目前，上海世博最佳城市实践园区的照明均采用本地时控器进行定时回路开关控制，区域配备普通三相电表，通过人工定期抄表进行能耗统计，整体园区照明处于手动或半自动控制状态。因此，需对园区照明进行网络化智能改造，实现远程C /S 架构监控管理。
本文对上海世博最佳城市实践区的景观照明和庭院路灯照明等进行智能化升级改造，实现世博园区信息化、智能化和人性化管理的需求。通过灵活可配置的策略管理手段，根据实际运营需求，预先进行自动开关或调光控制，并对运行状态和能耗进行自动实时监测计量和历史数据存储、分析。
智能照明系统原理和应用架构
该项目采用的是上海电器科学研究所(集团)有限公司的智能照明控制系统，采用工业以太网、电力线载波通信等多类型通信技术，并结合光感等环境信息传感器，通过对回路灯源或单灯进行远程监测，实现对灯源系统的智能化管理。
整体智能照明系统的拓扑结构属于集散式C/S控制系统，远程服务器主机通过交换机扩展出多个控制子网，实现分散管理，各控制子网配备智能照明控制执行模块。智能照明系统拓扑图如图1 所示。
智能照明控制子网执行模块主要包含开关模块(以太网PLC)、回路调光模块、智能三相计量模块、电力线载波集中器和单灯终端模块等设备，其工业园区的应用系统架构由现场控制层、通信传输层和远程管理层三部分架构组成。
(1)现场控制层包含回路控制主设备和单灯控制主设备两种现场控制类型。回路控制实现对区域多盏灯具的同时开关、调光，适用于功率偏小、成片控制的场合，如地埋、树景、洗墙等；单灯控制可通过电力线载波技术，实现单灯的开关、调光和状态能耗计量，适用于功率偏大、精细化监控的场合，如庭院灯、路灯等。
(2)现场控制层接收园区远程管理中心下发的运行参数和监控命令，实现对本地照明的控制，并上传本地运行采集数据和感知传感信号。
(3)通信传输层主要基于工业以太网技术，负责园区各分区域照明现场与园区照明总控制室的数据交互通信。
远程管理层负责园区整体照明系统的管理调度，主要由计算机、园区数据库服务器、通信设备、显示输出设备、报警设备及能将计算机集成、智能控制、通信、图像处理、地理信息、卫星定位等相关技术融合运用的园区照明管理平台软件组成。
智能照明园区整体应用系统架构如图2所示。
世博园区智能照明系统设计方案
2.1 世博园区照明现状
该项目示范实施区域为上海世博最佳城市实践区的园区照明，涵盖南区半淞园路、北区竹林墙、北区南车站路、北区消控中心、北区成都活水源5个园区照明控制柜。原有控制柜均采用本地时控器进行定时回路开关控制，不同类型的回路灯具开关时间提前在时控器中设定，从而实现初步智能控制。区域配备普通三相电表，通过人工定期抄表进行能耗统计，园区照明处于手动或半自动控制状态。
2.2 系统改造设计方案
2.2.1 园区系统设备改造设计
园区系统通过光纤铺设和管理中心服务器建设，在北区城市最佳实践区和南区能源中心远程监控园区的5 个照明控制柜。
对5个照明控制柜内的时控器和普通三相电表进行设备替换，其中南区半淞园路、北区竹林墙、北区南车站路和北区消控中心4个照明控制柜替换为开关模块和智能三相计量模块，实现回路智能控制和整柜能耗的自动计量。北区成都活水源主要涉及庭院路灯控制，从而进行电力线载波系统与可调光LED 的综合示范演示，实现单灯的精细化管理。
在北区消控中心室外安装两套光照感知传感器，准确感知室外光照的变化，将照度信息上传给管理中心，作为5个照明控制柜同步开关的重要依据。
2.2.2 智能照明监控平台设计
根据园区5 个照明控制柜的控制需求，开发设计了智能照明监控平台，共包含以下交互功能。
(1)用户管理，对各种角色权限的登录用户进行设定、管理，记录并查询历史记录。
