Помощь студентам в учебе
Энергоэффективная система управления наружным освещением парковой зоны
|
Введение 5
Глава 1. Анализ научно-технической литературы в области разработки систем управления наружным освещением 7
1.1 Анализ научно технической литературы по видам применяемых 7
источников наружного освещения 7
1.2 Анализ научно технической литературы по разработке
автоматизированных систем управления электроснабжением светильников наружного освещения 11
1.3 Применение теории нечетких множеств и нечеткой логики в задачах
электроэнергетики 16
1.4 Энергоресурсосберегающие технологии в области наружного
освещения 18
Выводы по 1-й главе 21
Глава 2. Проектирование системы электроснабжения светильников наружного освещения 22
2.1 Светотехнический расчёт СНО 22
2.1.1 Выбор светильников наружного освещения 23
2.1.2 Светотехнический расчет освещения парковой зоны 26
2.1.3 Проектирование схемы расположения светильников наружного
освещения 30
2.2 Расчет системы электроснабжения светильников наружного освещения 33
2.2.1 Расчёт осветительной нагрузки парковой зоны 33
2.2.2 Выбор сечения проводов осветительной сети 36
2.2.3 Проверка трансформаторов на перегрузку 39
Выводы по 2-й главе 42
Глава 3. Разработка энергоэффективной системы автоматизированного управления электроснабжением наружного освещения 43
3.1 Разработка структурной схемы автоматизированной системы
управления электроснабжением светильников наружного освещения 43
3.2 Разработка математической модели и алгоритма управления
системой электроснабжения светильников наружного освещения 46
3.3 Программная реализация алгоритма управления системы
электроснабжения светильников наружного освещения 55
Выводы по 3-й главе 59
Глава 4. Экспериментальное исследование энергоэффективной системы электроснабжения светильников наружного освещения 59
4.1 Элементная база макета «Освещение парковой зоны» 60
4.2 Подключение устройств к микроконтроллеру Arduino 62
4.3 Тестирование системы управления электроснабжением светильников
наружного освещения на разработанном макете парковой зоны 66
Выводы по 4-й главе 71
Заключение 70
Список использованных источников
Глава 1. Анализ научно-технической литературы в области разработки систем управления наружным освещением 7
1.1 Анализ научно технической литературы по видам применяемых 7
источников наружного освещения 7
1.2 Анализ научно технической литературы по разработке
автоматизированных систем управления электроснабжением светильников наружного освещения 11
1.3 Применение теории нечетких множеств и нечеткой логики в задачах
электроэнергетики 16
1.4 Энергоресурсосберегающие технологии в области наружного
освещения 18
Выводы по 1-й главе 21
Глава 2. Проектирование системы электроснабжения светильников наружного освещения 22
2.1 Светотехнический расчёт СНО 22
2.1.1 Выбор светильников наружного освещения 23
2.1.2 Светотехнический расчет освещения парковой зоны 26
2.1.3 Проектирование схемы расположения светильников наружного
освещения 30
2.2 Расчет системы электроснабжения светильников наружного освещения 33
2.2.1 Расчёт осветительной нагрузки парковой зоны 33
2.2.2 Выбор сечения проводов осветительной сети 36
2.2.3 Проверка трансформаторов на перегрузку 39
Выводы по 2-й главе 42
Глава 3. Разработка энергоэффективной системы автоматизированного управления электроснабжением наружного освещения 43
3.1 Разработка структурной схемы автоматизированной системы
управления электроснабжением светильников наружного освещения 43
3.2 Разработка математической модели и алгоритма управления
системой электроснабжения светильников наружного освещения 46
3.3 Программная реализация алгоритма управления системы
электроснабжения светильников наружного освещения 55
Выводы по 3-й главе 59
Глава 4. Экспериментальное исследование энергоэффективной системы электроснабжения светильников наружного освещения 59
4.1 Элементная база макета «Освещение парковой зоны» 60
4.2 Подключение устройств к микроконтроллеру Arduino 62
4.3 Тестирование системы управления электроснабжением светильников
наружного освещения на разработанном макете парковой зоны 66
Выводы по 4-й главе 71
Заключение 70
Список использованных источников
Современные сети наружного освещения (СНО) представляют собой достаточно энергоемкие объекты. В работе [1] отмечено, что согласно оценке Международного энергетического агентства, 19% всей потребляемой в мире электроэнергии приходится на освещение, использование современных световых технологий делает возможным экономить до 40% потребляемой электроэнергии (106 млрд евро в мировом масштабе). Согласно статье [2] траты на электроэнергию в сетях наружного освещения населенных пунктов составляют 30% от всех затрат на освещение, а с учетом дополнительных затрат на обслуживание сетей освещения, занимают одно из ключевых мест в структуре затрат муниципальных бюджетов.
