CN114760729B - 多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，该系统包括路灯配电柜和多杆协同节能子系统；其中多杆协同节能子系统包括智能网关和多个灯杆；每一个灯杆上均安装有LED灯具、恒流驱动器和智能单灯控制器；其中一个灯杆上安装有5G基站；智能单灯控制器、恒流驱动器和LED灯具依次连接；智能网关安装在路灯配电柜内，智能网关的信号输入端与5G基站连接，智能网关的多个信号输出端分别与每一个灯杆上的智能单灯控制器连接。该系统能够对LED灯具进行分时段调光，从而实现照明系统节能70％以上，节省下来的电能可用于拓展智慧灯杆的其他应用。

Description

多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统

技术领域

本发明涉及多功能智慧灯杆领域，特别涉及多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统。

背景技术

多功能智慧灯杆作为包含道路照明、视频安防监控、气象环保监测、5G移动通信基站、公共信息发布和充电桩等多种功能模块的新型城市信息基础设施，是智慧城市建设的突破口。“一杆多用”的智慧灯杆不仅节约能源，也可以减少城市土地的占用面积，促进资源的高效利用；作为智慧城市的信息感知终端，支撑起城市物联网的全范围覆盖。由于多功能智慧灯杆既是智慧城市的物理载体，又是5G基站的优良载体，因此随着科学技术的不断发展，多功能智慧灯杆的业务范围不断扩大，但同时也显现出以下几大问题：

第一，由于现有路灯的电力系统不能满足多功能智慧灯杆的用电需求，因此需要对电网新建升级，但是该过程费用极高且周期较长。再者目前多功能智慧灯杆的示范杆，单杆动辄数万、甚至十几万的建设成本，远超想象，且后期运营模式混乱。

第二，现有路灯都通过灯控箱自动实现天暗送电、天亮断电，相对安全。而智慧灯杆必须每天24小时不断电运行，加速供电线路设备老化导致的漏电、触电事故隐患明显增加。

第三，多功能智慧灯杆线路复杂，搭载的弱电设备众多，极易被雷击造成损坏。雨季发生的水浸事故没有任何防范措施，即使有水浸检测，也没有电气联动措施。多功能智慧灯杆的承重大大超过普通灯杆，设计和制造过程虽可预防，但实际运行中出现倾斜、倒塌、跌落等故障的几率大大提高了。

因此，针对多功能智慧灯杆，如何实现“不增机柜”、“不改市电(如市电变压器、供电线缆、前级空开等)”和“不改配电(含粗线)”的低成本部署，以及如何解决多功能智慧灯杆运行安全性低、运营模式混乱的问题，成为同行从业人员亟待解决的问题。

发明内容

为有效解决上述一种或多种技术问题，本发明提供了多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统。

本发明实施例提供了多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，包括路灯配电柜和多杆协同节能子系统；

