摘 要： 本文讨论了关于道路照明稳压和节能的问题，比较了几种道路照明
供电系统采用的电力稳压方法， 提出了动态稳压节能方案。分析了动态稳压原理，给出了时变控制方案及动态稳压系统的实现方法。基于该方案的动态稳压控制器已在全国城镇的道路照明系统中广泛使用。实际应用表明，光源照度稳定，平均节电率可达20%以上。道路照明节能中的路灯控制柜与节能柜。
关键词 稳压 节能 变压器 道路照明
目 录
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引 言............................................................................................................................ 1 第一章 采用高效的节能型光源 ........................................................................ 4 1.1 几种电力稳压方法的比较.................................................................................... 4 1.2 动态稳压原理........................................................................................................ 5 1.3 动态稳压系统........................................................................................................ 7 1.4 动态稳压方案........................................................................................................ 8 第二章 GGDZ照明稳压节电器（柜）................................................................... 9 2.1 智能稳定电压节电（本装臵一个重要特点）.................................................... 9 2.2 GGDZ照明稳压节电器（柜）的结构与工作原理............................................. 10 2.3 GGDZ照明稳压节电器（柜）的六大优点......................................................... 12 第三章 GGDZ照明稳压节电器（柜）的可靠性及市场 ............................... 15 3.1 产品现状.............................................................................................................. 15 3.2 节电器在增强可靠性方面采取的措施.............................................................. 16 3.3 节电器的市场应用.............................................................................................. 18 结 论.......................................................................................................................... 19 致 谢.......................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献...................................................................................................................... 20
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引 言
