1、路燈的動態(tài)穩(wěn)壓節(jié)能設計摘 要： 本文討論了關于道路照明穩(wěn)壓和節(jié)能的問題，比較了幾種道路照明供電系統(tǒng)采用的電力穩(wěn)壓方法， 提出了動態(tài)穩(wěn)壓節(jié)能方案。分析了動態(tài)穩(wěn)壓原理，給出了時變控制方案及動態(tài)穩(wěn)壓系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。基于該方案的動態(tài)穩(wěn)壓控制器已在全國城鎮(zhèn)的道路照明系統(tǒng)中廣泛使用。實際應用表明，光源照度穩(wěn)定，平均節(jié)電率可達20%以上。道路照明節(jié)能中的路燈控制柜與節(jié)能柜。關鍵詞 穩(wěn)壓 節(jié)能 變壓器 道路照明 目 錄引 言1第一章 采用高效的節(jié)能型光源41.1 幾種電力穩(wěn)壓方法的比較41.2 動態(tài)穩(wěn)壓原理51.3 動態(tài)穩(wěn)壓系統(tǒng)71.4 動態(tài)穩(wěn)壓方案8第二章 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）92.1 智能穩(wěn)定電壓

2、節(jié)電（本裝置一個重要特點）92.2 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）的結構與工作原理102.3 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）的六大優(yōu)點12第三章 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）的可靠性及市場153.1 產品現(xiàn)狀153.2 節(jié)電器在增強可靠性方面采取的措施163.3 節(jié)電器的市場應用18結 論19致 謝20參考文獻21引 言據(jù)調查，我國小型城市在夜晚9點后，大中城市在午夜12點后，道路上幾乎空無一人，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點以后，道路上也已罕見行人、車輛。從這一時段直至清晨6點路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒有必要。城市公共照明在我國照明耗電中占30的比例，約

3、439億kWh，以平均電價065元kWh計算，一年開支285億元。在市政開支極度緊張的今天，國內絕大部分的城市和地區(qū)幾乎不約而同地采用了日本等國家在七十年代就拋棄了的路燈隔盞關燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻不僅導致了路面照度分布不均，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對路燈壽命的減損，因此不能稱做是真正意義上的節(jié)能。當發(fā)達國家在討論什么是“恰到好處的照度水平”的今天，我們這種控制方法就太落后了。九十年代以來，夜景照明建設成為都市市政設施建設的一個重要環(huán)節(jié)，各地也取得了相應的成績，但是市政開支普遍緊張與增設夜景照明形成了很大的矛盾。以沿海某開放城市為例，大批路燈在安裝

4、后迫于財政緊張的壓力，支付不起沉重的照明電費開支，又不得不關掉近一半的燈，結果近年新裝的部分路燈形同擺設，造成變相浪費。如何讓路燈亮起來，讓城市亮起來，亮得更科學，亮得省電省錢?答案是：采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調光技術。什么是智能光源降壓一穩(wěn)壓一調光技術？智能光源降壓一穩(wěn)壓一調光技術是國際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術。它充分考慮了城市道路照明的實際狀況，依據(jù)人體工程學中的視覺理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實現(xiàn)了對路燈電壓及照度的動態(tài)智能化管理，即TPO管理(TIMEPLACE0CCASl0N)。此項技術的基本思路就是：在繁忙的時段，控制路燈保持較強的照度，接近午夜時分，開始自動調

5、光，在后半夜車稀人少時，則控制路燈保持較低照度的照明(類似房燈的調光器，可以隨需要而任意調光)。它的主要優(yōu)點就是在調光的同時也大幅降低了電耗，節(jié)約有功電耗達30以上。房燈調光已流行多年，主要是因為室內燈功率小，容易實現(xiàn)。而道路照明則完全不同：首先，燈泡功率大，不易控制；其次，使用環(huán)境惡劣，九十年代，電力電子元件技術有了突飛猛進的發(fā)展，調光技術有了可靠的質量保障，通過一些地區(qū)的規(guī)模應用，其完美的調光效果和節(jié)電功能得到了一致認同，在德國，美國這些耗電大國，此類技術也得到了政府的大力扶持和推廣：智能光源降壓一穩(wěn)壓一調光技術的控制過程是：通過測取城市道路車輛及行人的“時間一車輛(人)”統(tǒng)計規(guī)律，獲取相

