在智慧城市中集成有线和无线户外照明控制

作者：Sanjay Manney，Vijay Dhingra

东北集团的市场研究人员估计，目前全球有超过2.8亿盏路灯，到2025年将有近3.4亿盏。每盏路灯使用600至1，000千瓦时/年的能源，这意味着每年的电力成本为70至125美元（假设全球平均能源成本为每千瓦时0.12美元）。此外，每盏路灯每年产生330至1，500公斤的CO2，导致全球气候变化。

城市面临着复杂和多方面的街道照明控制挑战，包括在何处以及如何实施有线和无线通信。在某些地方，由于建筑物，树木和隧道等损伤，无线通信很困难或不可能。另一方面，有线电力线通信（PLC）在变压器周围遇到困难，并且在某些情况下可能成本过高。城市和市政当局通常不得不满足于不太完整的街道照明控制覆盖范围，或者管理拼凑的街道照明控制系统，其中一些是无线的，另一些是有线的。使用先进的基于标准的照明控制技术，世界各地的城市正在获得集成有线/无线路灯控制的管理效率和成本效益。

户外照明控制在智慧城市中的重要性

为照明系统添加控制装置（通常与转换为节能 LED 照明结合使用，但也不添加 LED 转换）可通过自适应照明实现节能。此外，室外照明控制可以通过更高效的维护和基于使用情况、故障分析和及时访问数据的更好调度来帮助城市节省运营成本。此外，智能照明控制系统可以作为其他智能城市应用的平台，例如用于安全或交通管理的应用。

除了这些广泛适用的在室外照明系统中增加控制网络的理由之外，其他地理或特定情况的好处还可以包括峰值能量管理 - 例如，在夏季晚上7点左右发生在美国东海岸，当时建筑物仍在使用空调，而路灯开始亮起;改善公共安全，基于研究表明，50%的车祸发生在黄昏时分的三小时内;和能源优化，这允许城市为相同的能源使用量添加更多的灯。

通过自适应照明实现节能

城市通常将其总能源预算的35%至40%用于街道照明。转换为更节能的照明光源（如LED）可以将能源支出减少30%至50%。添加智能控制装置可额外节省 15% 至 30% 的能源，超出灯具本身的贡献。

在世界发达地区，城市更有可能将节省下来的能源成本重新应用于城市预算的其他部分。在发展中地区，缺乏能源资源来为他们所需的所有路灯供电的城市更有可能将节省的瓦特视为一瓦特。使用更少的能量为给定数量的路灯供电，可以释放能量来部署更多的灯或为其他生产资产供电。

自适应照明 - 根据需求，现实世界照明条件或其他参数改变照明的输出或持续时间 - 是控制网络如何提高户外照明能效的一个重要方面。自适应照明节省的结果是：

恒定流明输出。为了补偿随着时间的推移而恶化，大多数照明灯具最初被高估了20%到25%。CLO对灯进行自动调整，以在灯年轻时降低流明，这通常会导致灯具使用寿命期间能耗减少10%，灯寿命延长20%。

流明在路上 。。灯泡以低调的功率提供。然而，很少有特定道路的条件要求每个夹具精确地达到150 W或250 W。四舍五入道路照明的风险;四舍五入到最接近的瓦数意味着过度照明和过度支付能源使用费用。使用LOR有选择地降低功率可以节省10%的街道照明系统的整体能源成本。

更好的日程安排。户外照明所有者通过使用天文钟安排打开和关闭灯，可以额外节省5%的能源;使用光电（PE）单元覆盖时间表，该电池根据实际可用的环境光调整流明;并调节和报告PE细胞在白天是否显示像差。

程序化和动态调光。在非高峰时段调光灯光可节省20%的能源;动态调光 - 也称为“跟随我”照明 - 可以节省15%以上。

总而言之，自适应照明方法贡献了大约一半的能源节约，这归因于增加控制网络。

选择有线或无线控件

基于有线电力线（PL）的照明控制易于安装，可靠，并且可以跨越长距离，支持每个变压器段的大量灯。基于无线射频 （RF） 的照明控制具有独立于配电系统的优点。它可以通过基于最近定义的ANSI标准插座（ANSI 136.41）的插件架构轻松安装，该架构使任何供应商的RF户外照明控制器都可以插入光电管插座以添加控件。RF 和 PL 控制均无需新电线。由于各种历史和其他原因，欧洲和亚洲主要依靠PL通信进行户外照明，而北美传统上更喜欢更多的RF通信。

然而，无论地理位置如何，城市都有某些用例，在这些用例中，只有一种或另一种方法有效。

例如，在以下情况下，射频控制照明是不可能的或理想的：

隧道。射频信号无法穿越隧道。

停车场结构。混凝土会阻碍射频信号，使其不适合停车库或地下停车结构。

偏远的高速公路。建立射频连接是不切实际的。

历史或装饰性灯具。缺少光电管插座但出于美学原因需要保持在原位的灯具不能通过射频进入控制网络。

关键任务照明情况。PL比RF更坚固可靠，因此它是照明出于安全或其他原因必须完美运行的情况的首选介质。

传统上，照明控制系统仅使用一种或另一种方法构建。因此，希望通过有线和无线照明系统实现全面覆盖的城市不得不在单独的管理下混合和匹配来自不同控制网络提供商的解决方案，从而增加了复杂性并增加了运营成本。

混合有线/无线照明控制

最近，先进的基于标准的照明控制技术使城市能够实施混合有线/无线户外照明控制，以包括其所有灯具。这种混合系统的组件包括：

具有 PL 和 RF 边界路由的分段控制器

射频-无线网桥

PL 和射频光点控制器

管理软件

混合方法的关键是系统的所有组件都基于标准，以便它们可以彼此之间以及与来自一系列供应商的灯具和传感器进行互操作。

支持混合有线/无线户外照明控制的最重要标准是 ISO 14908，这是一个开放、经过验证的多供应商标准。其标准功能包括开，关和调光命令;灯反馈监测;故障识别;电气测量（包括 U、I 和连续体物理、E）;以及能源和运行小时数计量。

重要的是，ISO 14908标准支持有线和无线通信。

另一个对混合有线/无线户外照明控制具有重要意义的新兴标准是TALQ，用于将细分市场集成到中央管理系统。TALQ是一个联盟，而不是一个标准本身，旨在指定通过IT标准进行通信的网关标准;通用数据库和数据集;和多个网关供应商的单一用户界面。

控制网络和基于PL的户外照明控制解决方案公司Echelon Corporation增加了基于RF的产品，并开发了符合ISO 14908生态系统的基于标准的混合有线/无线户外照明控制解决方案。通过这种混合方法，开始实施互联/智慧城市计划的城市不再需要满足于拼凑的户外照明解决方案以及PL和RF系统的单独管理。相反，他们可以使用PL和RF方法，每种方法都最合适的方法，并获得单个室外照明控制系统的管理效率和成本效益，而不必在网络控制方面妥协或让一些灯具“处于黑暗中”。

审核编辑：郭婷