绿色照明与智能照明节能控制系统

1概述

据统计，我国照明用电占全国总发电量的12％左右，这是一个不小的比例。来自中国照明学会的报道表明，2001年我国总发电量为14 332．5亿kW．h，年照明耗电达l 433．25～l 719．9亿kW．h，相当于三峡水力发电工程年发电能力（840亿kW．h）的2倍左右，2004年总发电量为2l 870亿kW-h，照明耗电约占当年发电量的10％，约为2 187亿kW-h，相当于三峡水力发电工程年发电能力的近3倍。

城市公共照明在我国照明耗电中约占30％的比例，每年开支高达数百亿元。在市政开支比较紧张的今天，国内绝大部分城市和地区仍然采用一些国家在20世纪70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——不仅导致路面照度分布不均匀，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，这不是真正意义上的绿色照明与节能。

2绿色照明的基本要求

1）光源的发光效率高主要包括：高压钠灯、金属卤化物灯、节能荧光灯等气体放电灯以及LED新光源。

2）不能对电网造成谐波污染排除了晶闸管移相降压节能的可行性，排除了谐波含量超出5％的电子镇流器或节能产品使用的可行性。

3）节能化对于HID灯，一是提高功率因数、降低镇流器损耗；二是对光源进行大范围调光，不仅能够大范围大比例节能，而且有利于合理地使用光源、保护视力、保护照明产品和灯具。

4）没有光污染。

5）灯具分布与灯具功率的优化设计。

3 HID灯照明节能原理

目前广泛使用的高压钠灯发光的最高效率与供给灯具的电压有着密切的关系。该电压与很多因素有关，且随着环境温度的不同而不同，最低可达175～185v。因此，HID灯的节能原理就是通过降低灯具的工作电压，在不影响视觉照度的前提下，让灯具尽可能地靠近最高发光效率点工作。

4 HID灯对节能产品的要求

HID灯的绿色照明理论指出，在一般的城市路灯夜间背景亮度条件下，采用降低电压的方法可以有效地降低眩光的强度，可以有效地提高照明质量，改善城市交通条件，而且能够大量地节约能源和几倍地延长灯具使用寿命。

美国照明科技协会的试验报告显示：灯具电压超压10％时，灯具寿命降低一半，电压越高，灯具寿命越短，灯具电压为额定电压的90％时，灯具寿命提高一倍，此时与过压10％相比寿命延长4倍。而且照度值与额定状态相比仅衰减7％，人眼很难察觉到。

最高光效的理论表明高压钠灯发光的最高效率发生在灯具电压为175～200 V（最佳电压）。因此HID灯节能产品必须能提供和保持灯具的最佳电压，这就是HID灯对节能产品的要求。它包括两层含义：一是输出电压要能达到相对较低的灯具最佳电压（确保HID灯不熄灭）；二是在最佳电压值附近能够稳压工作，不随电网电压或负载的变化而变化。

5 HID灯节能产品的主要技术要素

我们知道，HID灯节能原理的实质性内容是降压与稳压，对于道路照明中使用的高压钠灯在供电电压低于200 V时就难以触发点亮，接近老化的HID灯，可能需要达到220 V或更高的电压才能触发点亮，HID灯对电流和电压的切断十分敏感，几毫秒的间断就可能引起灯管电弧的不稳和熄灭（某些灯熄灭后要冷却几分钟后才能再次点亮）。因此，HID灯节能产品的主要技术要素如下。

1）具有较宽范围的降压与稳压功能。

2）在降压或稳压过程中，保持电流连续、无冲击、无过压，确保HID灯不熄灭、不重启、不损伤HID灯。此为HID灯节能产品的关键技术，采用有触点装置（如继电器、接触器）进行电压档位切换的难以实现此关键技术。

3）能适应不同类型的HID灯或混合的HID灯负载。

4）能适应小同的环境、不同的道路类型、不同的时间或不同人员对照明的参数的不同要求。

6当前HID灯节能产品存在的主要问题及分析

目前，HID灯照明节能产品中的可控硅相控降压节能产品，因对电网造成谐波污染逐步趋于淘汰，电磁变压器或电感器降压节能产品是当前的主导产品。当前多数电磁类照明节能产品的主要问题大致如下。