6、應的照度調整率，依此來設計計算機的控制程序，根據(jù)照度調整率，從某一時刻開始，平滑地對路燈輸入電壓進行動態(tài)調整，使路燈輸入電功率與實際照度要求達到最佳匹配，不僅節(jié)約了電能，而且穩(wěn)定了電壓，延長了路燈的使用壽命，達到了雙重意義上的節(jié)能。在道路照明中，電網(wǎng)電壓受負荷的影響較大，在用電高峰期，電壓偏低；用電低谷期，電壓偏高。午夜后，道路交通量很低，此時電網(wǎng)負荷卻處于低谷，電網(wǎng)電壓較高，路面照度高。太強的路燈照明，不僅浪費電能，而且降低識別目標的對比度，對行車安全不利。人眼具有明暗適應的視覺功能。虹膜通過控制瞳孔大小來調節(jié)進入眼球的光量，以適應外界環(huán)境。因而，光線弱時，瞳孔擴大，人們仍能較容易地分形變色

7、。午夜后，若適當降低回路電壓，不但能夠保證正常的道路照明，而且能節(jié)約大量的電費開支。關于夜晚照明穩(wěn)壓和節(jié)能的問題，人們已經進行了很多的探討和研究。近年來，越來越多的道路照明供電系統(tǒng)采用電力穩(wěn)壓的方法，其中最常見的有可控硅穩(wěn)壓器、自耦調壓器和帶有伺服機構與碳刷的補償式穩(wěn)壓器。這些方法取得了一定的節(jié)能效果，但也存在著一些問題。第一章 采用高效的節(jié)能型光源也就是使用發(fā)光效率高的燈泡或燈管，在現(xiàn)有照明系統(tǒng)上加裝節(jié)能控制設備。從實際應用的角度來看，第一種方案適用于新設計的照明回路。對于已有的照明系統(tǒng)，因需更換所有燈具，初期投入資金和人力比較大，在不能分批分次更新燈具的照明場所，這樣做一次性投入太大，使許

8、多單位望而卻步。同時，高效節(jié)能光源（燈管、燈泡）是傳統(tǒng)光源價格的510倍，如果采購的節(jié)能型燈具本身質量有問題或是電網(wǎng)供電質量不好，節(jié)能型燈具使用壽命很短，這樣就可能造成使用單位出現(xiàn)“節(jié)能不節(jié)錢”的不正常現(xiàn)象：對現(xiàn)有照明系統(tǒng)的節(jié)能改造，一般采用加裝節(jié)能設備，較為經濟和實用，目前國內銷售的照明節(jié)能設備很多，其中照明控制調控裝置所占比例最大。從工作原理上大致分為三大類。11 幾種電力穩(wěn)壓方法的比較 可控硅穩(wěn)壓器采用功率電力電子器件，成本低廉。但在運行過程中，導致正弦波畸變，產生大量諧波，污染電網(wǎng); 輸出的電壓不穩(wěn)定，引起光源閃爍不停甚至熄滅，嚴重影響照明質量，減損燈具壽命；元件發(fā)熱易燒壞，可靠性差。

