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基于無線監控云平臺的太陽能路燈能量平衡方法

編輯:揚州市朗旭照明科技有限公司時間:2019-07-08

摘要:通過ZIGBEE無線通信自動組網技術和GPRS遠程無線通信技術,采用無線監控平臺采集遠程路燈系統的數據,對數據分析處理得到最終適合工作模式,并將工作模式以指令的方式發送給太陽能路燈系統,讓路燈按照預定模式工作。

太陽能路燈單盞自成一個系統,通過自身配置的控制設備管理路燈的充電和自動開關燈。從近年的工程實際經驗分析,雖然太陽能路燈整個發電和供電過程實現了自動控制管理,達到了一定程度的智能化水平,但路燈初始安裝后,運行過程中不便于控制模式的調整,初始設置的控制模式維持至路燈運行壽命終點。由于太陽能路燈維持運行所需要的電量來源于太陽輻射能量,而該能量在一年四季每天均處于波動狀態并且難以預知,這就造成了傳統恒定供電控制模式下,日照較好月份太陽能路燈系統設計發電量均大于用電量,造成電能的浪費;日照較差月份實際發電量小于用電量,造成蓄電池長期處于虧電狀態,而且處于長時間、頻繁的深度放電,導致其嚴重損傷,大大縮短了使用壽命。目前使用的太陽能路燈,其初期投資成本占比最大、維護管理成本最高、壽命最短的配件就是蓄電池。為提高蓄電池的使用壽命,只有保證其盡可能處于淺循環放電狀態,并且盡量減少深度放電次數。為達到以上目標,通常情況下就需要配置較大容量的蓄電池和光伏組件,這樣就增加了項目的投資額,降低了太陽能路燈的經濟性。基于以上因素,為降低系統投資、延長蓄電池的使用壽命,并實現太陽能路燈的人性化照明功能,就需要在系統的發電量和用電量之間尋找平衡,通過一種科學的控制方法,保證無論每天日照情況如何,路燈系統的發電量和用電量基本處于平衡狀態。

1 無線遠程監控平臺構架

無線遠程監控平臺由路燈控制器、GPRS模塊、監控軟件構成。其中,光伏控制器是該監控平臺的核心構件,每盞太陽能路燈中配置一臺路燈控制器,該設備除完成對路燈

系統的常規控制功能外,還具備對路燈系統的基本運行數據的采集、存儲和數據傳輸功能。同時,該路燈控制器還具備基于ZIGBEE通信方式的數據互傳及路由組網功能,最終通過GPRS通信通道實現與遠端PC機監控軟件的互訪。圖1為無線遠程監控平臺拓撲圖。圖2為PC機上的監控軟件,通過監控軟件即可與遠端的所有太陽能路燈實現互訪和人機互動。

2 能量平衡實現方法

本系統實現的方法是:在現有ZIGBEE無線通信自動路由組網、GPRS遠程無線通信技術基礎上,形成無線數據傳輸通道,保證在開發的基于WINDOWS操作系統的監控云平臺上能夠將每盞路燈的各種關鍵參數采集后,通過分析處理、并判斷路燈適合的工作模式,最終將控制指令發送給全部路燈,讓其按約定的程序照明。

具體實現步驟如下。

(1)通過ZIGBEE和GPRS組建的無線通信網絡,在基于WINDOWS操作系統的監控平臺上采集一個項目內所有盞路燈的當天發電量、頭晚用電量、當天蓄電池最高電壓、當天蓄電池最高電壓發生時間、當天開始充電發生時間、當天蓄電池均充轉浮充發生時間、當天開燈時間、頭天關燈時間。

(2)監控云平臺在完成步驟1的工作后,對獲取的數據進行分析處理。若獲取數據的路燈總盞數為N,對N盞路燈的各種數據分別取平均值,最終得到: 所有盞路燈的當天發電量的平均值QV、頭晚用電量的平均值QL、當天蓄電池最高電壓的平均值BV、當天蓄電池最高電壓發生時間的平均值TB、當天開始充電發生時間的平均值T1、當天蓄電池均充轉浮充發生時間的平均值T2、當天開燈時間的平均值T3、頭天關燈時間的平均值T4。并且,QV減去QL得出當天富裕電量QF;T2減去T1得出當天強充和均充持續時間TQ,T3減去T1得出當天總充電時間TC,T4減去T3得出頭晚總照明時間TY。

(3)根據分析結果,輸出當晚照明時間TT。

①若QF<0,則TT=TY-1,TT最小不得少于4h(前提是蓄電池不到欠壓保護切斷點)。

②若QF≥0,且TQ<TC/2,則TT=TY+1,TT最大不超過頭天夜晚時間總長。

③若QF≥0,且TQ≥TC/2,則TT=TY。

(4)步驟3得到的當晚照明時間TT,若TT≤4h 或者TT≥頭天夜晚時間總長,則當晚采用每盞燈均全亮模式照明;若TT>4h 且TT<頭天夜晚時間總長,則全部N盞路燈從當天天黑啟動照明至第4h時,以半小時為一個交替轉換間隔時間,編號為奇數位路燈啟動每小時的前半小時照明、后半小時熄滅,編號為偶數位的路燈啟動每小時的后半小時照明、前半小時熄滅。這樣就形成了后半夜整條路燈以半小時為間隔交替時間,相互間隔交替照明的方式,即保證了道路照明要求,又節約了電能。

3 結語

建立監控云平臺,以一個路燈項目內N盞路燈為單位,采集并分析一個項目內路燈的當天發電量、頭晚用電量、當天蓄電池最高電壓、當天蓄電池最高電壓發生時間、當天開始充電發生時間、當天蓄電池均充轉浮充發生時間、當天開燈時間、頭天關燈時間,以以上數據為依據,分析判斷路燈系統的運行狀況,根據預定的控制策略,實現對路燈照明光源的照明功率和時間做出適適調整。


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