一种公路短隧道供电照明优化配置方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种公路短隧道供电照明优化配置方法及系统，根据灯具布设方案计算隧道内各月照明能耗、各月风能消耗和各月光能消耗，采集极端天气的持续时间，建立隧道各月照明能耗与电能的约束关系，确定满足各月照明需求的风光储能约束范围，建立极端天气下隧道照明的电能供求约束关系，计算在极端天气下照明能耗，确定风光储能量的约束性参数；建立风光设备运维成本目标控制函数，结合各月照明能耗与电能的约束和极端天气下风光储能量的约束性参数，计算风光储能设备功率的配置方案。本发明专利技术减少了能源的浪费，降低了运维成本，为照明供能的稳定性提供了新的计算方法，解决了现有技术中，供能不稳定，运维成本高，无效能耗的浪费的问题。浪费的问题。浪费的问题。

A method and system for optimizing the power supply and lighting configuration of highway short tunnels

【技术实现步骤摘要】
一种公路短隧道供电照明优化配置方法及系统


[0001]本专利技术属于隧道照明
，涉及一种公路短隧道供电照明优化配置方法及系统。

技术介绍

[0002]短隧道是公路隧道的主要类型，其照明布设方案的优劣对能耗影响很大。随着中国能源结构的优化，太阳能、风能等清洁能源的利用率、产品可靠度在逐步提升，风光清洁能源的应用是探索降低短隧道照明能耗的方向之一。因此，基于区域风光特性进行风光互补离网供电方案设计，在公路短隧道照明应用风光互补离网供电系统，可降低短隧道照明能耗。
[0003]目前，针对隧道照明灯具的配光曲线类型设计、布设方式及清洁能源离网供电等开展了较多研究，设计理论研究较多但工程实践较少。相关研究较少涉及隧道断面类型、灯具配光曲线类型与布置方式及参数等的最优组合形式，未考虑隧道内灯具光通量的分布情况，对隧道内的无效照明能耗占比较大的现象改善效果有限，运维成本高，能耗消耗大，一定程度上限制了非市电供能在隧道照明上的应用。当前短隧道照明常以并网形式结合风光能源供电，离网供电方式的实践较少，风光互补离网供电系统的供能稳定性与经济性仍需进一步探索。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中供能不稳定，运维成本高，无效能耗的浪费问题，提供一种公路短隧道供电照明优化配置方法及系统，以隧道内照明无效光通量占比、灯具布设功率及照度均匀度作为主要评价指标，优化隧道灯具布设方法以实现能耗较低，并基于区域风光特性进行风光互补离网供电方案设计，提出公路短隧道风光互补离网供电系统的照明设计方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种公路短隧道供电照明优化配置方法，包括以下步骤：
[0007]S1：计算隧道内灯具无效通量的占比并确定灯具布设方案，根据灯具布设方案计算隧道内各月照明能耗、各月风能消耗和各月光能消耗，采集极端天气的持续时间
[0008]S2：基于隧道各月照明能耗、各月风能和光能发电量建立隧道各月照明能耗与电能的约束关系，确定满足各月照明需求的风光储能约束范围，依据极端天气的持续时间，建立极端天气下隧道照明的电能供求约束关系，计算在极端天气下照明能耗，确定极端天气下风光储能量的约束性参数；
[0009]S3：建立风光设备运维成本目标控制函数，结合各月照明能耗与电能的约束和极端天气下风光储能量的约束性参数，计算风光储能设备功率的配置方案。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：
[0011]所述步骤S1包括以下步骤：
[0012]根据隧道的照明分段及照明标准，计算隧道内灯具无效通量的占比：
[0013][0014]式中，μ为灯具无效光通量占比；η为灯具光效；P为灯具功率；N为灯具数量；MF和UF分别为灯具维护系数和灯具利用系数；E
av
和E1分别为路面平均照度和隧道侧壁2m下平均照度；A1和A2分别为隧道路面及侧壁面积；
[0015]基于公式(1)确定灯具布设方案，利用Dialux仿真隧道内灯具配光曲线和灯具布设方式，并计算各月照明能耗：
[0016]计算隧道内照明分级日能耗E
k
，
[0017][0018]式中，MF和UF分别为灯具维护系数和灯具利用系数；E
av
为路面平均照度；l为隧道各分段长度；k为隧道内路面宽度，n为平均加强照明时长；ω为灯具光效；
[0019]基于分级日能耗E
k
得到各月照明能耗E
n
，为平抑各月天气分布波动性，计算全年平均各月耗电量为E
i
，E
i
＝130％E
n
。
[0020]所述步骤S1中，极端天气包括连续阴雨且无风天气、连续阴雨天气和连续无风的晴朗天气。
[0021]所述步骤S1通过采集隧道内风机和光伏板发电量，确定每月的风能消耗W
i风
和光能消耗W
i光
。
[0022]所述步骤S2包括以下步骤：
[0023]建立隧道各月照明能耗与电能的约束关系：
[0024]W
i风
×
P
风
+W
i光
×
P
光
≥E
i
ꢀꢀꢀ
(3)
[0025]式中，i∈(1，12)；W
i风
、W
i光
分别为各月风、光单位千瓦发电量；P
