城市路灯节能系统的研究与设计

摘要：本文结合我国路灯照明的现状，分析了路灯照明中存在的电能浪费问题，提出了路灯节能系统设计的原则，最后以表格的形式给出了某城市采用智能调控技术的路灯节电器后产生的节电经济效益。
论文关键词：路灯照明,节能控制系统,智能调控技术

1.城市路灯的现状

随着我国经济建设的发展，城市化进程的加速，城市照明得到了长足发展，城市照明发展中的能源需求和消耗也在不断加大。在“十一五”期间建设部在城市照明行业大力推进绿色照明工程，已取得了显著的经济效益和社会效益。但是从总体看，我国城市绿色照明工作还刚起步，发展不平衡，存在不少问题和薄弱环节。如城市照明相关的配套制度还不完善，市场监管制度还不够健全，低效率、高能耗、光污染等问题仍然较为突出，节约用电、保护环境的意识有待进一步加强。

针对城市照明中存在的单纯追求亮度、追求豪华、能耗密度超标、道路照明过多装饰、光污染严重、采用低效能照明器材等问题，推广采用高效照明节能技术和产品，深入推进城市路灯照明节电改造示范工程，对光源灯具、整个照明供配电系统在内的道路照明和景观照明系统进行全面节能改造，对全面发展城市绿色照明事业起到积极推进的作用【1】。

2.城市路灯用电症状分析

据估计，城市路灯照明占我国照明耗电30%左右的比例，2006年城市路灯用电量达500多亿千瓦时，随着城市建设迅速发展，路灯电能消耗也在逐年快速攀升，但路灯照明多为低效照明为主，电能利用率还不到65%，电能浪费严重，节能潜力很大，城市路灯照明节能势在必行，路灯用电的浪费存在于以下几方面：

1.运行浪费，供电品质差。因时段不同，电网负荷变化大，路灯供电线路电压波动也较大。上半夜行人车辆较多时，适逢用电高峰，电压低，亮度较暗。而下半夜，电网负荷下降，电压骤升导致照度异常明亮。路灯照明随不同时段电压波动幅度高达±15%，这样势必增加电、热的转换比值，使灯具的用电效率下降，造成电能浪费【2】。同时电压波动大容易造成灯具持续发热而过早损坏，导致灯具的寿命缩短，需要频繁维修、维护和更换灯具，增加维护成本。

2.线路浪费，线路损耗大。路灯供电线路长，功率因数低，多数现场只有0.5左右，线路损耗大；同时路灯照明灯具都为220V单相电压供电，用电线路中都存在着严重的三相不平衡，由此造成零序电流过大，零点位移，引发三相不平衡，从而也造成电路损耗较大。

3.间接浪费，管理方式粗放。目前大多数路灯照明线路控制简单，对操作结果实施功能监视、记录和统计，依赖单一的定时或人工控制，仅仅靠工作人员白天或晚上巡视的方式发现设备异常。特别是大中城市，大量的人工巡视都无法及时发现故障，处理设备故障效率也很低，浪费大量的人力和物力【3】。

3.路灯节电系统研究

根据目前路灯及公共场所灯具的工作特点，设计路灯节电器，高级的路灯节电系统包括集先进的电磁调压、电子感应技术、智能化控制技术、数据控制技术等技术，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，使输出电压稳定在设定的额定值范围之间，实现公共照明系统的工作电流与亮度需求的结合，改善路灯照明中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因数，降低灯具和线路的工作温度，从而达到节电和优化供电的目的，节电率可达25-40%，对用电系统的保护作用可使其寿命延长3-4倍。

