在智慧城市中集成有線和無線戶外照明控制

作者：Sanjay Manney，Vijay Dhingra

東北集團的市場研究人員估計，目前全球有超過2.8億盞路燈，到2025年將有近3.4億盞。每盞路燈使用600至1，000千瓦時/年的能源，這意味著每年的電力成本為70至125美元（假設(shè)全球平均能源成本為每千瓦時0.12美元）。此外，每盞路燈每年產(chǎn)生330至1，500公斤的CO2，導(dǎo)致全球氣候變化。

城市面臨著復(fù)雜和多方面的街道照明控制挑戰(zhàn)，包括在何處以及如何實施有線和無線通信。在某些地方，由于建筑物，樹木和隧道等損傷，無線通信很困難或不可能。另一方面，有線電力線通信（PLC）在變壓器周圍遇到困難，并且在某些情況下可能成本過高。城市和市政當(dāng)局通常不得不滿足于不太完整的街道照明控制覆蓋范圍，或者管理拼湊的街道照明控制系統(tǒng)，其中一些是無線的，另一些是有線的。使用先進的基于標(biāo)準(zhǔn)的照明控制技術(shù)，世界各地的城市正在獲得集成有線/無線路燈控制的管理效率和成本效益。

戶外照明控制在智慧城市中的重要性

為照明系統(tǒng)添加控制裝置（通常與轉(zhuǎn)換為節(jié)能 LED 照明結(jié)合使用，但也不添加 LED 轉(zhuǎn)換）可通過自適應(yīng)照明實現(xiàn)節(jié)能。此外，室外照明控制可以通過更高效的維護和基于使用情況、故障分析和及時訪問數(shù)據(jù)的更好調(diào)度來幫助城市節(jié)省運營成本。此外，智能照明控制系統(tǒng)可以作為其他智能城市應(yīng)用的平臺，例如用于安全或交通管理的應(yīng)用。

除了這些廣泛適用的在室外照明系統(tǒng)中增加控制網(wǎng)絡(luò)的理由之外，其他地理或特定情況的好處還可以包括峰值能量管理 - 例如，在夏季晚上7點左右發(fā)生在美國東海岸，當(dāng)時建筑物仍在使用空調(diào)，而路燈開始亮起;改善公共安全，基于研究表明，50%的車禍發(fā)生在黃昏時分的三小時內(nèi);和能源優(yōu)化，這允許城市為相同的能源使用量添加更多的燈。

通過自適應(yīng)照明實現(xiàn)節(jié)能

城市通常將其總能源預(yù)算的35%至40%用于街道照明。轉(zhuǎn)換為更節(jié)能的照明光源（如LED）可以將能源支出減少30%至50%。添加智能控制裝置可額外節(jié)省 15% 至 30% 的能源，超出燈具本身的貢獻。

在世界發(fā)達地區(qū)，城市更有可能將節(jié)省下來的能源成本重新應(yīng)用于城市預(yù)算的其他部分。在發(fā)展中地區(qū)，缺乏能源資源來為他們所需的所有路燈供電的城市更有可能將節(jié)省的瓦特視為一瓦特。使用更少的能量為給定數(shù)量的路燈供電，可以釋放能量來部署更多的燈或為其他生產(chǎn)資產(chǎn)供電。

自適應(yīng)照明 - 根據(jù)需求，現(xiàn)實世界照明條件或其他參數(shù)改變照明的輸出或持續(xù)時間 - 是控制網(wǎng)絡(luò)如何提高戶外照明能效的一個重要方面。自適應(yīng)照明節(jié)省的結(jié)果是：

恒定流明輸出。為了補償隨著時間的推移而惡化，大多數(shù)照明燈具最初被高估了20%到25%。CLO對燈進行自動調(diào)整，以在燈年輕時降低流明，這通常會導(dǎo)致燈具使用壽命期間能耗減少10%，燈壽命延長20%。

流明在路上 。。燈泡以低調(diào)的功率提供。然而，很少有特定道路的條件要求每個夾具精確地達到150 W或250 W。四舍五入道路照明的風(fēng)險;四舍五入到最接近的瓦數(shù)意味著過度照明和過度支付能源使用費用。使用LOR有選擇地降低功率可以節(jié)省10%的街道照明系統(tǒng)的整體能源成本。

更好的日程安排。戶外照明所有者通過使用天文鐘安排打開和關(guān)閉燈，可以額外節(jié)省5%的能源;使用光電（PE）單元覆蓋時間表，該電池根據(jù)實際可用的環(huán)境光調(diào)整流明;并調(diào)節(jié)和報告PE細(xì)胞在白天是否顯示像差。