其中，所述多杆协同节能子系统包括智能网关和多个灯杆；每一个灯杆上均安装有LED灯具、恒流驱动器和智能单灯控制器；其中一个灯杆上安装有5G基站；

所述智能单灯控制器、恒流驱动器和所述LED灯具依次连接；

所述智能网关安装在所述路灯配电柜内，所述智能网关的信号输入端与所述5G基站连接，所述智能网关的多个信号输出端分别与每一个灯杆上的所述智能单灯控制器连接。

进一步地，每一个灯杆上均安装有信息公告屏；所述信息公告屏和所述智能网关连接；

其中，一个灯杆上的信息公告屏为彩色LED双面屏；剩余的其它灯杆上的信息公共屏均为墨水屏；

所述彩色LED双面屏根据车流、人流量，时间段进行智能调节，开启节能模式。

进一步地，还包括分布式储能子系统；

所述分布式储能子系统包括电池组件、防水电池箱、电池组件控制器和多路电能计量器；

所述电池组件和所述电池组件控制器连接，且均安装于所述防水电池箱内；所述防水电池箱安装在所述灯杆上；所述电池组件与所述恒流驱动器、智能单灯控制器连接；

所述多路电能计量器安装在所述路灯配电柜内，用于计量每一路灯杆的耗电量。

进一步地，所述电池组件包括：超级电容和可充电锂电池。

进一步地，还包括分布式发电子系统；

所述分布式发电子系统包括光伏发电装置、风能发电装置和/或风光互补发电装置；

所述光伏发电装置、风能发电装置和/或风光互补发电装置都安装于所述灯杆上，且分别与所述电池组件连接，将所产生的电能储存在所述电池组件中。

进一步地，还包括分布式安全监测子系统；

所述分布式安全监测子系统包括避雷针；所述避雷针安装在所述灯杆的顶端，用于防止多功能智慧灯杆系统被雷击。

进一步地，所述分布式安全监测子系统还包括漏电监测传感器；

所述漏电监测传感器安装在所述灯杆下端和所述路灯配电柜内，用于对多功能智慧灯杆系统的漏电情况进行监测；

所述灯杆下端的漏电监测传感器与所述智能网关连接；所述路灯配电柜内的漏电监测传感器与配电电缆连接。

进一步地，所述分布式安全监测子系统还包括水浸监测传感器；

所述水浸监测传感器安装在所述灯杆底座最低点，与所述智能网关相连，用于对灯杆底座水浸情况进行监测。

进一步地，所述分布式安全监测子系统还包括灯杆监测传感器；

所述灯杆监测传感器安装在所述灯杆中下部，与所述智能网关相连，用于对灯杆的强度和倾斜度进行监测。

进一步地，所述分布式安全监测子系统还包括温度监测传感器；

所述温度监测传感器安装于所述多功能智慧灯杆系统易于发热以及对温度有要求的位置，与所述智能网关相连，用于对关键点温度进行监测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中的多杆协同节能子系统包括智能网关、LED灯具、恒流驱动器和智能单灯控制器；基于智能网关，智能单灯控制器可控制恒流驱动器对LED灯具进行分时段调光，从而实现照明系统节能70％以上，节省下来的电能可用于拓展智慧灯杆的其他应用。实现了“不改市电、不改配电”工程设计理念。

2、本发明中的分布式储能子系统可针对电网在用电高峰时对路灯系统进行供电补充，在用电低谷时进行充电蓄能，实现电能的优化调度，在一定程度上减轻了多功能智慧灯杆系统高峰用电时段的负担；并且分布式储能子系统采用了分路控制与计量的方式，从而形成了分路能耗节费结算的新方式，改变了原有的运维和盈利模式，有效解决了运营模式混乱的问题。

3、本发明中的分布式发电子系统所产生的电能用于均衡和调节其电网的负荷，实现节能降耗。

4、本发明中的分布式安全监测子系统通过优化电缆与光纤走线设计、散热设计，设置避雷针、漏电监测传感器、水浸监测传感器、灯杆监测传感器和温度监测传感器，实时对灯杆的安全状态进行监测，从而实现对多功能智慧灯杆进行多方面安全控制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统图。

图2为本发明实施例提供的多杆协同结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面通过5个实施例分别进行详细说明：

实施例1：

本发明实施例提供了多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，参照图1所示，该系统包括路灯配电柜和多杆协同节能子系统；其中，多杆协同节能子系统包括智能网关和多个灯杆；每一个灯杆上均安装有LED灯具、恒流驱动器和智能单灯控制器；其中一个灯杆上安装有5G基站；智能单灯控制器、恒流驱动器和LED灯具依次连接；LED灯具相比高压钠灯，相同的照射效果下能够节能60％以上；智能单灯控制器用于控制恒流驱动器对LED灯具进行分时段调光，从而使LED灯具再节能10％以上；

智能网关安装于路灯配电柜内，智能网关的信号输入端与5G基站连接，智能网关的多个信号输出端分别与每一个灯杆上的智能单灯控制器连接；智能网关是网络控制接入的关键点，通过智能网关能够远程无线控制系统的运行，从而使LED灯具实现节能，节省下来的电能可拓展灯杆的5G微基站、信息公告屏、视频监控等其他智慧灯杆功能应用。

本实施例中的灯杆为N+1模式，即包括N根智慧灯杆和1根带5G基站的智慧灯杆，实现了多杆合一的技术效果。在现有技术中，5G基站覆盖直径300米范围。参照图2所示，假设按照1个智慧灯杆配8个普通灯杆：原来的照明线路不变，仅需将原来的“250W高压钠灯+镇流器电源”灯具更换成“100W高效LED灯具+恒流驱动器+智能单灯控器”，进行调光之后便可以实现节能70％以上，考虑原来线路10％的余量，就可以节省出1732W(＝功率*节能效率*灯杆数量(8+1)*线路余量＝250W*70％*9*110％)的功率；如果是双灯：则可以节省出3465W(＝2*250W*70％*9*110％)的功率，而5G四家公网运营商(中移动、电信/联通、广电)+市政专网1.4G/企业专网1.8G，各自一杆(AAU为16T16R功耗300W)，共预留1200W。单面屏300W到高分双面屏1200W的功耗，其他设备(如网关、WIFI热点、各类传感器等)200-300W，完全满足最豪华的额外功耗2600W的目标，还可以考虑给交通信号灯留出备用通道，完美解决原供电容量和线路都要重新设计的问题，实现了“不改市电、不改配电”工程设计理念。

