CN105407609B

CN105407609B - 一种基于分布式电源的智能化室内照明系统

Info

Publication number: CN105407609B
Application number: CN201510906545.3A
Authority: CN
Inventors: 房方; 张旭; 魏乐
Original assignee: SUZHOU RESEARCH INSTITUTE NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY; North China Electric Power University
Current assignee: SUZHOU RESEARCH INSTITUTE NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY; North China Electric Power University
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: CN105407609A

Abstract

本发明提供一种基于分布式电源的智能化室内照明系统，所述照明系统包括风光储电源模块、智能照明模块、光强检测模块和照明控制模块，所述智能照明模块和光强检测模块均通过所述照明控制模块连接所述风光储电源模块，本发明采用风光互补发电系统供电，由蓄电池组和电网市电共同为照明系统供电，双重电源提高了系统的可靠性和抗干扰能力，使调节品质提高，为用户带来更舒适光照体验的同时，有效节约的电能，具有环保效益。

Description

一种基于分布式电源的智能化室内照明系统

技术领域

本发明属于建筑室内照明控制技术领域，具体涉及一种基于分布式电源的智能化室内照明系统。

背景技术

照明管理控制是大型建筑室内环境控制的重要任务之一。通过照明控制，一方面要满足用户对室内光照度的舒适性要求，另一方面还要尽可能减少由照明带来的能源消耗。

目前室内照明系统多采用开关控制方式，常见的形式有两类：一是根据人的主观感受和光照需求，手动控制灯具开关；二是采用声、光、红外线等感应装置，在夜间且有人活动的情况下自动控制灯具开关，提供必要的照明。

随着我国绿色智能建筑技术的发展，上述两种控制方式已不能满足对室内照明进行精细化控制的要求，需要开发具有如下特征的新的照明系统：

①能够对室内光照强度进行量化检测；

②能够根据光照检测数据对照明设备进行精准控制；

③能够在满足照明需求的同时降低能源消耗。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于分布式电源的智能化室内照明系统，所述照明系统包括风光储电源模块、智能照明模块、光强检测模块和照明控制模块，所述智能照明模块和光强检测模块均通过所述照明控制模块连接所述风光储电源模块；

进一步地，所述风光储电源模块用以切换所述照明系统的供电方式和检测光伏输出功率；

所述光强检测模块用以对待照明室内多个点的光强进行分权检测和加权计算出综合测量光强I；

所述智能照明模块用以对待照明室内设置多个照明设备并以所述照明设备组合形成多个的控制群模型；

所述照明控制模块通过所述风光储电源模块检测的光伏输出功率和光强检测模块加权计算获得的光强选择所述控制群模型；

进一步地，所述照明控制模块包括自动控制单元、手动控制单元、数字开关电路和照明控制器，所述手动控制单元一端连接所述智能照明模块，另一端连接照明控制器，所述手动控制单元优先级高于所述自动控制单元，所述手动控制单元由用户直接在照明控制器上选择所述控制群模型；

进一步地，所述控制群模型设为u，u为0-7的整数值，所述控制群模型通过数字开关电路直接决定灯具的开关，所述自动控制单元先由用户设定室内光强给定值i和光强偏差阈值d，u的默认值为0；

光强检测模块获得的综合测量光强I与光强给定值i之间差值在d之间，u不变；

光强给定值减i的综合测量光强I差值在d～2d之间，提高一个控制群模型等级，u=u+1，差值大于2d，则提高两个控制群模型等级，即u=u+2；

综合测量光强I减光强给定值i的差值在d～2d之间，降低一个控制群模型等级，即u=u-1，若大于2d，应降低两个控制群模型等级，即u=u-2；

进一步地，所述数字开关电路将所述自动控制单元连接的控制群模型u转换成每个灯具的开关信息，通过由或门组成的数字电路，将u转换成每个灯具的控制量u1～u16，通过继电器实现对每个灯具的开关；

进一步地，所述光强检测模块包括十字分权模型，所述十字分权模型将待测光强区域十字分划，形成四个端点和一个中心点，分别为第一测点、第二测点、第三测点、第四测点和第五测点；