9、自耦調壓器的電壓輸出端有幾組抽頭，每組抽頭的降壓值是固定不變的。產品應用時，視具體情況選擇一組較為合適的抽頭作降壓控制。由于電網(wǎng)電壓的波動性，在用電高峰期，電網(wǎng)電壓過低，易造成燈光閃滅；而在用電低谷期，節(jié)電又不到位。補償式穩(wěn)壓器雖然克服了上述兩種穩(wěn)壓器的缺點，但由于它采用伺服電機和電刷動態(tài)調節(jié)電壓，不免存在反應不迅速、電刷摩擦損傷、接觸不良易產生火花，甚至燒壞電刷和調壓器。本文提出的動態(tài)穩(wěn)壓節(jié)能系統(tǒng)采用單片機技術，具有調壓精度高，反應迅速，無諧波產生，輸出電壓穩(wěn)定，安全可靠等特點。實現(xiàn)了無電刷、無伺服電動機和無機械傳動的快速穩(wěn)壓，實現(xiàn)了穩(wěn)壓器的自動控制。1.2 動態(tài)穩(wěn)壓原理為了避免重復和繁瑣，

10、僅以A相為例進行闡述。圖1-1為A相動態(tài)穩(wěn)壓原理圖，Ui為電網(wǎng)電壓，U0為輸出電壓，T為變壓器，其原邊繞組的電壓U1，副邊繞組電壓為U2，變比為n:1，副邊與負載串聯(lián)，起補償作用。圖1-1 A相穩(wěn)壓原理圖1-2為相穩(wěn)壓等效模型，變壓器原邊等效為受控電流源，副邊等效為受控電壓源，起補償作用。圖1-2 A相穩(wěn)壓等效模型受控電壓源: 受控電流源：輸出電壓：狀態(tài)1：k1閉合時，k2打開，K=1。此時，狀態(tài)2：k2閉合時，k1打開，K=0。此時，圖1中變壓器的原邊短路，從圖2看，是受控電流源短路，兩端電壓為0，電流為IS，故：U0=Ui從上面的分析知，當k1閉合、k2打開時，補償電壓為US=U1;當k2

11、閉合、k1打開時，沒有補償作用。也就是說，如果穩(wěn)壓器輸出電壓為U0，當UiU0且U=Ui-U0=US時，閉合k1、打開k2，可使輸出電壓保持U0，那么依此原理，對于任意的U0時，U=K0US0+K1US1+LKjUSj其中 U=Ui-U0 USj=2j V( j=0,1,2L) 這樣，把20、21、L 2j伏的變壓器的副邊串聯(lián)起來，那么對所有的偏差U,通過選取合適的Kj，都可以得到對應的補償，調壓精度高。若U0，只需改變變壓器線圈的同名端，即可實現(xiàn)升壓穩(wěn)壓。1.3 動態(tài)穩(wěn)壓系統(tǒng) 動態(tài)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)克服了以往電力穩(wěn)壓方法中所存在的缺點，能動態(tài)跟蹤電網(wǎng)電壓變化，用矩陣開關代替伺服機構，用變壓器組代替

12、調壓器，主回路無觸點，無諧波污染，安全可靠。圖1-3為動態(tài)穩(wěn)壓系統(tǒng)結構圖。該系統(tǒng)由變壓器組、矩陣開關、控制模塊、采樣模塊、檢測模塊、和人機接口等部分組成。圖1-3 動態(tài)穩(wěn)壓系統(tǒng)結構圖控制模塊采用PIC16F87X微處理器作為系統(tǒng)的核心，負責來自相鄰模塊輸入信息的處理，并輸出相應指令，控制系統(tǒng)其他部分的動作。當電網(wǎng)電壓Ui發(fā)生擾動時，輸出電壓U0相應發(fā)生變化，反饋回路通過檢測模塊和A/D轉換，將信號送達控制模塊，采樣值與給定值進行比較，根據(jù)計算所得偏差信號向矩陣開關發(fā)出控制信號，通過調整變壓器組的運行方式，使輸出電壓不斷接近給定值。控制板采取“絕對電隔離”策略和“多地線”技術，不同的電壓系統(tǒng)設置