1）不能满足HID灯对节能产品的要求对于单灯控制采用串电感降压进行节能，控制电路简单是其优点，但由于电感降压太少或降压太多，难以集中控制道路的照度。如果增加电感的抽头数量并采取稳压控制电路，必然增加电路的复杂程度和成本，并降低产品的可靠件；对于集中控制的，多数采用自耦变压器调整电压，难以根据输入电压的变化在带HID灯负载时动态进行档位切换，在供电质量较差时切换档位容易烧坏无触点开关或者导致HID灿熄灭，也有因此而烧坏路灯的，因而一些产品只能是固定档位输出，或通过手动换档，有的虽然使用了智能芯片，但也只是在开机时检测电压自动切换档位，而在通电带HID灯负载期间不能进行档位切换或不能进行高可靠的档位切换。

2）节能率较低  些产品的最大节能率只有10％～20％，其根本原因是产品关键技术没有过关，不能带HID灯动态切换，电压变化范围小，难以达到灯具的最佳电压，节能率小可能高。节能率是衡量节能产品的项主要技术指标，既不能太高，又不能太低，设计时应考虑到一个适当的数值上。

3）HID  灯容易熄灭如果在电压档位变化时导致HID灯电流不连续，容易导致HID灯熄灭并重启，甚至有可能产生瞬时过电压，如果档位切换后的输出电压较低，便会导致HID灯熄灭，并且不能在低电压下重新点亮。

4）HID  灯容易损坏、从理论及大量的试验和报道可以看到，使用节能产品后HID灯的使用寿命应该明显增加。但如果在电压档位变化时导致HID灯熄灭并重启，将加速HID灯老化、缩短使用寿命。

5）产品自身不可靠  主要原因是产品关键技术没有过关，从理论上讲，在感性负载下，只要无触点器件质量过关，只要关键技术过关，无触点产品的寿命肯定比有触点产品的寿命长很多。如果采用有触点产品或关键技术未过关的无触点产品，对复杂多变的电网干扰信号不能进行准确地检测与判断，就会导致产品的可靠性较差。

7智能照明节能控制系统剖析

江苏省泰州市前进机电制造有限公司生产的RZM5系列智能照明节能控制系统是比较理想的智能照明节能控制系统，符合绿色照明的要求，是中国节能协会推荐的产品。该产品已获得国家专利，下面对该系统介绍如下。

7．1系统结构

智能照明节能控制系统由采用天文算法的经纬度开关灯控制器、单相或三相自耦变压器无触点稳压调压单元、含经纬度参数的微电脑路灯控制器软件、照明节能控制柜调压系统参数设置与监控软件组成。单相或三相调压单元能与开关灯控制器进行通信，系统对外的通信接口来自开关灯控制器的通信接口，计算机通过该接口既能与开关灯控制器通信，也能与各相的调压单元通信，以便能够对系统的全部工作参数和保护参数进行修改和监控。在计算机端，通过含经纬度参数的微电脑路灯控制器软件可以监控与修改开关灯控制器的参数，也可以读取各相调压单元的工作状态；通过照叫节能控制柜调压系统参数设置与监控软件可以监控或修改各相调压单元的工作参数或保护参数。

经纬度开关灯控制器直接根据天文算法计算天亮天黑的时间控制开关路灯，此外，还具有光控、通过有线网络、GPRS或CDMA无线网络远程控制路灯开关的功能；能够实现多个回路的独立控制：能够通过计算机方便地查看或更改相关的参数；能够通过网络宴现远程控制或集中监控。

单相或三相自耦变压器无触点稳压调压单元解决了当前电磁技术中多灯集中控制不能带高强度气体放电灯高可靠动态切换的技术难题，能够确保HID灯在电压档位切换时不熄灭，并提高最大节能率，充分延长灯具的使用寿命。同时根据照明节能的各种特殊情况，充分发挥智能产品的作用，各种工作参数均可以通过电脑串口或网络远程方便地查看或重新设定，以适应任何地方不同的环境或不同人员的具体需求。