1.系统设计原则，本着以可靠性、实用性为前提，兼顾先进性的原则制订本系统设计方案。

先进性：整个系统在五年内保持先进，系统所采用的设备与技术能适应以后发展。

可扩展性：能够适应不断增加的业务需求，当增设新的监控终端时，只需简单地增加少量部件。

开放性：整个网络是一个开放系统，能容入不同厂商的产品，而不是由个别供应商提供的系统。

灵活性：系统组网方式灵活，系统功能配置灵活，利用现有资源灵活，将各类型资源的利用，都容入组网方案之中。能满足不同监控终端的业务需要，软件功能全面，配置方便。

可靠性：组网设备可靠，组网方案可靠，可根据路灯管理处需要采用备份路由。

可操作性和可维护性：系统操作简单易学，操作人员可快速掌握使用方法，监控器本身和现场设备之间具有明晰的接口，出现问题时可迅速找出故障原因，便于使用维护【4】。

实用性：从用户角度出发，系统能使路灯控制箱少人值守和无人值守成为可能。充分利用现有资源，尽量降低选购设备成本，使系统具有较高的性能价格比。

实时性：系统具有很快的响应性能。

2.路灯节电系统应该具备的功能：

（1）稳定电压节电，电网电压不论处于高峰或低谷，节电器的输出电压始终可以稳定在用户的设定值上，因而节电效果显著，使用寿命长达15年以上。

（2）启动预热，照明灯具刚点亮时，节电柜输出225V的斜坡电压，这样即有助于气体放电灯的启辉，又可使灯具免受高电压的冲击。约五分钟后（可调），输出电压自动转换到用户的设定值。

（3）无极（或无触点）调压，无极调压：输出电压转换过程中，能十分缓慢地变化（每分钟30V）。这种无级调压方式可避免太大的电压波动对灯具造成损害，并极大地延长灯具的使用寿命，彻底解决了其他技术对电网的谐波污染和有级降压方式对灯具造成冲击的影响，是目前市场上最成熟稳定、安全可靠的节电技术。

（4）智能控制节能，用户可根据自己的需要，自行设置节能电压，对照明负载的运行时间和供电电压进行编程。

（5）降低维护成本，由于降低了照明灯具的的工作温度，有效地清除了谐波和瞬变，因而能延长照明灯具的使用寿命至少2倍以上，大幅度降低了维护成本。

（6）运行安全可靠保证照明系统正常启动，运行稳定，无闪烁和闪断现象；节电器输出为完整的正弦波，对电网不会产生任何谐波污染；节电器具有自动旁路功能，一旦出现故障，可自动转到电网供电（旁路功能也可手动操作）。

（7）远程控制（可选型），具有可升级的远程无线通讯功能，可通过GPRS系统实现远程全方位控制【5】。

3.根据上述原则提出的设计方案。

当今国际上流行的节能方式智能调控技术，能够符合上述对路灯节能系统的功能提出的要求。智能调控技术采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，在确保功能和效果的前提下，合理调整亮灯的亮度、数量和时间，包括以调光装置、声控、光控、时控等为主的光源控制器件。

这种节能控制器应用DVR电网电压调节技术概念，通过电磁调压、电磁移相、电磁平衡等新技术，通过最新的电压控制软件和先进的电子线路对负载设备进行实时检测与跟踪，同时，对输入、输出电流电压和功率等参数提供动态数据、故障判断和自动保护，对路灯的定时开关特性以及分时供电或自动调整节电率等功能进行组合或选择【6】。

4.市政路灯改造节能效益分析

1.根据XX市的每条路况，车辆人流商业情况，配置采用智能调控技术的路灯节电器，制定每台设备的运行模式，做到因地制宜，最大限度节约能源，保护和延长照明设备寿命。

2.经济效益

参考文献
[1]于军，邢永中.模拟路灯节能控制系统的设计[J].照明工程学报，2010.4
[2]申志军.城市照明智能化、网络化控制技术的发展及应用[J].智能控制，2009.6
[3]杨梅.新型智能路灯节电管理的设计分析与发展趋势[J].第一届智能化先进测量系统学术研讨会议论文集,2010.8
[4] Po-Chien Hsu. Study of system dynamics model and control of a high-power LED lighting luminaire[J]. Energy ,2007.5
[5]郭隐彪,韩春光等.一种基于无线网络的路灯控制系统[P],厦门大学,2010.7
[6]李茹雪.路灯节能的控制系统设计分析[J],中国新技术新产品,2010.2