进一步地，所述第一测点为靠近窗户一侧的光强检测点，其可以由外部提供光，所述第一测点权重设为0.1，所述第二测点为靠近门一侧的光强检测点，所述第二测点权重设为0.15，所述第三测点为十字分划中心的光强检测点，所述第三测点权重设为0.35，所述第四测点和第五测点为无门窗的普通检测点，所述第四测点和第五测点权重均为0.2；

进一步地，所述光强检测模块通过各光强检测器检测到的第一测点、第二测点、第三测点、第四测点和第五测点的光强之后加权平均计算，获得综合测量光强I，所述光强检测模块连接所述照明控制模块；

进一步地，所述智能照明模块包括多个LED灯具和多个控制群模型，所述多个LED灯具通过不同的组合方式，形成多个不同的控制群模型，所述控制群模型一端连接所述多个LED灯具，另一端连接所述照明控制模块；

进一步地，所述风光储电源模块包括风能发电装置、光能发电装置、电能储存装置、光伏功率检测装置和电源控制装置，所述风能发电装置和光能发电装置均通过所述电能储存装置连接电源控制装置，所述风能发电装置为一台小型垂直轴风力发电机，所述光能发电装置为一组多晶硅光伏太阳能电池板，所述电能储存装置为一组蓄电池，所述电源控制装置为电源控制器，一端同时连接所述电能储存装置和市电，控制蓄电池组的充放电的同时在市电与电能储存装置之间进行切换，另一端连接所述照明控制模块；

进一步地，所述光伏功率检测装置一端连接所述电源控制器，另一端连接所述照明控制器，所述光伏功率检测装置将得到电源控制器的功率值送入照明控制器，与照明控制器中预设的光伏功率阈值p进行比较，当实测光伏功率大于设定值p的时候，将照明控制器的输出u限定在6级以下；

1、本发明采用风光互补发电系统供电，由蓄电池组和电网市电共同为照明系统供电，双重电源提高了系统的可靠性和抗干扰能力，使调节品质提高；

2、自动控制单元通过光强给定值和综合测量光强I的比较并作出调整，能缩短系统的调节时间，使系统尽快达到稳定；

3、本发明提出的智能照明系统，在为用户带来更舒适光照体验的同时，有效节约的电能；

4、本发明充分利用了可再生能源，具有环保效益。

附图说明

图1为本发明照明系统模块结构图；

图2为本发明照明系统十字分权模型的结构图；

图3为本发明照明系统控制群模型的开关设置图；

图4为本发明照明系统数字开关电路逻辑图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1-图4所示，本发明一种基于分布式电源的智能化室内照明系统包括风光储电源模块1、智能照明模块2、光强检测模块3和照明控制模块4，所述智能照明模块2和光强检测模块3均通过所述照明控制模块4连接所述风光储电源模块1。

所述光强检测模块3包括十字分权模型31，所述十字分权模型31将待测光强区域十字分划，形成四个端点和一个中心点，分别为第一测点、第二测点、第三测点、第四测点和第五测点，所述第一测点为靠近窗户一侧的光强检测点，其可以由外部提供光，所述第一测点权重设为0.1，所述第二测点为靠近门一侧的光强检测点，所述第二测点权重设为0.15，所述第三测点为十字分划中心的光强检测点，所述第三测点权重设为0.35，所述第四测点和第五测点为无门窗的普通检测点，所述第四测点和第五测点权重均为0.2，所述光强检测模块3通过各光强检测器检测到的第一测点、第二测点、第三测点、第四测点和第五测点的光强之后加权平均计算，获得综合测量光强I，所述光强检测模块3连接所述照明控制模块4。

所述智能照明模块2包括多个LED灯具23和多个控制群模型24，所述多个LED灯具23通过不同的组合方式，形成多个不同的控制群模型24，所述控制群模型24一端连接所述多个LED灯具23，另一端连接所述照明控制模块4，如图3所示，为六个不同控制群模型24中LED灯具23的开关组合方式，图中变大的实心圆即为打开的LED灯具23。