据调查，我国小型城市在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后，道路上几乎空无一人，即便是北京、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2点以后，道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭，在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。城市公共照明在我国照明耗电中占30％的比例，约439亿kWh，以平均电价0．65元／kWh计算，一年开支285亿元。在市政开支极度紧张的今天，国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的省钱方法，其中的弊病不言而喻——不仅导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损，因此不能称做是真正意义上的节能。当发达国家在讨论什么是“恰到好处的照度水平”的今天，我们这种控制方法就太落后了。九十年代以来，夜景照明建设成为都市市政设施建设的一个重要环节，各地也取得了相应的成绩，但是市政开支普遍紧张与增设夜景照明形成了很大的矛盾。以沿海某开放城市为例，大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力，支付不起沉重的照明电费开支，又不得不关掉近一半的灯，结果近年新装的部分路灯形同摆设，造成变相浪费。如何让路灯亮起来，让城市亮起来，亮得更科学，亮得省电省钱?答案是：采用智能光源降压一稳压一调光技术。
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什么是智能光源降压一稳压一调光技术？智能光源降压一稳压一调光技术是国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术。它充分考虑了城市道路照明的实际状况，依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制论中的最优控制方法，实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理，即TPO管理(TIME／PLACE／0CCASl0N)。此项技术的基本思路就是：在繁忙的时段，控制路灯保持较强的照度，接近午夜时分，开始自动调光，在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明(类似房灯的调光器，可以随需要而任意调光)。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗，节约有功电耗达30％以上。房灯调光已流行多年，主要是因为室内灯功率小，容易实现。而道路照明则完全不同：首先，灯泡功率大，不易控制；其次，使用环境恶劣，九十年代，电力电子元件技术有了突飞猛进的发展，调光技术有了可靠的质量保障，通过一些地区的规模应用，其完美的调光效果和节电功能得到了一致认同，在德国，美国这些耗电大国，此类技术也得到了政府的大力扶持和推广‘：智能光源降压一稳压一调光技术的控制过程是：通过测取城市道路车辆及行人的“时间一车辆(人)”统计规律，获取相应的照度调整率，依此来设计计算机的控制程序，根据照度调整率，从某一时刻开始，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配，不仅节约了电能，而且稳定了电压，延长了路灯的使用寿命，达到了双重意义上的节能。 在道路照明中，电网电压受负荷的影响较大，在用电高峰期，电压偏低；用电低谷期，电压偏高。午夜后，道路交通量很低，此时电网负
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荷却处于低谷，电网电压较高，路面照度高。太强的路灯照明，不仅浪费电能，而且降低识别目标的对比度，对行车安全不利。 人眼具有明暗适应的视觉功能。虹膜通过控制瞳孔大小来调节进入眼球的光量，以适应外界环境。因而，光线弱时，瞳孔扩大，人们仍能较容易地分形变色。午夜后，若适当降低回路电压，不但能够保证正常的道路照明，而且能节约大量的电费开支。
关于夜晚照明稳压和节能的问题，人们已经进行了很多的探讨和研究。近年来，越来越多的道路照明供电系统采用电力稳压的方法，其中最常见的有可控硅稳压器、自耦调压器和带有伺服机构与碳刷的补偿式稳压器。这些方法取得了一定的节能效果，但也存在着一些问题。
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第一章 采用高效的节能型光源
也就是使用发光效率高的灯泡或灯管，在现有照明系统上加装节能控制设备。
从实际应用的角度来看，第一种方案适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因需更换所有灯具，初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大，使许多单位望而却步。同时，高效节能光源（灯管、灯泡）是传统光源价格的5—10倍，如果采购的节能型灯具本身质量有问题或是电网供电质量不好，节能型灯具使用寿命很短，这样就可能造成使用单位出现“节能不节钱”的不正常现象：
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，目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装臵所占比例最大。从工作原理上大致分为三大类。