13、了不同的地線，相互之間只通過光耦進行信號交流，將干擾信號限制在最小范圍，將其影響限制到最低點。1.4 動態(tài)穩(wěn)壓方案動態(tài)穩(wěn)壓方案可根據(jù)當?shù)禺敃r的具體日照情況由專業(yè)技術人員通過人機接口預先設定于微處理器的控制軟件中。圖1-4為一例時變穩(wěn)壓控制曲線。如圖所示，電網(wǎng)電壓20時后由原來的220V開始緩慢上升，午夜后升至230V。17時至19時，燈具恒壓供電210V，照度較高；19時至24，使用最優(yōu)照明電壓200V；24時至凌晨5時，照度需求不高，電壓設定為190V。 圖1-4 時變穩(wěn)壓控制曲線第二章 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）2.1 智能穩(wěn)定電壓節(jié)電（本裝置一個重要特點）現(xiàn)在市場中流行的許多種照明節(jié)電

14、器（柜）都不具備穩(wěn)定電壓的功能，僅僅只是簡單地降低燈具的供電電壓。這種節(jié)電器（柜）的弊端為：當電網(wǎng)電壓稍有波動時，要么節(jié)電器（柜）的輸出電壓升高，燈具不再節(jié)電了；要么節(jié)電器（柜）的輸出電壓降得更低了，燈具則很容易自動熄滅。由此可見，“穩(wěn)壓”功能是照明節(jié)電器（柜）必須具備的一項功能。也是照明節(jié)電器（柜）能夠實現(xiàn)節(jié)電的必要條件。我公司生產的GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）就是市場中為數(shù)不多的具有優(yōu)異穩(wěn)壓功能的照明節(jié)電器（柜）。 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）根據(jù)用戶電網(wǎng)電壓的波動情況、照明負載的性質，對燈具實行智能穩(wěn)壓供電，隨時給燈具提供一個既穩(wěn)定、又能節(jié)電，還不會影響照明效果的供電電壓。 用戶可根據(jù)自

15、己的需要，自行設置輸出的節(jié)電電壓，對照明負載的運行時間和供電方式進行編程，最大限度地降低照明燈具的電耗。（見下圖2-1） 采用GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）后，僅智能穩(wěn)壓所實現(xiàn)的節(jié)電效果一般就可達20以上。同時由于照明燈具工作在較低的電壓，其使用壽命大大延長了。圖2-1 以路燈控制為例的節(jié)電效果圖2.2 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）的結構與工作原理 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）由補償變壓器、調壓變壓器、無極調壓控制技術（或無觸點調壓控制專利技術）、采樣電路、主控制電路、調壓控制電路、時控電路、保護電路等組成。根據(jù)照明負載特點和電況， 實行分相采樣，分相穩(wěn)壓調壓。其工作過程為：照明負載（路燈）開始

16、工作時，采樣電路獲取當時輸出電壓，經檢測控制電路與基準電壓進行比較判斷，然后輸出控制信號，控制調壓電路進行無極（或無觸點）調壓，使補償電路產生大小不同的補償電壓，達到降低和穩(wěn)定輸出電壓的目的。 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）先用低壓（195V）軟啟動，然后以慢斜坡方式升壓至225V，等燈具充分預熱后，再自動轉為用戶設定的輸出電壓。輸出電壓在190V230V之間可任意調節(jié)。（出廠時設定為：從開燈至23點為210V；23點至凌晨5點為195V；凌晨5點至關燈為210V。）輸出電壓的轉變過程是緩慢的斜坡方式，不會產生任何沖擊電流。用戶根據(jù)當?shù)氐缆氛彰餍枰ㄟ^時控電路對照明負載的運行時間和供電電壓進行

17、編程，以最大限度地降低燈具的電耗和溫度。 同時，檢測控制電路還對保護電路進行控制，萬一節(jié)電柜輸出電壓過、欠壓或補償調壓系統(tǒng)工作不正常時，節(jié)電器（柜）還能自動切換到“旁路”狀態(tài)，轉到市電供電，不會造成照明負載的供電中斷。 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）（路燈型）還可多增加一路可控制的輸出，以滿足道路照明半夜燈回路的需要，出廠時設定為深夜11：00時，該回路供電電源被切斷，半夜燈熄滅，但長夜燈回路仍維持供電。 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）（路燈型）還可附加無線遠程監(jiān)測功能（可選）， 可將節(jié)電柜的實時電壓電流參數(shù)及工作狀態(tài)，通過GPRS無線通信方式傳到遠端集中監(jiān)控室。 戶外型GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜

18、）（路燈型）的外殼防護等級為IP54,防塵、防水級別較高。戶外型還具有防盜功能，當柜門被非正常打開時，柜內會發(fā)出聲光報警，并可將被盜事件通過無線遠程監(jiān)測功能傳到遠端監(jiān)控室。圖2-2 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）系統(tǒng)框圖（虛線框內是“路燈型穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）”才加裝的）2.3 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）的六大優(yōu)點1. 穩(wěn)定電壓節(jié)電 電網(wǎng)電壓不論處于高峰或低谷，節(jié)電器（柜）的輸出電壓始終可以穩(wěn)定在用戶的設定值上，因而節(jié)電效果顯著，節(jié)電率為25 以上。使用壽命長達15年以上，一次投資長期受益。2. 軟啟動預熱 照明燈具剛點亮時，節(jié)電柜輸出195V225V的慢斜坡電壓，這樣即有助于氣體放電燈的啟輝，又

19、可使燈具免受高電壓的沖擊。約五分鐘后（可調），輸出電壓自動轉換到用戶的設定值。 3. 無極（或無觸點）調壓 無極調壓：輸出電壓轉換過程中，能十分緩慢地變化（每分鐘30V）。這種無級調壓方式可避免太大的電壓波動對燈具造成損害，并極大地提高燈具的使用壽命，徹底解決了斬波技術對電網(wǎng)的諧波污染和有級降壓方式對燈具造成沖擊的影響，是目前市場上最成熟穩(wěn)定、安全可靠的節(jié)電技術，是潘登第三代照明節(jié)電產品。 無觸點調壓：采用集成電路按特定順序控制若干個晶閘管電壓過零通斷，來改變補償電壓的大小與極性（專利技術），是晶閘管交流開關技術與變壓器技術的完美結合。響應速度快 40ms，三相全部分調，補償范圍大，效率可達9

20、9%以上，具備所有保護功能，工作十分可靠，適應性特強。使用壽命極長，能連續(xù)無故障運行10萬小時以上，實現(xiàn)了GGDZ路燈穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）長期免維護.4. 智能控制節(jié)能 用戶可根據(jù)自己的需要，自行設置節(jié)能電壓，對照明負載的運行時間和供電電壓進行編程。5. 降低維護成本 由于降低了照明燈具的的工作溫度，有效地清除了諧波和瞬變，因而能延長照明燈具的使用壽命至少2倍以上，大幅度降低了維護成本。6. 運行安全可靠 保證照明系統(tǒng)正常啟動，運行穩(wěn)定，無閃爍和閃斷現(xiàn)象；節(jié)電器（柜）輸出為完整的正弦波，對電網(wǎng)不會產生任何諧波污染； 節(jié)電器（柜）具有自動旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可自動轉到電網(wǎng)供電。（旁路功能也可手動

21、操作）第三章 GGDZ照明穩(wěn)壓節(jié)電器（柜）的可靠性及市場3.1 產品現(xiàn)狀隨著無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電器逐步被市場和用戶認可，眾多照明節(jié)電器生產廠家隨后也陸續(xù)推出結構各不相同的無觸點照明穩(wěn)壓穩(wěn)壓器。由于主電路結構的不同，它們的性能差異往往比較大；加之某些廠家在技術上投入不夠，研究不深；對無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電器的關鍵器件可控硅模塊的性能、應用也缺乏足夠的試驗和了解；甚至極個別廠家還存在偷工減料，在元器件的選擇上以舊充新，以次充好的行為。凡此種種原因，最后集中反映在產品的可靠性上，造成很多廠家的無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電器性能極不穩(wěn)定，使用可靠性能極差。潘登的GGDZ-B系列照明穩(wěn)壓節(jié)電器，是以成熟的無觸點專利穩(wěn)壓