实施例2：

参照图1所示，本实施例2在实施例1的基础上增加了信息公告屏，每一个灯杆上均安装有信息公告屏，且信息公告屏和智能网关连接；该信息公告屏同样为N+1模式配置，即包括N个极低功耗的墨水屏和1个彩色LED双面屏。其中LED双面屏可以根据车流、人流量，时间段进行智能调节，开启节能模式，从而将信息公告屏的平均能耗降低至100W以下，进一步的实现了节能、节省运行成本和降低电网负荷。

实施例3：

参照图1所示，本实施例3可在实施例1或实施例2的基础上增加了分布式储能子系统，该分布式储能子系统包括电池组件、防水电池箱、电池组件控制器和多路电能计量器；电池组件和电池组件控制器连接，且均安装于防水电池箱内，防水电池箱体安装在灯杆上；电池组件与恒流驱动器、智能单灯控制器连接，用于给恒流驱动器和智能单灯控制器供电；

电池组件可使用超级电容+锂电池的复合技术，其具有8000-30000次100％全冲放寿命，因此该电池组件在最少20年内不需要进行更换。每个灯杆的额定储能为48V/1850WH，比如按照8+1模式配置，9个灯杆合计储能16650WH，足够在实现照明的同时确保5G基站维持运行近12小时(停电时需关闭公告屏)，保证了应急需求。

电池组件控制器可以对电池组件进行控制调节，从而使电池组件在用电高峰时对路灯系统进行供电补充，在用电低谷时进行充电蓄能，通过错峰用电以均衡电网系统的负荷，实现了电能的优化调度。

多路电能计量器安装于路灯配电柜内，用于计量每一路灯杆的耗电量；并且多路电能计量器采取分路能耗节费结算，形成新的多功能智慧灯杆运营模式，即按各应用电能消耗比例及相应的计费系数确定相关费用，有效解决了运营模式混乱的问题。

实施例4：

参照图1所示，多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统还包括：分布式发电子系统，该分布式发电子系统包括光伏发电装置、风能发电装置和/或风光互补发电装置；光伏发电装置、风能发电装置和/或风光互补发电装置都安装于灯杆上，且分别与电池组件连接，将所产生的电能储存在电池组件中；本实施例中，分布式发电子系统可以是光伏发电装置、风能发电装置和风光互补发电装置中任意的一种，也可以是任意的两种，还可以三种发电装置一起使用。

本实施例中，比如每个灯杆均可以装200W太阳能电池板，以8+1根灯杆的模式配置，9根灯杆合计1.8kW；如果采用光伏发电装置或风能发电装置进行发电，假设一年平均发电3000小时，那么年发电量则为5400kWH。分布式发电子系统所产生的电能不仅能够供自身使用，还可以储存在分布式储能子系统中，从而实现电网的错峰填谷、停电应急，极大地减轻了电网负荷；如果采用风光互补发电装置进行发电，那么所产生的发电量会更多，更加利于实现电网的错峰填谷、停电应急；

实施例5：

参照图1所示，多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统还包括：分布式安全监测子系统，该分布式安全监测子系统包括避雷针、漏电监测传感器、水浸监测传感器、灯杆监测传感器和温度监测传感器；该分布式安全监测子系统通过优化电缆、光纤走线设计以及散热设计，与配电柜形成一套无线联动安全保护系统，能够实时对灯杆的安全状态进行监测与保护；

其中雷针安装于灯杆的顶端，可有效防止多功能智慧灯杆系统被雷击；

漏电监测传感器安装于灯杆下端和路灯配电柜内，用于对多功能智慧灯杆系统的漏电情况进行监测；当灯杆本身出现漏电故障时，就地切断灯杆电源；当发生线路漏电故障时，远方配电柜切断整条供电线路的电源，从而确保全线路的安全；

水浸监测传感器安装于灯杆底座最低点，用于对灯杆底座水浸情况进行监测；当灯杆水浸情况超出预设值时就会发出警示声，此时通过无线联动，由远方配电柜切断整条供电线路的电源。

灯杆监测传感器安装于灯杆中下部，用于对灯杆的强度和倾斜度进行监测；当灯杆的强度和倾斜度超出预设范围时就会发出警示声，此时后台运维自动创建抢修计划；

温度监测传感器安装于多功能智慧灯杆系统易于发热以及对温度有要求的位置，用于对关键点温度进行监测，例如对LED灯具、发电系统等温度进行监测；当灯杆的温度超出预设范围时就会发出警示声，此时后台运维自动创建抢修计划。

