基于無線監(jiān)控云平臺(tái)的太陽能路燈能量平衡方法

普平貴

摘 要：通過ZIGBEE無線通信自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)和GPRS遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)，采用無線監(jiān)控平臺(tái)采集遠(yuǎn)程路燈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)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(fā)送給路燈系統(tǒng)，讓路燈按照預(yù)定模式工作。

關(guān)鍵詞：無線監(jiān)控云平臺(tái) 太陽能路燈 能量平衡

中圖分類號(hào)：TU39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（b）-0142-02

太陽能路燈單盞自成一個(gè)系統(tǒng)，通過自身配置的控制設(shè)備管理路燈的充電和自動(dòng)開關(guān)燈。從近年的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析，雖然太陽能路燈整個(gè)發(fā)電和供電過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制管理，達(dá)到了一定程度的智能化水平，但路燈初始安裝后，運(yùn)行過程中不便于控制模式的調(diào)整，初始設(shè)置的控制模式維持至路燈運(yùn)行壽命終點(diǎn)。

由于太陽能路燈維持運(yùn)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(dòng)狀態(tài)并且難以預(yù)知，這就造成了傳統(tǒng)恒定供電控制模式下，日照較好月份太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)電量均大于用電量，造成電能的浪費(fèi)；日照較差月份實(shí)際發(fā)電量小于用電量，造成蓄電池長期處于虧電狀態(tài)，而且處于長時(shí)間、頻繁的深度放電，導(dǎo)致其嚴(yán)重?fù)p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(hù)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(huán)放電狀態(tài)，并且盡量減少深度放電次數(shù)。為達(dá)到以上目標(biāo)，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(xiàng)目的投資額，降低了太陽能路燈的經(jīng)濟(jì)性。

基于以上因素，為降低系統(tǒng)投資、延長蓄電池的使用壽命，并實(shí)現(xiàn)太陽能路燈的人性化照明功能，就需要在系統(tǒng)的發(fā)電量和用電量之間尋找平衡，通過一種科學(xué)的控制方法，保證無論每天日照情況如何，路燈系統(tǒng)的發(fā)電量和用電量基本處于平衡狀態(tài)。

1 無線遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)架

無線遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)由路燈控制器、GPRS模塊、監(jiān)控軟件構(gòu)成。其中，光伏控制器是該監(jiān)控平臺(tái)的核心構(gòu)件，每盞太陽能路燈中配置一臺(tái)路燈控制器，該設(shè)備除完成對(duì)路燈系統(tǒng)的常規(guī)控制功能外，還具備對(duì)路燈系統(tǒng)的基本運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸功能。

同時(shí)，該路燈控制器還具備基于ZIGBEE通信方式的數(shù)據(jù)互傳及路由組網(wǎng)功能，最終通過GPRS通信通道實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端PC機(jī)監(jiān)控軟件的互訪。圖1為無線遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)拓?fù)鋱D。

圖2為PC機(jī)上的監(jiān)控軟件，通過監(jiān)控軟件即可與遠(yuǎn)端的所有太陽能路燈實(shí)現(xiàn)互訪和人機(jī)互動(dòng)。

2 能量平衡實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法是：在現(xiàn)有ZIGBEE無線通信自動(dòng)路由組網(wǎng)、GPRS遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)基礎(chǔ)上，形成無線數(shù)據(jù)傳輸通道，保證在開發(fā)的基于WINDOWS操作系統(tǒng)的監(jiān)控云平臺(tái)上能夠?qū)⒚勘K路燈的各種關(guān)鍵參數(shù)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(fā)送給全部路燈，讓其按約定的程序照明。

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。

（1）通過ZIGBEE和GPRS組建的無線通信網(wǎng)絡(luò)，在基于WINDOWS操作系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)上采集一個(gè)項(xiàng)目內(nèi)所有盞路燈的當(dāng)天發(fā)電量、頭晚用電量、當(dāng)天蓄電池最高電壓、當(dāng)天蓄電池最高電壓發(fā)生時(shí)間、當(dāng)天開始充電發(fā)生時(shí)間、當(dāng)天蓄電池均充轉(zhuǎn)浮充發(fā)生時(shí)間、當(dāng)天開燈時(shí)間、頭天關(guān)燈時(shí)間。

（2）監(jiān)控云平臺(tái)在完成步驟1的工作后，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。若獲取數(shù)據(jù)的路燈總盞數(shù)為N，對(duì)N盞路燈的各種數(shù)據(jù)分別取平均值，最終得到： 所有盞路燈的當(dāng)天發(fā)電量的平均值QV、頭晚用電量的平均值QL、當(dāng)天蓄電池最高電壓的平均值BV、當(dāng)天蓄電池最高電壓發(fā)生時(shí)間的平均值TB、當(dāng)天開始充電發(fā)生時(shí)間的平均值T1、當(dāng)天蓄電池均充轉(zhuǎn)浮充發(fā)生時(shí)間的平均值T2、當(dāng)天開燈時(shí)間的平均值T3、頭天關(guān)燈時(shí)間的平均值T4。并且，QV減去QL得出當(dāng)天富裕電量QF；T2減去T1得出當(dāng)天強(qiáng)充和均充持續(xù)時(shí)間TQ，T3減去T1得出當(dāng)天總充電時(shí)間TC，T4減去T3得出頭晚總照明時(shí)間TY。

（3）根據(jù)分析結(jié)果，輸出當(dāng)晚照明時(shí)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(hù)切斷點(diǎn)）。

②若QF≥0，且TQ

③若QF≥0，且TQ≥TC/2，則TT=TY。

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

3 結(jié)語

建立監(jiān)控云平臺(tái)，以一個(gè)路燈項(xiàng)目內(nèi)N盞路燈為單位，采集并分析一個(gè)項(xiàng)目內(nèi)路燈的當(dāng)天發(fā)電量、頭晚用電量、當(dāng)天蓄電池最高電壓、當(dāng)天蓄電池最高電壓發(fā)生時(shí)間、當(dāng)天開始充電發(fā)生時(shí)間、當(dāng)天蓄電池均充轉(zhuǎn)浮充發(fā)生時(shí)間、當(dāng)天開燈時(shí)間、頭天關(guān)燈時(shí)間，以以上數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析判斷路燈系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，根據(jù)預(yù)定的控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈照明光源的照明功率和時(shí)間做出適適調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

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