Согласно федеральному закону [3] вопросы энергосбережения и повышения энергетической эффективности являются приоритетными направлениями развития электроэнергетики Российской Федерации, поэтому разработка энергоэффективных систем управления наружным освещением парковой зоны является актуальной и значимой задачей.
В связи с этим целью ВКР является разработка автоматизированной системы управления СНО парковой зоны.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ научно-технической литературы в области энергоснабжения и управления наружным освещением парковой зоны;
2. Проектирование системы электроснабжения парковой зоны;
3. Разработка структурной схемы управления освещением парковой зоны;
4. Разработка математической модели управления освещением парковой зоны по двум входным переменным: естественной освещенности; присутствию посетителей парка;
5. Разработка алгоритма управления освещением парковой зоны на основе теории нечеткого вывода и его программная реализация.
6. Тестирование системы управления электроснабжением светильников наружного освещения на разработанном макете парковой зоны.
Объектом исследования является энергоснабжение наружного освещения парковой зоны, предметом исследования - энергоэффективная система управления СНО парковой зоны.
Научной новизной исследования является разработанный и программно реализованный алгоритм управления освещением парковой зоны на основе теории нечеткого вывода Mamdani по двум входным переменным.
Практической значимостью исследования является разработанный программно-аппаратный стенд, включающий в себя программное обеспечение и макет парковой зоны со светодиодными светильниками, позволяющий оценивать энергоэффективность системы управления электроснабжением светильников наружного освещения.
По теме научно-исследовательской работы было опубликовано 5 научных статей в журналах и сборниках различных уровней.
Согласно федеральному закону [3] вопросы энергосбережения и повышения энергетической эффективности являются приоритетными направлениями развития электроэнергетики Российской Федерации, поэтому разработка энергоэффективных систем управления наружным освещением парковой зоны является актуальной и значимой задачей.
В связи с этим целью ВКР является разработка автоматизированной системы управления СНО парковой зоны.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ научно-технической литературы в области энергоснабжения и управления наружным освещением парковой зоны;
2. Проектирование системы электроснабжения парковой зоны;
3. Разработка структурной схемы управления освещением парковой зоны;
4. Разработка математической модели управления освещением парковой зоны по двум входным переменным: естественной освещенности; присутствию посетителей парка;
5. Разработка алгоритма управления освещением парковой зоны на основе теории нечеткого вывода и его программная реализация.
6. Тестирование системы управления электроснабжением светильников наружного освещения на разработанном макете парковой зоны.
Объектом исследования является энергоснабжение наружного освещения парковой зоны, предметом исследования - энергоэффективная система управления СНО парковой зоны.
Научной новизной исследования является разработанный и программно реализованный алгоритм управления освещением парковой зоны на основе теории нечеткого вывода Mamdani по двум входным переменным.
Практической значимостью исследования является разработанный программно-аппаратный стенд, включающий в себя программное обеспечение и макет парковой зоны со светодиодными светильниками, позволяющий оценивать энергоэффективность системы управления электроснабжением светильников наружного освещения.
По теме научно-исследовательской работы было опубликовано 5 научных статей в журналах и сборниках различных уровней.
В данной работе нами была рассмотрена проблема разработки энергоэффективной системы управления наружным освещением парковой зоны. Получены следующие основные результаты.