22、技術為基礎，由補償變壓器、調壓變壓器、無觸點控制專利技術、采樣電路、主控制電路、調壓控制電路、時控電路、保護電路等組成。根據(jù)照明負載特點和電網(wǎng)電壓的實際情況，實行分相采樣，分相穩(wěn)壓調壓。無觸點調壓穩(wěn)壓主要采用潘登專利無觸點技術，具有補償穩(wěn)壓降壓功能，具有過、欠壓保護，缺相保護、故障保護、短路保護、過載保護、自動旁路等多項保護功能。同時具有時間控制裝置，使照明穩(wěn)壓節(jié)電柜能根據(jù)照明的要求做出相應的調整，從而使設備在最佳的節(jié)電狀態(tài)運行，容量從10KVA2000KVA，節(jié)電率普遍可達20%以上，由于使用大功率晶閘管來控制調壓，因而工作十分可靠，使用壽命極長，響應速度快40ms，能連續(xù)無故障運行10萬小

23、時以上，實現(xiàn)了長期免維護，使用壽命長達15年以上。3.2 節(jié)電器在增強可靠性方面采取的措施1. 可靠性設計措施降額設計：為降低失效率，提高產品可靠性，我們在主要元器件參數(shù)的選擇方面，有針對性的適當采用了“降額設計”的方法。如，對可控硅模塊容量，我們已按35倍通態(tài)平均電流ITAV來選擇，這相當于在通常使用的設計余量系數(shù)的基礎上，又增加了一倍。從而使影響無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電器可靠性的關鍵環(huán)節(jié)得到加強，大大提高了產品的可靠性。電磁兼容設計：為防止因照明穩(wěn)壓節(jié)電器工作現(xiàn)場電磁環(huán)境影響而引起的錯誤或失效，我們采取了不少消除和減少干擾的措施。如，我們采用目前世界上最先進的美國JOSLYN公司的MOV矩陣技術

24、，有效地抑制了可控硅工作期間產生的浪涌尖峰。另外，我們還加強了電源濾波設計，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。散熱設計：在散熱設計方面，我們經過數(shù)年的摸索改進，設計出一套合理的散熱措施和適用的散熱數(shù)據(jù)，有效的降低了可控硅器件及機箱內的溫升，大大減少了因過熱引起的可控硅器件性能劣化和失效。2. 可靠性增長措施對于無觸點照明穩(wěn)壓節(jié)電器，我們十分重視不斷改正產品設計和制造中的缺陷，不斷提高產品可靠性。從1999年第一臺無觸點穩(wěn)壓產品出廠至今，我們不斷跟蹤用戶的使用情況，結合售后服務的反饋信息，不斷分析研究故障來源以及潛在的故障隱患，及時加以改進，并確保在修正設計時不會引進新的故障源。在產品設計和修正設計階段，

25、我們做過大量的試驗，并一直堅持采用試驗的方法來檢查故障源，爭取在產品設計階段就將故障隱患予以解決。3. 可靠性管理措施 上海潘登新電源公司嚴格按照ISO9000國際質量認證體系進行產品質量管理，對產品生產過程、使用過程中發(fā)生的故障和缺陷，建立了一整套完整的采集、整理、反饋、分析、處理系統(tǒng)，從制度上對提高產品的可靠性提供了十分有力的保障。此外，我們在可控硅、變壓器等主要器件、部件的選用上，也都進行了嚴格的質量控制。如，對可控硅模塊，我們加強了對通態(tài)峰值電壓VTM的篩選，盡量將器件溫升控制在較低的范圍內；對可控硅門極工藝也提出了更高的要求。對主、副變壓器，我們也采用了損耗小、溫升低、效率高的環(huán)形變壓器結構。通過幾年的努力，“潘登”無觸點穩(wěn)壓技術的可靠性不斷得到提高，至今，產品的平均無故障運行時間已可達10萬小時。3.3 節(jié)電器的市場應用市政照明城市道