1．1 几种电力稳压方法的比较
可控硅稳压器采用功率电力电子器件，成本低廉。但在运行过程
中，导致正弦波畸变，产生大量谐波，污染电网; 输出的电压不稳定，引起光源闪烁不停甚至熄灭，严重影响照明质量，减损灯具寿命；元件发热易烧坏，可靠性差。
自耦调压器的电压输出端有几组抽头，每组抽头的降压值是固定不变的。产品应用时，视具体情况选择一组较为合适的抽头作降压控制。由于电网电压的波动性，在用电高峰期，电网电压过低，易造成
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灯光闪灭；而在用电低谷期，节电又不到位。
补偿式稳压器虽然克服了上述两种稳压器的缺点，但由于它采用伺服电机和电刷动态调节电压，不免存在反应不迅速、电刷摩擦损伤、接触不良易产生火花，甚至烧坏电刷和调压器。
本文提出的动态稳压节能系统采用单片机技术，具有调压精度高，反应迅速，无谐波产生，输出电压稳定，安全可靠等特点。实现了无电刷、无伺服电动机和无机械传动的快速稳压，实现了稳压器的自动控制。
1.2 动态稳压原理
为了避免重复和繁琐，仅以A相为例进行阐述。图1-1为A相动
态稳压原理图，Ui为电网电压，U0为输出电压，T为变压器，其原边绕组的电压U1，副边绕组电压为U2，变比为n:1，副边与负载串联，起补偿作用。
图1-1 A相稳压原理
图1-2为Ａ相稳压等效模型，变压器原边等效为受控电流源，副边等效为受控电压源，起补偿作用。
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图1-2 A相稳压等效模型
受控电压源:
受控电流源：
输出电压：
状态1：k1闭合时，k2打开，K=1。此时，
状态2：k2闭合时，k1打开，K=0。
此时，图1中变压器的原边短路，从图2看，是受控电流源短路，两端电压为0，电流为IS，故： U0=Ui
从上面的分析知，当k1闭合、k2打开时，补偿电压为US=—U1;当k2闭合、k1打开时，没有补偿作用。
也就是说，如果稳压器输出电压为U0，当Ui>U0且△U=Ui-U0=US时，闭合k1、打开k2，可使输出电压保持U0，那么依此原理，对于任意的△U≥0时，△U=K0×US0+K1×US1+LKj×USj其中 △U=Ui-U0
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USj=2j V( j=0,1,2L)
这样，把20、21、L 2j伏的变压器的副边串联起来，那么对所有的偏差△U,通过选取合适的Kj，都可以得到对应的补偿，调压精度高。若△U<0，只需改变变压器线圈的同名端，即可实现升压稳压。
1.3 动态稳压系统
动态稳压控制系统克服了以往电力稳压方法中所存在的缺点，能
动态跟踪电网电压变化，用矩阵开关代替伺服机构，用变压器组代替调压器，主回路无触点，无谐波污染，安全可靠。
图1-3为动态稳压系统结构图。该系统由变压器组、矩阵开关、控制模块、采样模块、检测模块、和人机接口等部分组成。
图1-3 动态稳压系统结构图
控制模块采用PIC16F87X微处理器作为系统的核心，负责来自相邻模块输入信息的处理，并输出相应指令，控制系统其他部分的动作。 当电网电压Ui发生扰动时，输出电压U0相应发生变化，反馈回路通过检测模块和A/D转换，将信号送达控制模块，采样值与给定值进行比较，根据计算所得偏差信号向矩阵开关发出控制信号，通过调整变压器组的运行方式，使输出电压不断接近给定值。
控制板采取“绝对电隔离”策略和“多地线”技术，不同的电压
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系统设臵了不同的地线，相互之间只通过光耦进行信号交流，将干扰信号限制在最小范围，将其影响限制到最低点。
1.4 动态稳压方案
动态稳压方案可根据当地当时的具体日照情况由专业技术人员通过人机接口预先设定于微处理器的控制软件中。
图1-4为一例时变稳压控制曲线。如图所示，电网电压20时后由原来的220V开始缓慢上升，午夜后升至230V。17时至19时，灯具恒压供电210V，照度较高；19时至24，使用最优照明电压200V；24时至凌晨5时，照度需求不高，电压设定为190V。
图1-4 时变稳压控制曲线
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第二章 GGDZ照明稳压节电器（柜）
2.1 智能稳定电压节电（本装臵一个重要特点）
现在市场中流行的许多种照明节电器（柜）都不具备稳定电压的功能，仅仅只是简单地降低灯具的供电电压。这种节电器（柜）的弊端为：当电网电压稍有波动时，要么节电器（柜）的输出电压升高，灯具不再节电了；要么节电器（柜）的输出电压降得更低了，灯具则很容易自动熄灭。由此可见，“稳压”功能是照明节电器（柜）必须具备的一项功能。也是照明节电器（柜）能够实现节电的必要条件。我公司生产的GGDZ照明稳压节电器（柜）就是市场中为数不多的具有优异稳压功能的照明节电器（柜）。
GGDZ照明稳压节电器（柜）根据用户电网电压的波动情况、照明负载的性质，对灯具实行智能稳压供电，随时给灯具提供一个既稳定、又能节电，还不会影响照明效果的供电电压。
