《电子技术应用》
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基于蓝牙Mesh分布式控制和平均一致性的智慧照明系统
电子技术应用
刘永欣1，崔佳冬1，何登强1，2，张俊杰1，2
1.杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所；2.永馨智慧科技（杭州）有限公司
摘要： 针对维持电力系统平衡向运行储备提出的更高要求，以及大型室内场所中LED照明负荷成为非旋转储备的问题，设计了一种基于蓝牙Mesh分布式控制和平均一致性算法的智慧照明系统。该照明系统采用蓝牙Mesh组网搭建的分布式网络，结合平均一致性算法，以较低的运算量控制大量灯具，在实现功率调整的同时确保用户舒适度趋于一致。实验结果表明：该系统中所有灯具能够在较短时间内完成目标功率容量的调节，同时减小了功率调节对用户舒适度造成的影响，有着网络资源消耗低、稳定性强、易扩展等优势，可以满足实际需求。
中图分类号：TU113.662；TP273 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234291
中文引用格式： 刘永欣，崔佳冬，何登强，等. 基于蓝牙Mesh分布式控制和平均一致性的智慧照明系统[J]. 电子技术应用，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

随着可再生能源发电比例逐渐增高和大规模并网，引起的波动性和随机性等特征给电力系统的稳定运行带来了极大的考验，向维持系统平衡的运行储备提出了更高的要求。在发光二极管（Light Emitting Diode, LED）灯具全面普及的今天，照明消耗已约占我国全部发电量的13%，且呈逐步增加的趋势[1]。同时，随着大型建筑的快速发展，地下车库、商场等拥有大量照明灯具的大型室内照明场所逐渐增多，这类大型室内照明场所中的LED照明负荷有着可观的控制容量，对其进行合理的调光控制能够有效提高LED灯具成为非旋转储备的能力。

针对LED照明负荷作为运行储备和参与电力系统优化的研究，文献[2]采用效用理论和凸优化方法评估了建筑照明系统成为运行储备的能力，证明了智能照明系统能够响应负荷请求并在参与需求响应方面有巨大潜力。文献[3-4]结合源-荷模型以及LED照明负荷的频率特性，提出不同的系统优化模型，在缓解供电需求的同时设计了分散式响应策略。文献[5]以商业用户一日用电成本为目标函数，通过需求响应的决策优化模型指定负荷控制策略。上述文献研究的控制策略适用于集中控制或分散控制，虽然控制效率较高，但由于节点数量庞大导致的计算量大、网络压力大等因素，容易对控制系统的稳定性造成影响。对于可控负荷还有分布式控制的方式，节点间通过网络进行数据交换，结合控制节点设定的目标以及节点自身的算法进行调节[6]。文献[7]提出了一种分布式趋同控制方法，能够调度聚合空调负荷参与配电网的电压优化。文献[8]使用了一种分层控制的分布式控制方式调控多组聚合器的负载，以稳定配电网中的电压。与集中式控制相比，分布式控制虽然耗时较长，但有更灵活、更稳定和易于拓展的优点，更适合应用于对实时性要求不高的多智能体场景[9-11]。

本文提出一种结合蓝牙Mesh分布式控制和平均一致性算法的智慧照明系统，并自主完成该系统的软硬件设计和研发。建立了大型室内照明场所中室内LED照明模型，以用户舒适度和功率储备作为目标，将平均一致性算法应用到大批量灯具的调光控制中，实现了在完成运行储备的同时所有灯具亮度均匀让用户舒适度达到一致的功能。并通过实验对系统进行了验证，结果表明本文提出的系统可以满足实际应用需求。


本文详细内容请下载：

http://www.chinaaet.com/resource/share/2000005958


作者信息：

刘永欣1，崔佳冬1，何登强1，2，张俊杰1，2

（1.杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所，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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