智能路燈節(jié)能技術開發(fā)

城市照明中的路燈是城市基礎設施的重要組成部分和重要環(huán)節(jié)，隨著城市化進程的加快，電能消耗和電費日益高漲。目前，我國大中城市的地域規(guī)模不斷擴展，城市照明路燈的數(shù)量越來越多，其用電量占城市總用量的比例在不斷增加。因此，分析現(xiàn)有主流路燈節(jié)能技術，使路燈系統(tǒng)達到節(jié)能、舒適、環(huán)保效果，對緩解能源供給的緊張局面和保護環(huán)境具有非常重要的意義。

一、當前路燈節(jié)能技術改進方向

1.1控制系統(tǒng)改進

以往的路燈控制通常采用人工方法，同一條線路同意關閉、打開，無法控制其燈源的照度，智能程度不高。目前照明監(jiān)控系統(tǒng)由中央數(shù)據(jù)控制中心、通信系統(tǒng)和現(xiàn)場的路燈開關箱智能終端組成。系統(tǒng)根據(jù)本地的日出日落時間和光照值，采用時控和光控相結合的控制方法。系統(tǒng)可實現(xiàn)各種故障的語音和聲光報警、防盜報警，提高城市照明系統(tǒng)的運行可靠性，智能化程度高，但系統(tǒng)需額外增加通信線路，安裝復雜，規(guī)模較大。

1.2電路改進

通過增加、改進電器元件，控制輸出電壓、電流、功率，實現(xiàn)節(jié)能。如可控硅調壓?？煽毓枋莻鹘y(tǒng)的電力電子器件，采用可控硅交流調壓技術的原理是利用可控硅在路燈配電柜或箱式變處讓交流電壓在一個周期里間斷通過或關斷來達到調低電壓的目的，但其缺點是可控硅交流調壓會產生高次諧波和線路震蕩，降低燈泡壽命，如果是公用變壓器還會產生電力污染。此外電路改進技術還有分檔位電磁降壓節(jié)能、無觸點穩(wěn)壓節(jié)能等。

1.3燈源改進

燈源改進主要采用的是大功率LED燈。LED作為路燈發(fā)光效率高，燈具反射損失低，目前白光LED的發(fā)光效率約為80lm/W，較傳統(tǒng)高壓鈉燈可以節(jié)電50%～60%。但目前LED燈照明角度偏小、不均勻，顏色顯色指數(shù)偏低，光學、散熱設計復雜。當前技術下的光通量還不夠，光效太低，品質難以保證。另外，LED路燈的價格過高，大面積推廣應用有困難。

1.4新能源技術

在路燈上面加裝發(fā)電設備是新能源應用的主要途徑。如風光互補路燈系統(tǒng)，它由風力發(fā)電機、太陽能電池組、控制器、蓄電池、光源構成。在白天可以利用太陽光和風力資源發(fā)電，晚上利用風力發(fā)電機發(fā)電，彌補了風能供電或太陽能供電的單一性，使供電系統(tǒng)更具穩(wěn)定性和可靠性。運行的時候通過蓄電池向負載放電，為負載提供電力。

路燈開關無須人工操作，由智能時控器自動感應天空亮度進行控制。新能源技術不需要輸電線路，不消耗電能，有明顯的經(jīng)濟效益。主是問題是技術還不夠成熟，投資大，投資回收期較長，目前應用較少。針對各種節(jié)能技術的特點，本文提出了一種綜合節(jié)能系統(tǒng)的設計。

二、智能路燈節(jié)能電路設計

智能路燈節(jié)能電路主要由控制器、功率變換、阻抗變換器構成。通過智能控制器控制功率變換單元，使可變電抗變換器一次線圈實現(xiàn)阻抗變換，從而達到路燈負載調功節(jié)能的目的。功率變換單元由電力電子功率器件、觸發(fā)控制器、信號檢測與處理器等組成。通過對晶閘管控制角的調整來控制可變電抗變換器二次線圈電流的大小，進而使得路燈的端電壓發(fā)生變化來改變路燈的照明亮度?？勺冸娍棺儞Q器的一次線圈與路燈負載串接，構成一次阻抗串聯(lián)電路，其二次線圈與功率變換單元構成二次阻抗變換電路，通過改變二次阻抗來改變一次阻抗與負載阻抗的比例關系，實現(xiàn)負載調功，從而改變路燈端電壓，實現(xiàn)路燈軟起動和調壓節(jié)能。

三、智能控制系統(tǒng)設計

3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡

智能控制系統(tǒng)分為控制中心、單元智能控制節(jié)點兩部分，其中控制中心從節(jié)點讀取信息，向節(jié)點發(fā)送控制命令；節(jié)點則將環(huán)境信息數(shù)據(jù)傳送給控制中心，如光照強度、路燈信息、節(jié)點編號等，同時接收中心命令，控制路燈關滅、光照強度等。整個網(wǎng)絡通信采用ZigBee無線自組織無線網(wǎng)絡技術，ZigBee技術具備了強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能,支持3種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星型結構、網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇狀結構，特別是網(wǎng)狀結構，有自配置、自愈合、減少干擾的優(yōu)點，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。因此整個網(wǎng)絡通信最少只需一個路由器(圖2黑色節(jié)點)即可完成網(wǎng)絡組建。大大簡化了系統(tǒng)配置與復雜度。

3.2智能節(jié)點系統(tǒng)

智能控制節(jié)點系統(tǒng)硬件主要由光電傳感器、信號調理、微處理器、A/D和D/A轉換器等組成。光信號通過光電傳感器轉變成電信號，經(jīng)變送器輸入至A/D轉換器，在結合外部控制中心命令，實現(xiàn)系統(tǒng)的開啟和關閉，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。

結語

基于智能控制的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)是一種高效、可靠的綠色環(huán)保產品。它通過智能控制器與電力電子功率變換單元改變電抗器二次線圈的電壓或電流，從而改變電抗器一次電抗值，進而改變路燈的輸入電壓，同時引入自組織網(wǎng)絡組網(wǎng)技術實現(xiàn)通信功能，簡化了系統(tǒng)安裝與維護。使路燈不僅有效實現(xiàn)了節(jié)電，同時還實現(xiàn)了環(huán)境信息的采集，實現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化。

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