所述照明控制模块4，所述照明控制模块4包括自动控制单元41、手动控制单元42、数字开关电路43和照明控制器44，所述手动控制单元42一端连接所述智能照明模块2，另一端连接照明控制器44，所述手动控制单元42优先级高于所述自动控制单元41，所述手动控制单元42由用户直接在照明控制器44上选择所述LED灯具23的开关状态或所述控制群模型24；所述自动控制单元41一端通过所述数字开关电路43连接所述控制群模型24，另一端连接所述光强检测模块3，所述自动控制单元41用于计算当前应采用的控制群模型24，所述控制群模型24设为u，u为0-7的整数值，所述控制群模型24通过数字开关电路43直接决定所述LED灯具23的开关，所述自动控制单元41先由用户设定室内光强给定值i和光强偏差阈值d，u的默认值为0，计算光强检测模块3获得的综合测量光强I与光强给定值i之间差值，其差值的绝对值在d之间，则不需调整u，光强给定值减i的综合测量光强I差值在d～2d之间，则应提高一个控制群模型24等级，即u=u+1，综合测量光强I减光强给定值i的差值在d～2d之间，则应降低一个控制群模型24等级，即u=u-1；光强给定值i减综合测量光强I的差值大于2d，则应提高两个控制群模型24等级，即u=u+2；综合测量光强I减光强给定值i的差值大于2d，则应降低两个控制群模型24等级，即u=u-2。数字开关电路43实现将所述自动控制单元41的控制群模型24u转换成每个灯具的开关信息。通过由或门组成的数字电路，将u转换成每个LED灯具23的控制量u1～u16，通过继电器实现对每个灯具的开关。

控制群名称	控制群二进制编号	各LED开关的二进制表示
			0	000	0000 0000 0000 0000
1	001	0000 0000 0110 0110
			2	010	0000 0110 0110 0000
3	011	0000 0110 0110 0110
			4	100	0000 0110 1111 0110
5	101	0000 1111 1111 0110
			6	110	0110 1111 1111 0110
7	111	1111 1111 1111 1111

表中1代表LED打开，0代表LED关闭。

所述风光储电源模块1包括风能发电装置11、光能发电装置12、电能储存装置13、光伏功率检测装置14和电源控制装置15，所述风能发电装置11和光能发电装置12均通过所述电能储存装置13连接电源控制装置15，所述风能发电装置11为一台小型垂直轴风力发电机，所述光能发电装置12为一组多晶硅光伏太阳能电池板，所述电能储存装置13为一组蓄电池，所述电源控制装置15为电源控制器，一端同时连接所述电能储存装置13和市电，控制蓄电池组的充放电的同时在市电与电能储存装置13之间进行切换，另一端连接所述照明控制模块4。所述光伏功率检测装置14一端连接所述电源控制器，另一端连接所述照明控制器44，所述外界光照强度对室内照明的影响十分显著，所述光伏功率检测装置14的检测结果用以表征外界的光照强度。光伏功率检测装置14将得到电源控制器的功率值送入照明控制器44，与照明控制器44中预设的光伏功率阈值p进行比较，当实测光伏功率大于设定值p的时候，将照明控制器44的输出u限定在5级以下（含5级）。

图1是本发明室内照明系统的灯具和测点分布示意图。图中16个圆点代表16盏LED灯，每盏LED灯的功率为9W，5个三角代表5个光强监测点，排成“十”字型。实验场地为9m×9m的房间，窗口朝向北方。