用户可根据自己的需要，自行设臵输出的节电电压，对照明负载的运行时间和供电方式进行编程，最大限度地降低照明灯具的电耗。（见下图2-1）
采用GGDZ照明稳压节电器（柜）后，仅智能稳压所实现的节电效果一般就可达20％以上。同时由于照明灯具工作在较低的电压，其使用寿命大大延长了。
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图2-1 以路灯控制为例的节电效果图
2.2 GGDZ照明稳压节电器（柜）的结构与工作原理
GGDZ照明稳压节电器（柜）由补偿变压器、调压变压器、无极调压控制技术（或无触点调压控制专利技术）、采样电路、主控制电路、调压控制电路、时控电路、保护电路等组成。根据照明负载特点和电况， 实行分相采样，分相稳压调压。
其工作过程为：照明负载（路灯）开始工作时，采样电路获取当时输出电压，经检测控制电路与基准电压进行比较判断，然后输出控制信号，控制调压电路进行无极（或无触点）调压，使补偿电路产生大小不同的补偿电压，达到降低和稳定输出电压的目的。
GGDZ照明稳压节电器（柜）先用低压（195V）软启动，然后以慢斜坡方式升压至225V，等灯具充分预热后，再自动转为用户设定的输出电压。输出电压在190V～230V之间可任意调节。（出厂时设定为：从开灯至23点为210V；23点至凌晨5点为195V；凌晨5点至
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关灯为210V。）输出电压的转变过程是缓慢的斜坡方式，不会产生任何冲击电流。用户根据当地道路照明需要，通过时控电路对照明负载的运行时间和供电电压进行编程，以最大限度地降低灯具的电耗和温度。
同时，检测控制电路还对保护电路进行控制，万一节电柜输出电压过、欠压或补偿调压系统工作不正常时，节电器（柜）还能自动切换到“旁路”状态，转到市电供电，不会造成照明负载的供电中断。 GGDZ照明稳压节电器（柜）（路灯型）还可多增加一路可控制的输出，以满足道路照明半夜灯回路的需要，出厂时设定为深夜11：00时，该回路供电电源被切断，半夜灯熄灭，但长夜灯回路仍维持供电。
GGDZ照明稳压节电器（柜）（路灯型）还可附加无线远程监测功能（可选）， 可将节电柜的实时电压电流参数及工作状态，通过GPRS无线通信方式传到远端集中监控室。
户外型GGDZ照明稳压节电器（柜）（路灯型）的外壳防护等级为IP54,防尘、防水级别较高。户外型还具有防盗功能，当柜门被非正常打开时，柜内会发出声光报警，并可将被盗事件通过无线远程监测功能传到远端监控室。
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图2-2 GGDZ照明稳压节电器（柜）系统框图 （虚线框内是“路灯型稳压节电器（柜）”才加装的）
2.3 GGDZ照明稳压节电器（柜）的六大优点
1. 稳定电压节电
电网电压不论处于高峰或低谷，节电器（柜）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，节电率为25 ％以上。使用寿命长达15年以上，一次投资长期受益。 2. 软启动预热
照明灯具刚点亮时，节电柜输出195V～225V的慢斜坡电压，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
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害，并极大地提高灯具的使用寿命，彻底解决了斩波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，是潘登第三代照明节电产品。
无触点调压：采用集成电路按特定顺序控制若干个晶闸管电压过零通断，来改变补偿电压的大小与极性（专利技术），是晶闸管交流开关技术与变压器技术的完美结合。响应速度快 < 40ms，三相全部分调，补偿范围大，效率可达99%以上，具备所有保护功能，工作十分可靠，适应性特强。使用寿命极长，能连续无故障运行10万小时以上，实现了GGDZ路灯稳压节电器（柜）长期免维护. 4. 智能控制节能
用户可根据自己的需要，自行设臵节能电压，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（柜）输出为完整的正弦波，对电网不会产生任何谐波污染；
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节电器（柜）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）
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第三章 GGDZ照明稳压节电器（柜）的可靠性及市场
3.1 产品现状
