基于無線監(jiān)控云平臺的太陽能路燈能量平衡方法

普平貴

摘 要：通過ZIGBEE無線通信自動組網(wǎng)技術和GPRS遠程無線通信技術，采用無線監(jiān)控平臺采集遠程路燈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對數(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)，讓路燈按照預定模式工作。

關鍵詞：無線監(jiān)控云平臺 太陽能路燈 能量平衡

中圖分類號：TU39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0142-02

太陽能路燈單盞自成一個系統(tǒng)，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(jīng)驗分析，雖然太陽能路燈整個發(fā)電和供電過程實現(xiàn)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(diào)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(tài)并且難以預知，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)設計發(fā)電量均大于用電量，造成電能的浪費；日照較差月份實際發(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(huán)放電狀態(tài)，并且盡量減少深度放電次數(shù)。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(jīng)濟性。

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 無線遠程監(jiān)控平臺構(gòu)架

無線遠程監(jiān)控平臺由路燈控制器、GPRS模塊、監(jiān)控軟件構(gòu)成。其中，光伏控制器是該監(jiān)控平臺的核心構(gòu)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(tǒng)的常規(guī)控制功能外，還具備對路燈系統(tǒng)的基本運行數(shù)據(jù)的采集、存儲和數(shù)據(jù)傳輸功能。

同時，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通信通道實現(xiàn)與遠端PC機監(jiān)控軟件的互訪。圖1為無線遠程監(jiān)控平臺拓撲圖。

圖2為PC機上的監(jiān)控軟件，通過監(jiān)控軟件即可與遠端的所有太陽能路燈實現(xiàn)互訪和人機互動。

2 能量平衡實現(xiàn)方法

本系統(tǒng)實現(xiàn)的方法是：在現(xiàn)有ZIGBEE無線通信自動路由組網(wǎng)、GPRS遠程無線通信技術基礎上，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)控云平臺上能夠?qū)⒚勘K路燈的各種關鍵參數(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。

具體實現(xiàn)步驟如下。

（1）通過ZIGBEE和GPRS組建的無線通信網(wǎng)絡，在基于WINDOWS操作系統(tǒng)的監(jiān)控平臺上采集一個項目內(nèi)所有盞路燈的當天發(fā)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(fā)生時間、當天開始充電發(fā)生時間、當天蓄電池均充轉(zhuǎn)浮充發(fā)生時間、當天開燈時間、頭天關燈時間。

（2）監(jiān)控云平臺在完成步驟1的工作后，對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理。若獲取數(shù)據(jù)的路燈總盞數(shù)為N，對N盞路燈的各種數(shù)據(jù)分別取平均值，最終得到： 所有盞路燈的當天發(fā)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(fā)生時間的平均值TB、當天開始充電發(fā)生時間的平均值T1、當天蓄電池均充轉(zhuǎn)浮充發(fā)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(xù)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(jù)分析結(jié)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

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(zhuǎn)換間隔時間，編號為奇數(shù)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(shù)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(jié)約了電能。

3 結(jié)語

建立監(jiān)控云平臺，以一個路燈項目內(nèi)N盞路燈為單位，采集并分析一個項目內(nèi)路燈的當天發(fā)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(fā)生時間、當天開始充電發(fā)生時間、當天蓄電池均充轉(zhuǎn)浮充發(fā)生時間、當天開燈時間、頭天關燈時間，以以上數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析判斷路燈系統(tǒng)的運行狀況，根據(jù)預定的控制策略，實現(xiàn)對路燈照明光源的照明功率和時間做出適適調(diào)整。

參考文獻

[1] 龍興明，周靜.太陽能LED路燈的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].照明工程學報，2011（6）：1361-1362.

[2] 張超，趙德安，何湘寧.用于太陽能LED路燈系統(tǒng)的新型雙向變換器[J].電力電子技術，2007（10）：10-12.