(2)实时监控，远程实时监测现场照明的开关、通信等状态，可进行远程开关控制。
(3)策略监控，远程对现场每个控制柜进行24 h 运营策略配置，定期或手动校时。
(4)能耗分析，显示、存储和对比分析现场每个照明控制柜上传的能耗数据。
(5)故障报警，对现场照明控制柜出现的异常情况进行远程报警。
(6)配置下载，对现场每个控制柜的核心照明控制执行模块进行相关数据配置。
3世博园区智能照明系统实施效果
3.1 控制灵活
智能照明系统采用多层系统架构，由现场控制层、通信传输层和园区管理层组成，对园区整体照明进行集中可视化监控，可根据运行实际情况切换成手动控制和自动控制两种模式。
(1)手动控制(人性化设计)。对园区各区域照明进行远程人工开关、调光控制或整体情景模式的切换，可用于灯具检修测试、消防、园区节假日活动和特殊控制等情况。
(2)自动控制(环境模拟)。根据园区各分区域日常作息对照明的变化需求定制整体24 h自动运营策略，由智能照明监控平台自动化管理园区各分区域的照明开关、情景变化、调光等。
3.2 智能感知
现场配备光照感知传感器，可对室外光照变化进行探测，准确识别四季变化下的白昼和夜晚、恶劣天气下的阴雨天，并将照度信息反馈给管理中心智能照明监控系统，作为现场照明控制柜同步开关调控的重要依据。
3.3 照明监测
(1)能耗监测。可对园区各分区域、回路，甚至单个庭院路灯的电能进行自动计量和数据采集，并通过园区管理中心的智能照明平台对数据进行自动分析、处理和存储，为园区的照明能耗分析提供精确的历史数据和对比数据，为完善照明设计和运行策略、降低照明分项能耗提供依据。
(2)照明状态监测。可对园区照明故障进行及时、精确定位，实现真正意义上的“值班等待报警”，有效缩短了园区照明的维修响应时间，提高了检修效率。
3.4 节约电能
成都活水源区域照明应用电力线载波和可调光LED 新型照明技术，可根据运营策略和照度变化对庭院路灯进行0～100%无极调光，可显著降低能耗。
4控制策略和节电效能
为客观表征智能照明控制策略的节能效果，使用能耗模型：
式中：
E(N)——N 个时间片内系统的能耗总和；
Pmax——照明系统100% 亮度时的单位能耗；
φT——调光等级，即相对全调光的百分比；
n——第n 个时间片。
改造前，旧有控制策略：18: 00～6: 00 共11 h，无智能调光策略，灯具照度均为100%。
根据上海世博最佳城市实践区的照明运营需求，定制的智能控制策略如表1 所示。
因此，可计算得出上海世博最佳城市实践区照明改造后的节电效能率为37.27%，如果加上LED 灯具的节能，则节电效能率更高。另外，采用调光型控制系统还可延长照明灯具寿命。
智能控制系统可根据实际需求，事先设置区域、时间段、照度等进行自动开关控制，按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，实现按需照明和精细化管理。另外，智能照明控制方案结合流量感应，形成更高的安全性和舒适性，且控制过程中无需更改经验参数，适用于各种交通道路和工厂园区照明场景，具有普遍的实用推广意义。
结语
住房和城乡建设部审核通过并开始施行的《“十二五”城市绿色照明规划纲要》和《城市照明管理规定》，要求推广使用节能、环保的照明新技术、新产品，开展绿色照明活动，提高城市照明的科学技术水平，加快城市照明的节能改造工作。
上海世博最佳城市实践区的园区智能照明系统的建设正是响应国家要求，通过智能化升级改造实现了信息化、人性化、智能化的城市照明，减少了日常照明运营的人力、财力投入，降低了园区照明的综合管理成本。