1. Проведенный анализ научно-технической литературы в области разработки систем управления наружным освещением позволил заключить, что автоматизированные системы управления наружным освещением парковой зоны с использованием методов искусственного интеллекта и светодиодных светильников в настоящее время являются наиболее перспективными.
2. Спроектирована система электроснабжения парковой зоны, в том числе выполнен светотехнический расчёт СНО и расчёт системы электроснабжения светильников наружного освещения. По результатам решения данной задачи были сделаны выводы о соответствии выбранного оборудования и технических характеристик питающей сети системы электроснабжения парковой зоны требованиям нормативной документации.
3. Разработана структурная схема управления освещением парковой зоны, позволяющая осуществлять энергоэффективное управление СНО, содержащая: датчики освещенности и движения, интеллектуальную систему принятия решений, микроконтроллер, реле, светодиодные светильники.
4. Разработана математическая модель управления освещением парковой зоны на основе нечеткого вывода по двум входным переменным: естественной освещенности, присутствию посетителей парка; и одной выходной переменной - мощность питающей сети осветительных установок. Разработаны: терм- множества входных и выходной переменных, для каждой из которых выбраны функции принадлежности; составлена база лингвистических правил.
5. Адаптирован алгоритм управления наружным освещением парковой зоны на основе классического алгоритма Mamdani. Адекватность полученного алгоритма СНО была подтверждена тестированием программы и достоверностью полученных результатов.
6. Проведено тестирование системы управления электроснабжением светильников наружного освещения на разработанном макете «Освещение парковой зоны». Энергоэффективность разработанной системы управления по сравнению с традиционными системами управления (по заданному графику) составила:
- для зимнего, осеннего, весеннего периодов - до 20,33%;
- для летнего периода - до 16,87 %.
Таким образом, разработанная в исследовании автоматизированная система управления светодиодными светильниками на основе алгоритма нечеткого вывода Mamdani по двум входным переменным является новым и энергоэффективным решением в области управления наружным освещением парковой зоны.
1. Проведенный анализ научно-технической литературы в области разработки систем управления наружным освещением позволил заключить, что автоматизированные системы управления наружным освещением парковой зоны с использованием методов искусственного интеллекта и светодиодных светильников в настоящее время являются наиболее перспективными.
2. Спроектирована система электроснабжения парковой зоны, в том числе выполнен светотехнический расчёт СНО и расчёт системы электроснабжения светильников наружного освещения. По результатам решения данной задачи были сделаны выводы о соответствии выбранного оборудования и технических характеристик питающей сети системы электроснабжения парковой зоны требованиям нормативной документации.
3. Разработана структурная схема управления освещением парковой зоны, позволяющая осуществлять энергоэффективное управление СНО, содержащая: датчики освещенности и движения, интеллектуальную систему принятия решений, микроконтроллер, реле, светодиодные светильники.
4. Разработана математическая модель управления освещением парковой зоны на основе нечеткого вывода по двум входным переменным: естественной освещенности, присутствию посетителей парка; и одной выходной переменной - мощность питающей сети осветительных установок. Разработаны: терм- множества входных и выходной переменных, для каждой из которых выбраны функции принадлежности; составлена база лингвистических правил.
5. Адаптирован алгоритм управления наружным освещением парковой зоны на основе классического алгоритма Mamdani. Адекватность полученного алгоритма СНО была подтверждена тестированием программы и достоверностью полученных результатов.
6. Проведено тестирование системы управления электроснабжением светильников наружного освещения на разработанном макете «Освещение парковой зоны». Энергоэффективность разработанной системы управления по сравнению с традиционными системами управления (по заданному графику) составила:
- для зимнего, осеннего, весеннего периодов - до 20,33%;
- для летнего периода - до 16,87 %.
Таким образом, разработанная в исследовании автоматизированная система управления светодиодными светильниками на основе алгоритма нечеткого вывода Mamdani по двум входным переменным является новым и энергоэффективным решением в области управления наружным освещением парковой зоны.