本发明实施例提供了多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，该系统包括路灯配电柜、多杆协同节能子系统、分布式储能子系统、分布式发电子系统和分布式安全监测子系统；其中，多杆协同节能子系统实现照明系统节能70％以上，节省下来的电能可用于拓展智慧灯杆的其他应用；分布式储能子系统可针对电网在用电高峰时对路灯系统进行供电补充，在用电低谷时进行充电蓄能，实现电能的优化调度，一定程度上减轻智慧灯杆系统高峰用电时段的负担；同时分布式储能子系统采用分路控制与计量的方式，形成分路能耗节费结算的新方式，改变原有的运维和盈利模式；分布式发电子系统所产生的电能用于均衡和调节其电网的负荷，进行节能降耗；分布式安全监测子系统通过优化电缆与光纤走线设计、散热设计，设置避雷针、漏电监测传感器、水浸监测传感器、灯杆监测传感器和温度监测传感器，实时对灯杆的安全状态进行监测，从而实现对多功能智慧灯杆进行多方面安全控制。

本发明可以有效实现“不增机柜、不改市电、不改配电”的多功能智慧灯杆工程设计理念，极大节省建设成本和建设周期，而且系统安全性能高，后期运行盈利模式明确，非常适用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，包括路灯配电柜和多杆协同节能子系统；

所述多杆协同节能子系统包括智能网关和多个灯杆；每一个灯杆上均安装有LED灯具、恒流驱动器和智能单灯控制器；其中一个灯杆上安装有5G基站；

所述智能单灯控制器、恒流驱动器和所述LED灯具依次连接；

所述智能网关安装在所述路灯配电柜内，所述智能网关的信号输入端与所述5G基站连接，所述智能网关的多个信号输出端分别与每一个灯杆上的所述智能单灯控制器连接；

还包括分布式储能子系统；

所述分布式储能子系统包括电池组件、防水电池箱、电池组件控制器和多路电能计量器；

所述电池组件和所述电池组件控制器连接，且均安装于所述防水电池箱内；所述防水电池箱安装在所述灯杆上；所述电池组件与所述恒流驱动器、智能单灯控制器连接；

所述多路电能计量器安装在所述路灯配电柜内，用于计量每一路灯杆的耗电量；

还包括分布式安全监测子系统；

所述分布式安全监测子系统还包括漏电监测传感器；

所述漏电监测传感器安装在所述灯杆下端和所述路灯配电柜内，用于对多功能智慧灯杆系统的漏电情况进行监测；

所述灯杆下端的漏电监测传感器与所述智能网关连接；所述路灯配电柜内的漏电监测传感器与配电电缆连接。

2.如权利要求1所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，每一个灯杆上均安装有信息公告屏；所述信息公告屏和所述智能网关连接；

其中，一个灯杆上的信息公告屏为彩色LED双面屏；剩余的其它灯杆上的信息公共屏均为墨水屏；

所述彩色LED双面屏根据车流、人流量，时间段进行智能调节，开启节能模式。

3.如权利要求1所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，所述电池组件包括：超级电容和可充电锂电池。

4.如权利要求1所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，还包括分布式发电子系统；

所述分布式发电子系统包括光伏发电装置、风能发电装置和/或风光互补发电装置；

所述光伏发电装置、风能发电装置和/或风光互补发电装置都安装于所述灯杆上，且分别与所述电池组件连接，将所产生的电能储存在所述电池组件中。

5.如权利要求1所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，还包括分布式安全监测子系统；

所述分布式安全监测子系统包括避雷针；所述避雷针安装在所述灯杆的顶端，用于防止多功能智慧灯杆系统被雷击。

6.如权利要求1所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，所述分布式安全监测子系统还包括水浸监测传感器；

所述水浸监测传感器安装在所述灯杆底座最低点，与所述智能网关相连，用于对灯杆底座水浸情况进行监测。

7.如权利要求6所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，所述分布式安全监测子系统还包括灯杆监测传感器；

所述灯杆监测传感器安装在所述灯杆中下部，与所述智能网关相连，用于对灯杆的强度和倾斜度进行监测。

8.如权利要求7所述的多功能智慧灯杆基于配电柜的能源管理与优化调度系统，其特征在于，所述分布式安全监测子系统还包括温度监测传感器；

所述温度监测传感器安装于所述多功能智慧灯杆系统易于发热以及对温度有要求的位置，与所述智能网关相连，用于对关键点温度进行监测。