随着无触点照明稳压节电器逐步被市场和用户认可，众多照明节电器生产厂家随后也陆续推出结构各不相同的无触点照明稳压稳压器。由于主电路结构的不同，它们的性能差异往往比较大；加之某些厂家在技术上投入不够，研究不深；对无触点照明稳压节电器的关键器件——可控硅模块的性能、应用也缺乏足够的试验和了解；甚至极个别厂家还存在偷工减料，在元器件的选择上以旧充新，以次充好的行为。凡此种种原因，最后集中反映在产品的可靠性上，造成很多厂家的无触点照明稳压节电器性能极不稳定，使用可靠性能极差。 潘登的GGDZ-B系列照明稳压节电器，是以成熟的无触点专利稳压技术为基础，由补偿变压器、调压变压器、无触点控制专利技术、采样电路、主控制电路、调压控制电路、时控电路、保护电路等组成。根据照明负载特点和电网电压的实际情况，实行分相采样，分相稳压调压。
无触点调压稳压主要采用潘登专利无触点技术，具有补偿稳压降压功能，具有过、欠压保护，缺相保护、故障保护、短路保护、过载保护、自动旁路等多项保护功能。同时具有时间控制装臵，使照明稳压节电柜能根据照明的要求做出相应的调整，从而使设备在最佳的节电状态运行，容量从10KVA~2000KVA，节电率普遍可达20%以上，由
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于使用大功率晶闸管来控制调压，因而工作十分可靠，使用寿命极长，响应速度快≤40ms，能连续无故障运行10万小时以上，实现了长期免维护，使用寿命长达15年以上。
3.2 节电器在增强可靠性方面采取的措施
1. 可靠性设计措施 降额设计：
为降低失效率，提高产品可靠性，我们在主要元器件参数的选择方面，有针对性的适当采用了“降额设计”的方法。如，对可控硅模块容量，我们已按3～5倍通态平均电流ITAV来选择，这相当于在通常使用的设计余量系数的基础上，又增加了一倍。从而使影响无触点照明稳压节电器可靠性的关键环节得到加强，大大提高了产品的可靠性。
电磁兼容设计：
为防止因照明稳压节电器工作现场电磁环境影响而引起的错误或失效，我们采取了不少消除和减少干扰的措施。如，我们采用目前世界上最先进的美国JOSLYN公司的MOV矩阵技术，有效地抑制了可控硅工作期间产生的浪涌尖峰。另外，我们还加强了电源滤波设计，提高了系统的抗干扰能力。 散热设计：
在散热设计方面，我们经过数年的摸索改进，设计出一套合理的散热措施和适用的散热数据，有效的降低了可控硅器件及机箱内的温
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升，大大减少了因过热引起的可控硅器件性能劣化和失效。 2. 可靠性增长措施
对于无触点照明稳压节电器，我们十分重视不断改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性。从1999年第一台无触点稳压产品出厂至今，我们不断跟踪用户的使用情况，结合售后服务的反馈信息，不断分析研究故障来源以及潜在的故障隐患，及时加以改进，并确保在修正设计时不会引进新的故障源。
在产品设计和修正设计阶段，我们做过大量的试验，并一直坚持采用试验的方法来检查故障源，争取在产品设计阶段就将故障隐患予以解决。
3. 可靠性管理措施
上海潘登新电源公司严格按照ISO9000国际质量认证体系进行产品质量管理，对产品生产过程、使用过程中发生的故障和缺陷，建立了一整套完整的采集、整理、反馈、分析、处理系统，从制度上对提高产品的可靠性提供了十分有力的保障。
此外，我们在可控硅、变压器等主要器件、部件的选用上，也都进行了严格的质量控制。如，对可控硅模块，我们加强了对通态峰值电压VTM的筛选，尽量将器件温升控制在较低的范围内；对可控硅门极工艺也提出了更高的要求。对主、副变压器，我们也采用了损耗小、温升低、效率高的环形变压器结构。
通过几年的努力，“潘登”无触点稳压技术的可靠性不断得到提高，至今，产品的平均无故障运行时间已可达10万小时。
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3.3 节电器的市场应用
市政照明——城市道路、高速公路、隧道、桥梁等； 交通照明——铁路、民航、车站、码头、公路等； 公共照明——银行、医院、学校、加油站、体育场馆等；
商业照明——大中型商场、购物中心、超市、宾馆、酒店、大型广告牌等；
工厂照明——电力、通信、纺织、造纸、机械电子、石油化工、服装、食品加工等
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结 论
动态稳压控制系统能克服以往电力稳压方法中所存在的缺点，实现交流调压、稳压的数字化、智能化，向抗干扰、净化的电网迈进了一步。
调压范围扩展简便，每增加一组2V变压器，稳压精度提高一倍，可以满足各种情况的需要。
稳压节能方案可以根据各地不同时节的具体情况制定，通过人机接口设定，也可各种方案写入微控制器中，由软件实现方案选择。 目前，基于该设计方法的动态稳压控制器已在一些城镇的道路照明系统应用，光源照度稳定，平均节电率可达13%以上。
由于该装臵可实现动态调压稳压，即其输出电压可依用户需求按不同时间段改变，目前，被广泛应用于电网的用户端，以提供更优质和更个性的电源。
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参考文献
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