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摘 要：下文针对当前我国电力的紧张情况以及路灯节能的前景分析了目前主流的路灯节能技术,同时提出一种智能型路灯节能系统设计,优化节能问题的操作方法,仅供参考.
关 键 词：路灯节能智能控制
前言
路灯是城市照明工程的主要组成部分,在夜晚,路灯的照明起到非常重要的作用.但是路灯在起着重要作用的同时,也在消耗着大量的能源.路灯节能的基本思路是在维持适当的照度时,尽量降低能耗.目前在国内外,关于路灯节能技术的研究很多,如传统的可控硅斩波、智能降压-调压、分布式控制系统、分档调光、分时调光灯等.
一、智能控制城市路灯的必要性
半夜灯智能控制是目前城市路灯智能化控制的主要方式,这主要是由于在深夜时候,人车稀少,在这种情况下,可以采用半夜自动关闭一部分路灯来达到节能目的.这种做法并不会影响人员的活动和交通安全,还可以适当的降低路灯电力的消耗和自身的损耗,为降低照明功率的密度提供了条件.在目前,各个城市中深夜都采用适当降低照明功率密度来实现城市路灯的智能化控制要求和节能需要.其主要的方法是利用以下几种措施：首先是有规律的关闭间隔部分的路灯,其次是适当的降低路灯的供电电压,从而降低光源的输出功率；第三在双灯光源灯头的路等形式中,深夜可以熄灭一个光源；最后是通过路灯采用变功率镇流器,从而降低光源的输出功率,做到合理有效的智能效果.
二、路灯主要的节能方式
节能的核心就是在保持合理照度的前提下在电压过高时降压供电,一般在后半夜由于路上行人车辆较少同时灯具如高压钠灯灯可以在低电压下运行,可以把过高的电网电压降到190V进行供电,极大地节约了电能.目前国内照明节能主要的途径有三种：改进电路,在现有照明系统上增加器件提高发光效率；加装节能控制设备,合理调节照度；采用新型光源器件如节能型路灯、太阳能LED路灯等.
方案1：对现有照明系统的节能改造,一般采用加装节能设备,较为经济和实用,但如电路改造不佳,那在电网供电不稳定时,即会出现路灯亮度偏暗的情况.
方案2：可以结合实际环境,灵活改变照度,实用性强,但要实现智能控制,需要额外增加电路元件,有的需要联网控制的还需增加无线通信模块或有线设备.
方案3：节能效果显著,但对于已有的照明系统,因需更换所有灯具,投入资金和人力比较大,因此较适用于新设计安装的照明路段上.
三、当前主要路灯节能技术
1.控制系统改进
以往的路灯控制通常采用人工方法,同一条线路同时关闭、打开,无法控制其灯源的照度,智能程度不高.目前照明监控系统由数据控制中心、通信系统和现场的路灯开关箱智能终端组成.系统根据本地的日出日落时间和光照值,采用时控和光控相结合的控制方法.系统可实现各种故障的语音和声光报警、防盗报警,提高城市照明系统的运行可靠性,智能化程度高,但系统需额外增加通信线路,安装复杂,规模较大.
2.电路改进
通过增加、改进电器元件,控制输出电压、电流、功率,实现节能.如可控硅调压.可控硅是传统的电力电子器件,采用可控硅交流调压技术的原理是利用可控硅在路灯配电柜或箱式变处让交流电压在一个周期里间断通过或关断来达到调低电压的目的,但其缺点是可控硅交流调压会产生高次谐波和线路震荡,降低灯泡寿命,如果是公用变压器还会产生电力污染.此外电路改进技术还有分档位电磁降压节能、无触点稳压节能等.
3.灯源改进
灯源改进主要采用的是大功率LED灯.LED作为路灯发光效率高,灯具反射损失低,目前白光LED的发光效率约为80lm/W,较传统高压钠灯可以节电50%～60%.但目前LED灯照明角度偏小、不均匀,颜色显色指数偏低,光学、散热设计复杂.当前技术下的光通量还不够,光效太低,品质难以保证.另外,LED路灯的价格过高,大面积推广应用有困难.
4.新能源技术
在路灯上面加装发电设备是新能源应用的主要途径.如风光互补路灯系统,它由风力发电机、太阳能电池组、控制器、蓄电池、光源构成.在白天可以利用太阳光和风力资源发电,晚上利用风力发电机发电,弥补了风能供电或太阳能供电的单一性,使供电系统更具稳定性和可靠性.运行的时候通过蓄电池向负载放电,为负载提供电力.路灯开关无须人工操作,由智能时控器自动感应天空亮度进行控制.新能源技术不需要输电线路,不消耗电能,有明显的经济效益.主是问题是技术还不够成熟,投资大,投资回收期较长,目前应用较少.
四、智能路灯节能电路设计
智能路灯节能电路主要由控制器、功率变换、阻抗变换器构成.通过智能控制器控制功率变换单元,使可变电抗变换器一次线圈实现阻抗变换,从而达到路灯负载调功节能的目的.功率变换单元由电力电子功率器件、触发控制器、信号检测与处理器等组成.通过对晶闸管控制角的调整来控制可变电抗变换器二次线圈电流的大小,进而使得路灯的端电压发生变化来改变路灯的照明亮度.可变电抗变换器的一次线圈与路灯负载串接,构成一次阻抗串联电路,其二次线圈与功
率变换单元构成二次阻抗变换电路,通过改变二次阻抗来改变一次阻抗与负载阻抗的比例关系,实现负载调功,从而改变路灯端电压,实现路灯软起动和调压节能.
五、智能控制系统设计
1.系统网络
智能控制系统分为控制中心、单元智能控制节点两部分,其中控制中心从节点读取信息,向节点发送控制命令；节点则将环境信息数据传送给控制中心,如光照强度、路灯信息、节点编号等,同时接收中心命令,控制路灯关灭、光照强度等.整个网络通信采用ZigBee无线自组织无线网络技术,ZigBee技术具备了强大的设备联网功能,支持3种主要的自组织无线网络类型,即星型结构、网状结构（Mesh）和簇状结构,特别是网状结构,有自配置、自愈合、减少干扰的优点,具有很强的网络健壮性和系统可靠性.因此整个网络通信最少只需一
个路由器（图2黑色节点）即可完成网络组建.大大简化了系统配置与复杂度.
2.智能节点系统
智能控制节点系统硬件主要由光电传感器、信号调理、微处理器、A/D和D/A转换器等组成.光信号通过光电传感器转变成电信号,经变送器输入至A/D转换器,在结合外部控制中心命令,实现系统的开启和关闭,其系统框图如图3所示.
六、结束语
基于智能控制的路灯节能控制系统是一种高效、可靠的绿色环保产品.它通过智能控制器与电力电子功率变换单元改变电抗器二次线圈的电压或电流,从而改变电抗器一次电抗值,进而改变路灯的输入电压,同时引入自组织网络组网技术实现通信功能,简化了系统安装与维护.使路灯不仅有效实现了节电,同时还实现了环境信息的采集,实现了系统的智能化.