《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于藍(lán)牙Mesh分布式控制和平均一致性的智慧照明系統(tǒng)
電子技術(shù)應(yīng)用
劉永欣1，崔佳冬1，何登強(qiáng)1，2，張俊杰1，2
1.杭州電子科技大學(xué) 新型電子器件與應(yīng)用研究所；2.永馨智慧科技（杭州）有限公司
摘要： 針對維持電力系統(tǒng)平衡向運(yùn)行儲備提出的更高要求，以及大型室內(nèi)場所中LED照明負(fù)荷成為非旋轉(zhuǎn)儲備的問題，設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙Mesh分布式控制和平均一致性算法的智慧照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)采用藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)搭建的分布式網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合平均一致性算法，以較低的運(yùn)算量控制大量燈具，在實(shí)現(xiàn)功率調(diào)整的同時(shí)確保用戶舒適度趨于一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)中所有燈具能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)功率容量的調(diào)節(jié)，同時(shí)減小了功率調(diào)節(jié)對用戶舒適度造成的影響，有著網(wǎng)絡(luò)資源消耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)、易擴(kuò)展等優(yōu)勢，可以滿足實(shí)際需求。
中圖分類號：TU113.662；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234291
中文引用格式： 劉永欣，崔佳冬，何登強(qiáng)，等. 基于藍(lán)牙Mesh分布式控制和平均一致性的智慧照明系統(tǒng)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(4)：109-114.
英文引用格式： Liu Yongxin，Cui Jiadong，He Dengqiang，et al. Intelligent lighting system based on BLE Mesh distributed control and average consensus[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(4)：109-114.
Intelligent lighting system based on BLE Mesh distributed control and average consensus
Liu Yongxin1，Cui Jiadong1，He Dengqiang1，2，Zhang Junjie1，2
1.Institute of New Electronic Device and Application， Hangzhou Dianzi University； 2.Yongxin Intelligent Technology （Hangzhou） Co.， Ltd.
Abstract： In response to the increased requirements for maintaining balance in power systems and the problem of LED lighting loads in large indoor facilities to serve as non-rotational reserves, we have designed an intelligent lighting system based on BLE Mesh distributed control and the average consensus algorithm. The lighting system utilizes a distributed network constructed using BLE Mesh, combined with the average consensus algorithm, to efficiently control a large number of lighting fixtures, ensuring both power adjustments and user comfort converge to a consistent level. The experimental results demonstrate that all lighting fixtures in the system can achieve the desired power adjustments within a short period, while minimizing the impact on user comfort resulting from power adjustments. The system exhibits advantages such as low network resource consumption, strong stability, and ease of scalability, making it capable of meeting practical requirements.
Key words : distributed control；BLE Mesh；multi-agent system；consensus algorithm；operating reserve

引言

隨著可再生能源發(fā)電比例逐漸增高和大規(guī)模并網(wǎng)，引起的波動性和隨機(jī)性等特征給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的考驗(yàn)，向維持系統(tǒng)平衡的運(yùn)行儲備提出了更高的要求。在發(fā)光二極管（Light Emitting Diode, LED）燈具全面普及的今天，照明消耗已約占我國全部發(fā)電量的13%，且呈逐步增加的趨勢[1]。同時(shí)，隨著大型建筑的快速發(fā)展，地下車庫、商場等擁有大量照明燈具的大型室內(nèi)照明場所逐漸增多，這類大型室內(nèi)照明場所中的LED照明負(fù)荷有著可觀的控制容量，對其進(jìn)行合理的調(diào)光控制能夠有效提高LED燈具成為非旋轉(zhuǎn)儲備的能力。

針對LED照明負(fù)荷作為運(yùn)行儲備和參與電力系統(tǒng)優(yōu)化的研究，文獻(xiàn)[2]采用效用理論和凸優(yōu)化方法評估了建筑照明系統(tǒng)成為運(yùn)行儲備的能力，證明了智能照明系統(tǒng)能夠響應(yīng)負(fù)荷請求并在參與需求響應(yīng)方面有巨大潛力。文獻(xiàn)[3-4]結(jié)合源-荷模型以及LED照明負(fù)荷的頻率特性，提出不同的系統(tǒng)優(yōu)化模型，在緩解供電需求的同時(shí)設(shè)計(jì)了分散式響應(yīng)策略。文獻(xiàn)[5]以商業(yè)用戶一日用電成本為目標(biāo)函數(shù)，通過需求響應(yīng)的決策優(yōu)化模型指定負(fù)荷控制策略。上述文獻(xiàn)研究的控制策略適用于集中控制或分散控制，雖然控制效率較高，但由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大導(dǎo)致的計(jì)算量大、網(wǎng)絡(luò)壓力大等因素，容易對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。對于可控負(fù)荷還有分布式控制的方式，節(jié)點(diǎn)間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，結(jié)合控制節(jié)點(diǎn)設(shè)定的目標(biāo)以及節(jié)點(diǎn)自身的算法進(jìn)行調(diào)節(jié)[6]。文獻(xiàn)[7]提出了一種分布式趨同控制方法，能夠調(diào)度聚合空調(diào)負(fù)荷參與配電網(wǎng)的電壓優(yōu)化。文獻(xiàn)[8]使用了一種分層控制的分布式控制方式調(diào)控多組聚合器的負(fù)載，以穩(wěn)定配電網(wǎng)中的電壓。與集中式控制相比，分布式控制雖然耗時(shí)較長，但有更靈活、更穩(wěn)定和易于拓展的優(yōu)點(diǎn)，更適合應(yīng)用于對實(shí)時(shí)性要求不高的多智能體場景[9-11]。

本文提出一種結(jié)合藍(lán)牙Mesh分布式控制和平均一致性算法的智慧照明系統(tǒng)，并自主完成該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和研發(fā)。建立了大型室內(nèi)照明場所中室內(nèi)LED照明模型，以用戶舒適度和功率儲備作為目標(biāo)，將平均一致性算法應(yīng)用到大批量燈具的調(diào)光控制中，實(shí)現(xiàn)了在完成運(yùn)行儲備的同時(shí)所有燈具亮度均勻讓用戶舒適度達(dá)到一致的功能。并通過實(shí)驗(yàn)對系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明本文提出的系統(tǒng)可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。


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作者信息：

劉永欣1，崔佳冬1，何登強(qiáng)1，2，張俊杰1，2

（1.杭州電子科技大學(xué) 新型電子器件與應(yīng)用研究所，浙江 杭州 310018；2.永馨智慧科技（杭州）有限公司，浙江 杭州 311100）


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