风
和P
光
分别为风机和光伏板装机功率；E
i
为各月隧道照明能耗；
[0026]基于式(2)，结合线性规划计算满足照明稳定性的各月风光储能的约束范围Φi，其中i＝1～12，取各月照明稳定性约束范围Φi的交集，得到满足全年各月隧道照明稳定性的风光储能约束范围Φ。
[0027]所述步骤S2包括以下步骤：
[0028]建立极端天气下隧道照明的电能供求约束关系：
[0029][0030]式中，E
蓄
为蓄电池储能量；P
风min
和P
光min
分别为风机和光伏板的装机功率最小值；E
fi
、E
se
和E
th
分别为连续阴雨且无风天气、连续阴雨天气和连续无风的晴朗天气期间隧道的用电量设计值；T1和T2分别为风机、光伏板在相应天气下额定功率日均运行换算时长；N1和N2分别为风机和光伏板在连续阴雨天气和连续无风的晴朗天气期间的工作天数；
[0031]则全年各月极端天气下，风光储能量的约束性参数为：
[0032]P
风
≥P
风min
ꢀꢀꢀ
(5)
[0033]P
光
≥P
光min
ꢀꢀꢀ
(6)。
[0034]所述步骤S3包括以下步骤：
[0035]建立风光设备运维成本目标控制函数：
[0036]Z＝(1+y
×
υ1)C
PV
×
P
光
+(1+y
×
υ2)C
wind
×
P
风
ꢀꢀꢀ
(7)
[0037]式中，Z表示风机、光伏板y年的建设运维成本；CPV、Cwind分别指单位千瓦光伏板、风机造价及安装费，υ1为光伏板年维护成本占比，υ2为风机的年运维成本占比；
[0038]采用线性规划法，基于式(3)、(5)、(6)和(7)计算风光储能设备功率的配置方案。
[0039]一种公路短隧道供电照明优化配置系统，包括能耗获取模块、参数约束模块和方案配置模块；
[0040]能耗获取模块，用于计算隧道内灯具无效通量的占比并确定灯具布设方案，根据灯具布设方案计算隧道内各月照明能耗、各月风能消耗和各月光能消耗，采集极端天气的持续时间<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种公路短隧道供电照明优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：计算隧道内灯具无效通量的占比并确定灯具布设方案，根据灯具布设方案计算隧道内各月照明能耗、各月风能消耗和各月光能消耗，采集极端天气的持续时间S2：基于隧道各月照明能耗、各月风能和光能发电量建立隧道各月照明能耗与电能的约束关系，确定满足各月照明需求的风光储能约束范围，依据极端天气的持续时间，建立极端天气下隧道照明的电能供求约束关系，计算在极端天气下照明能耗，确定极端天气下风光储能量的约束性参数；S3：建立风光设备运维成本目标控制函数，结合各月照明能耗与电能的约束和极端天气下风光储能量的约束性参数，计算风光储能设备功率的配置方案。2.根据权利要求1所述的一种公路短隧道供电照明优化配置方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：根据隧道的照明分段及照明标准，计算隧道内灯具无效通量的占比：式中，μ为灯具无效光通量占比；η为灯具光效；P为灯具功率；N为灯具数量；MF和UF分别为灯具维护系数和灯具利用系数；E
av
和E1分别为路面平均照度和隧道侧壁2m下平均照度；A1和A2分别为隧道路面及侧壁面积；基于公式(1)确定灯具布设方案，利用Dialux仿真隧道内灯具配光曲线和灯具布设方式，并计算各月照明能耗：计算隧道内照明分级日能耗E
k
，式中，MF和UF分别为灯具维护系数和灯具利用系数；E
av
为路面平均照度；l为隧道各分段长度；k为隧道内路面宽度，n为平均加强照明时长；ω为灯具光效；基于分级日能耗E
k
得到各月照明能耗E
n
，为平抑各月天气分布波动性，计算全年平均各月耗电量为E
i
，E
i
＝130％E
n
。3.根据权利要求1所述的一种公路短隧道供电照明优化配置方法，其特征在于，所述步骤S1中，极端天气包括连续阴雨且无风天气、连续阴雨天气和连续无风的晴朗天气。4.根据权利要求1所述的一种公路短隧道供电照明优化配置方法，其特征在于，所述步骤S1通过采集隧道内风机和光伏板发电量，确定每月的风能消耗W
i风
和光能消耗W
i光
。5.根据权利要求4所述的一种公路短隧道供电照明优化配置方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：建立隧道各月照明能耗与电能的约束关系：W
i风
×
P
风
+W
i光
×
P
光
≥E
i
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，i∈(1，12)；W
i风
、W
i光
分别为各月风、光单位千瓦发电量；P
风
和P
光
分别为风机和光伏板装机功率；E
i
为各月隧道照明能耗；基于式(2)，结合线性规划计算满足照明稳定性的各月风光储能的约束范围φi，其中i＝1～12，取各月照明稳定性约束范...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭余华，李媛，朱鑫维，唐娜，李一卓，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：