基于无线监控云平台的太阳能路灯能量平衡方法
摘要:通过ZIGBEE无线通信自动组网技术和GPRS远程无线通信技术，采用无线监控平台采集远程路灯系统的数据，对数据分析处理得到最终适合工作模式，并将工作模式以指令的方式发送给太阳能路灯系统，让路灯按照预定模式工作。
太阳能路灯单盏自成一个系统，通过自身配置的控制设备管理路灯的充电和自动开关灯。从近年的工程实际经验分析，虽然太阳能路灯整个发电和供电过程实现了自动控制管理，达到了一定程度的智能化水平，但路灯初始安装后，运行过程中不便于控制模式的调整，初始设置的控制模式维持至路灯运行寿命终点。由于太阳能路灯维持运行所需要的电量来源于太阳辐射能量，而该能量在一年四季每天均处于波动状态并且难以预知，这就造成了传统恒定供电控制模式下，日照较好月份太阳能路灯系统设计发电量均大于用电量，造成电能的浪费；日照较差月份实际发电量小于用电量，造成蓄电池长期处于亏电状态，而且处于长时间、频繁的深度放电，导致其严重损伤，大大缩短了使用寿命。目前使用的太阳能路灯，其初期投资成本占比最大、维护管理成本最高、寿命最短的配件就是蓄电池。为提高蓄电池的使用寿命，只有保证其尽可能处于浅循环放电状态，并且尽量减少深度放电次数。为达到以上目标，通常情况下就需要配置较大容量的蓄电池和光伏组件，这样就增加了项目的投资额，降低了太阳能路灯的经济性。基于以上因素，为降低系统投资、延长蓄电池的使用寿命，并实现太阳能路灯的人性化照明功能，就需要在系统的发电量和用电量之间寻找平衡，通过一种科学的控制方法，保证无论每天日照情况如何，路灯系统的发电量和用电量基本处于平衡状态。
1 无线远程监控平台构架
无线远程监控平台由路灯控制器、GPRS模块、监控软件构成。其中，光伏控制器是该监控平台的核心构件，每盏太阳能路灯中配置一台路灯控制器，该设备除完成对路灯
系统的常规控制功能外，还具备对路灯系统的基本运行数据的采集、存储和数据传输功能。同时，该路灯控制器还具备基于ZIGBEE通信方式的数据互传及路由组网功能，最终通过GPRS通信通道实现与远端PC机监控软件的互访。图1为无线远程监控平台拓扑图。图2为PC机上的监控软件，通过监控软件即可与远端的所有太阳能路灯实现互访和人机互动。
2 能量平衡实现方法
本系统实现的方法是：在现有ZIGBEE无线通信自动路由组网、GPRS远程无线通信技术基础上，形成无线数据传输通道，保证在开发的基于WINDOWS操作系统的监控云平台上能够将每盏路灯的各种关键参数采集后，通过分析处理、并判断路灯适合的工作模式，最终将控制指令发送给全部路灯，让其按约定的程序照明。
具体实现步骤如下。
(1)通过ZIGBEE和GPRS组建的无线通信网络，在基于WINDOWS操作系统的监控平台上采集一个项目内所有盏路灯的当天发电量、头晚用电量、当天蓄电池最高电压、当天蓄电池最高电压发生时间、当天开始充电发生时间、当天蓄电池均充转浮充发生时间、当天开灯时间、头天关灯时间。
(2)监控云平台在完成步骤1的工作后，对获取的数据进行分析处理。若获取数据的路灯总盏数为N，对N盏路灯的各种数据分别取平均值，最终得到: 所有盏路灯的当天发电量的平均值QV、头晚用电量的平均值QL、当天蓄电池最高电压的平均值BV、当天蓄电池最高电压发生时间的平均值TB、当天开始充电发生时间的平均值T1、当天蓄电池均充转浮充发生时间的平均值T2、当天开灯时间的平均值T3、头天关灯时间的平均值T4。并且，QV减去QL得出当天富裕电量QF；T2减去T1得出当天强充和均充持续时间TQ，T3减去T1得出当天总充电时间TC，T4减去T3得出头晚总照明时间TY。
(3)根据分析结果，输出当晚照明时间TT。
①若QF＜0，则TT=TY-1，TT最小不得少于4h(前提是蓄电池不到欠压保护切断点)。
②若QF≥0，且TQ＜TC/2,则TT=TY+1，TT最大不超过头天夜晚时间总长。
③若QF≥0，且TQ≥TC/2,则TT=TY。
(4)步骤3得到的当晚照明时间TT，若TT≤4h 或者TT≥头天夜晚时间总长，则当晚采用每盏灯均全亮模式照明；若TT＞4h 且TT＜头天夜晚时间总长，则全部N盏路灯从当天天黑启动照明至第4h时，以半小时为一个交替转换间隔时间，编号为奇数位路灯启动每小时的前半小时照明、后半小时熄灭，编号为偶数位的路灯启动每小时的后半小时照明、前半小时熄灭。这样就形成了后半夜整条路灯以半小时为间隔交替时间，相互间隔交替照明的方式，即保证了道路照明要求，又节约了电能。
3 结语
建立监控云平台，以一个路灯项目内N盏路灯为单位，采集并分析一个项目内路灯的当天发电量、头晚用电量、当天蓄电池最高电压、当天蓄电池最高电压发生时间、当天开始充电发生时间、当天蓄电池均充转浮充发生时间、当天开灯时间、头天关灯时间，以以上数据为依据，分析判断路灯系统的运行状况，根据预定的控制策略，实现对路灯照明光源的照明功率和时间做出适适调整。