假定用户设定室内光强给定值为400lux，太阳能发电模块实时功率为180w，高于光伏功率阈值p=150w，则控制群类型值u应在0-5之间选取。五个测点光强检测的测量值分别为400lux、300lux、300lux、200lux、180lux，通过前文所述的加权计算，得到检测值v=400×0.1+300×0.35+300×0.15+200×0.2+180×0.2=266lux，低于用户设定值，且差值在d～2d之间，则应提高一个控制群模型24等级，即u=u+1=1，数字电路将u=1转化成10、11、14、15号灯具的打开信息，并打开对应灯具。之后再次检测各点光强，分别为300 lux、500 lux、400 lux、400 lux、375lux，加权平均为420lux，与给定值400lux的差值绝对值在d之内，照明控制器44不需要做出调整，室内光照强度达到用户要求。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于分布式电源的智能化室内照明系统，其特征在于，所述照明系统包括风光储电源模块、智能照明模块、光强检测模块和照明控制模块，所述智能照明模块和光强检测模块均通过所述照明控制模块连接所述风光储电源模块,所述风光储电源模块用以切换所述照明系统的供电方式和检测光伏输出功率；

所述光强检测模块用以对照明室内多个点的光强进行分权检测和加权计算出综合测量光强I；

所述智能照明模块用以对照明室内设置多个照明设备并以所述照明设备组合形成多个的控制群模型；

所述照明控制模块通过所述风光储电源模块检测的光伏输出功率和光强检测模块加权计算获得的光强选择所述控制群模型,所述照明控制模块包括自动控制单元、手动控制单元、数字开关电路和照明控制器，所述手动控制单元一端连接所述智能照明模块，另一端连接照明控制器，所述手动控制单元优先级高于所述自动控制单元，所述手动控制单元由用户直接在照明控制器上选择所述控制群模型，所述控制群模型设为u，u为0-7的整数值，所述自动控制单元先由用户设定室内光强给定值i和光强偏差阈值d，u的默认值为0；

光强检测模块获得的综合测量光强I与光强给定值i之间差值小于d，u不变；

光强给定值i减综合测量光强I差值在d～2d之间，提高一个控制群模型等级，u＝u+1，差值大于2d，则提高两个控制群模型等级，即u＝u+2；

综合测量光强I减光强给定值i的差值在d～2d之间，降低一个控制群模型等级，即u＝u-1，若大于2d，则应降低两个控制群模型等级，即u＝u-2。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述数字开关电路将所述自动控制单元连接的控制群模型u转换成每个灯具的开关信息，通过由或门组成的数字电路，将u转换成每个灯具的控制量u1～u16，通过继电器实现对每个灯具的开关。

3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光强检测模块包括十字分权模型，所述十字分权模型将待测光强区域十字分划，形成四个端点和一个中心点，分别为第一测点、第二测点、第三测点、第四测点和第五测点；

所述第一测点为靠近窗户一侧的光强检测点，所述第一测点权重设为0.1，所述第二测点为靠近门一侧的光强检测点，所述第二测点权重设为0.15，所述第三测点为十字分划中心的光强检测点，所述第三测点权重设为0.35，所述第四测点和第五测点为无门窗的普通检测点，所述第四测点和第五测点权重均为0.2。

4.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述光强检测模块通过各光强检测器检测到的第一测点、第二测点、第三测点、第四测点和第五测点的光强之后加权平均计算，获得综合测量光强I，所述光强检测模块连接所述照明控制模块。

5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述智能照明模块包括多个LED灯具和多个控制群模型，所述多个LED灯具通过不同的组合方式，形成多个不同的控制群模型，所述控制群模型一端连接所述多个LED灯具，另一端连接所述照明控制模块。

6.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述风光储电源模块包括风能发电装置、光能发电装置、电能储存装置、光伏功率检测装置和电源控制装置，所述风能发电装置和光能发电装置均通过所述电能储存装置连接电源控制装置，所述风能发电装置为一台小型垂直轴风力发电机，所述光能发电装置为一组多晶硅光伏太阳能电池板，所述电能储存装置为一组蓄电池，所述电源控制装置为电源控制器，一端同时连接所述电能储存装置和市电，控制蓄电池组的充放电的同时在市电与电能储存装置之间进行切换，另一端连接所述照明控制模块。

7.根据权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述光伏功率检测装置一端连接所述电源控制器，另一端连接所述照明控制器，所述光伏功率检测装置将得到电源控制器的功率值送入照明控制器，与照明控制器中预设的光伏功率阈值p进行比较，当实测光伏功率大于设定值p的时候，将照明控制器的输出u限定在6级以下。