程序化和動態(tài)調(diào)光。在非高峰時段調(diào)光燈光可節(jié)省20%的能源;動態(tài)調(diào)光 - 也稱為“跟隨我”照明 - 可以節(jié)省15%以上。

總而言之，自適應(yīng)照明方法貢獻了大約一半的能源節(jié)約，這歸因于增加控制網(wǎng)絡(luò)。

選擇有線或無線控件

基于有線電力線（PL）的照明控制易于安裝，可靠，并且可以跨越長距離，支持每個變壓器段的大量燈。基于無線射頻 （RF） 的照明控制具有獨立于配電系統(tǒng)的優(yōu)點。它可以通過基于最近定義的ANSI標(biāo)準(zhǔn)插座（ANSI 136.41）的插件架構(gòu)輕松安裝，該架構(gòu)使任何供應(yīng)商的RF戶外照明控制器都可以插入光電管插座以添加控件。RF 和 PL 控制均無需新電線。由于各種歷史和其他原因，歐洲和亞洲主要依靠PL通信進行戶外照明，而北美傳統(tǒng)上更喜歡更多的RF通信。

然而，無論地理位置如何，城市都有某些用例，在這些用例中，只有一種或另一種方法有效。

例如，在以下情況下，射頻控制照明是不可能的或理想的：

隧道。射頻信號無法穿越隧道。

停車場結(jié)構(gòu)?；炷?xí)璧K射頻信號，使其不適合停車庫或地下停車結(jié)構(gòu)。

偏遠(yuǎn)的高速公路。建立射頻連接是不切實際的。

歷史或裝飾性燈具。缺少光電管插座但出于美學(xué)原因需要保持在原位的燈具不能通過射頻進入控制網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵任務(wù)照明情況。PL比RF更堅固可靠，因此它是照明出于安全或其他原因必須完美運行的情況的首選介質(zhì)。

傳統(tǒng)上，照明控制系統(tǒng)僅使用一種或另一種方法構(gòu)建。因此，希望通過有線和無線照明系統(tǒng)實現(xiàn)全面覆蓋的城市不得不在單獨的管理下混合和匹配來自不同控制網(wǎng)絡(luò)提供商的解決方案，從而增加了復(fù)雜性并增加了運營成本。

混合有線/無線照明控制

最近，先進的基于標(biāo)準(zhǔn)的照明控制技術(shù)使城市能夠?qū)嵤┗旌嫌芯€/無線戶外照明控制，以包括其所有燈具。這種混合系統(tǒng)的組件包括：

具有 PL 和 RF 邊界路由的分段控制器

射頻-無線網(wǎng)橋

PL 和射頻光點控制器

管理軟件

混合方法的關(guān)鍵是系統(tǒng)的所有組件都基于標(biāo)準(zhǔn)，以便它們可以彼此之間以及與來自一系列供應(yīng)商的燈具和傳感器進行互操作。

支持混合有線/無線戶外照明控制的最重要標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 14908，這是一個開放、經(jīng)過驗證的多供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)。其標(biāo)準(zhǔn)功能包括開，關(guān)和調(diào)光命令;燈反饋監(jiān)測;故障識別;電氣測量（包括 U、I 和連續(xù)體物理、E）;以及能源和運行小時數(shù)計量。

重要的是，ISO 14908標(biāo)準(zhǔn)支持有線和無線通信。

另一個對混合有線/無線戶外照明控制具有重要意義的新興標(biāo)準(zhǔn)是TALQ，用于將細(xì)分市場集成到中央管理系統(tǒng)。TALQ是一個聯(lián)盟，而不是一個標(biāo)準(zhǔn)本身，旨在指定通過IT標(biāo)準(zhǔn)進行通信的網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn);通用數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)集;和多個網(wǎng)關(guān)供應(yīng)商的單一用戶界面。

控制網(wǎng)絡(luò)和基于PL的戶外照明控制解決方案公司Echelon Corporation增加了基于RF的產(chǎn)品，并開發(fā)了符合ISO 14908生態(tài)系統(tǒng)的基于標(biāo)準(zhǔn)的混合有線/無線戶外照明控制解決方案。通過這種混合方法，開始實施互聯(lián)/智慧城市計劃的城市不再需要滿足于拼湊的戶外照明解決方案以及PL和RF系統(tǒng)的單獨管理。相反，他們可以使用PL和RF方法，每種方法都最合適的方法，并獲得單個室外照明控制系統(tǒng)的管理效率和成本效益，而不必在網(wǎng)絡(luò)控制方面妥協(xié)或讓一些燈具“處于黑暗中”。

審核編輯：郭婷