一步提供电可靠性。

图2  AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台主接线图

2.建立能源计量体系

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过搭建计量体系，采集污水处理厂能源数据，显示污水处理厂的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助其分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域帮助其了解各工艺环节能源消耗量，并且可细化到楼层、车间、产线、班组、工序，计算产品单耗、单位面积能耗或万元产值能耗，从而计算出能耗总量和单位能耗。

图3 能源流向图

3.数据集抄并实时计量

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台提供自定义时间抄表功能，可以在任意时间，任意地点，完成对企业的三级计量体系数据阅览，减少了人工投入。同时各类保护、仪表主动定时上传数据，保证了能源时效性，为其节能降耗，提供了基础数据支撑。

图4 数据集抄报表

4. 优化能源结构

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台支持接入分布式光伏电站以及风力发电站，为企业提供分布式电站运行监测和发电日/月/年/累计收益和减排分析，支持自发自用、余电上网。在储能环节，平台接入BMS和PCS数据，支持充放电配置策略，并对电池管理系统提供实时预警，根据其负荷特点，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水厂碳排放。

图5 分布式光伏电站监测运维

5. 提升主要用能设备能效

污水处理厂中有着大量的电机、水泵，其中污水提升泵和鼓风曝气能耗占据了工艺能耗中的大多数，平台针对这些工艺设备进行监测分析，工艺之间横向比较，寻找具有调控潜力的用电设备、工艺单元，帮助用户发现其能效提升空间并提供解决方案，找到好的运行区域，显著降低能源消耗。

图6 管网图和能效监测

6. 报警及时推送

平台提供能源报警功能，一旦发现跑冒滴漏，能源消耗异常，电参量异常等情况，能提供多种方式的报警，包括但不限于邮件、短信、钉钉推送等。

图7 报警记录与管理

7. 加强运维管理

加强巡视维护工作，及时发现或消除设备隐患，提供电可靠性。配置重要设备包括变压器、电气柜、压电缆、空调主机、水泵、鼓风机等设备信息，配置二维码，快速在移动端获取设备信息、设备维修历史记录以及解决问题的常用办法。

故障预判和快速诊断功能将以往出现问题再采取措施的被动检修维护政为主动出击、防患于未然的主动运维模式。既可以使运维管理工作更从容。还大大提系统的保障性和可靠性。

四、       智能照明控制系统

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适、效的目的。

五、结语

总而言之，对于电能消耗量较大的水电站而言，为了尽可能降低能源消耗，减少运行费用，必须重视智能照明系统的设计与应用。智能照明系统以其在能源节约上的优势，必然会在未来得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]毛 燕.智能照明系统在水电站中的设计与应用.吉林省水利水电勘测设计研究院.吉林 .长春 .

[2]李建祥.照明智能控制系统在火溪河流域电站的开发及应用[J].四川水力发电.2010（12） 

[3]周晓伟,蔡建平,郑增威,应晶.基于 ZigBee 传感网的楼宇智能照明控制系统的设计与实现[J].计算机工程与科学,2009(8).

[4]张曙光.智能照明系统及其工程应用[J].电力技术,2009(6).

[5]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.