ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЯ УЛИЧНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ

​ENERGY EFFICIENT STREET LIGHTING CONTROL

Egor Maslov

Master's degree, Department of Electrical and Thermal Power Engineering, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В следствии увеличения роста числа потребителей и, как следствие, повышение потребления электрической энергии, экономика России находится на высоком уровне энергоемкости. Политика государства направлена на создание мер стимулирования для повышения энергосбережения и энергоэффективности [1]. Около 5-10% всего потребления электроэнергии приходится на наружное (уличное) освещение. Целью данной работы является разработка энергоэффективного управления уличным освещением.

ABSTRACT

As a result of an increase in the number of consumers and, as a result, an increase in electricity consumption, the Russian economy is at a high level of energy intensity. The state policy is aimed at creating incentive measures to increase energy conservation and energy efficiency. About 5-10% of all electricity consumption is accounted for by external (street) lighting. The purpose of this work is to develop energy efficient street lighting control

Ключевые слова: наружное освещение, энергосбережение, повышение энергоэффективности, алгоритмы управления.

Keywords: outdoor lighting, energy saving, energy efficiency improvement, control algorithms

Для повышения энергоэффективности уличного освещения, нужно учитывать следующие факторы:

1) Погодные условия;

2) Интенсивность движения транспорта;

3) Автоматическое регулирование освещенности;

Ввиду низкой возможности одновременного контроля диспетчером всех светильников, создания энергоэффективного освещения сводится к управлению освещением при помощи установки дополнительного оборудования и разработке программной части. Для этого поставим следующие задачи, решив которые мы сможем ответим на поставленную цель:

1) Анализ литературы;

2) Построение математической модели расчета уличного освещения;

3) Построение алгоритма управления светильником;

1. Проанализировав как зарубежные, так и отечественные разработки и сравнив их при помощи общих критериев оценки [1]:

1) Энергоэффективность;

2) Надежность;

3) Гибкость;

4) Простота;

5) Адаптивность;

6) Мониторинг параметров;

Для удобства занесем весь анализ способов управления в таблицу 1

Таблица 1

Анализ энергоэффективного управления наружным освещением

2. На текущий момент существует три основных метода расчета освещения:

1) Точечный метод;

2) Коэффициента использования светового потока;

3) Метод удельной мощности.

Наиболее предпочтительным для наружного освещения является точечный метод расчета, поскольку он позволяет учитывать требования к равномерности распределения и все возможные затенения в точках.

Освещенность в точке рабочей поверхности каждого светильника без учета внешнего освещения определяется по следующей формуле:

где   – сила света светильника точку плоскости;

        α – угол падения светового потока;

         – коэффициент мощности светильника;

         – коэффициент запаса;

         – высота подвеса, м.

Освещенность на точку рабочей с учетом внешнего освещения на поверхности будет определяться по следующей формуле:

В качестве проверки описанной математической модели интегрируется расчет в Microsoft Excel. После задания данных КСС выбранного светильника [3], высоты подвеса и коэффициентов, было построено распределение светового потока на плоскости и определены силы света (Рисунок 1: а) одного светильника, б) двух светильников)

а) б)

Рисунок 1. Светораспределение а) одного светильника б) двух светильников

Математической модель выбрана верно, а интеграция её в качестве проверки в Microsoft Excel успешна.

3. Для построения алгоритма управления была составлена структурная схема системы на рисунке 2, а алгоритм программы управления на рисунке 3.

Алгоритм управление заключается в следующем:

1) В каждый момент времени считывается значение с датчика освещенности (освещенность создаваемая естественными источниками).

2) Считанное значение проверяется по нормативному показателю, если меньше нормативного, то подается сигнал на включение. При первичной подаче сигнала светильник включается на 0,1хP_ном мощности. Для этого мы в модели задаём, что светильник даёт 10% от светового потока и считаем распределение освещенности (если новое полученное значение освещенности не удовлетворяет, то расчет ведется с 20% мощности и т.д., пока полученное значение не будет удовлетворять нормативному).

3) Подается сигнал включения светильника на мощность, указанную во втором пункте

Рисунок 2. Структурная схема управления

Рисунок 3. Алгоритм работы программы

Таким образом, для проверки адекватности разработанной программы, воспользуемся сравнением результатов построения в программке DiaLUX и полученных данных с реализации проекта.

В качестве источника освещения был выбран AREA LED 110 SW 5000K. Программа сохраняет полученные результаты в Exel и, проверяя правила заливки ячейки, строит картинку. Результаты сравнения представлены на рисунке 4.

а) б)

Рисунок 4. Сравнение результатов моделирования а) Модель DiaLUX б)Разработання модель

Для определения точности разработанного алгоритма, были выбраны 10 расчетных точек с каждой модели, с одинаковыми координатами. Рассчитана погрешность в расхождениях результатов и сведена в таблицу 2.

Таблица 2

Результат проверки построенных моделей

Проанализировав данные погрешности, делается вывод о том, что построенный алгоритм можно использовать для решения задач энергоэффективного внешнего освещения.

Список литературы:

1. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» // «Собрание законодательства РФ», 30.11.2009, № 48, ст. 5711.
2. Валиуллин, К.Р. Интеллектуальная система энергоэффективного управления уличным освещением на основе нейросетевых технологий / К.Р. Валиуллин, Н.Г. Семенова – Оренбург / Вестник Оренбургского государственного университета – № 4; опубл. 2015 – с. 183-188.
3. Информация о продукте AREA LED 110 SW PLC 5000K 1054000100 Lighting Technologies [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://lumsearch.com/ru/article/R21vyhmNQlWckUDT0T2l1g
4. Шалыто, А.А. Алгоритмизация и программирование задач логического управления/ А.А. Шалыто, / Санкт-Петербургский Государственный университет информационных технологий, механики и оптики – опуб. 1998 г. – 56 с.