1、概述
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)照明用電占全國(guó)總發(fā)電量的12％左右，這是一個(gè)不小的比例。來(lái)自中國(guó)照明學(xué)會(huì)的報(bào)道表明，2001年我國(guó)總發(fā)電量為14 332．5 億kW．h，年照明耗電達(dá)l 433．25～l 719．9億kW．h，相當(dāng)于三峽水力發(fā)電工程年發(fā)電能力（840億kW．h）的2倍左右，2004年總發(fā)電量為2l 870億kW-h，照明耗電約占當(dāng)年發(fā)電量的10％，約為2 187億kW-h，相當(dāng)于三峽水力發(fā)電工程年發(fā)電能力的近3倍。
城市公共照明在我國(guó)照明耗電中約占30％的比例，每年開(kāi)支高達(dá)數(shù)百億元。在市政開(kāi)支比較緊張的今天，國(guó)內(nèi)絕大部分城市和地區(qū)仍然采用一些國(guó)家在 20世紀(jì)70年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢(qián)方法，其中的弊病不言而喻——不僅導(dǎo)致路面照度分布不均勻，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對(duì)路燈壽命的減損，這不是真正意義上的綠色照明與節(jié)能。
2、綠色照明的基本要求
1）光源的發(fā)光效率高主要包括：高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、節(jié)能熒光燈等氣體放電燈以及LED新光源。
2）不能對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染排除了晶閘管移相降壓節(jié)能的可行性，排除了諧波含量超出5％的電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能產(chǎn)品使用的可行性。
3）節(jié)能化對(duì)于HID燈，一是提高功率因數(shù)、降低鎮(zhèn)流器損耗；二是對(duì)光源進(jìn)行大范圍調(diào)光，不僅能夠大范圍大比例節(jié)能，而且有利于合理地使用光源、保護(hù)視力、保護(hù)照明產(chǎn)品和燈具。
4）沒(méi)有光污染。
5）燈具分布與燈具功率的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3、HID燈照明節(jié)能原理
目前廣泛使用的高壓鈉燈發(fā)光的最高效率與供給燈具的電壓有著密切的關(guān)系。該電壓與很多因素有關(guān)，且隨著環(huán)境溫度的不同而不同，最低可達(dá) 175～185v。因此，HID燈的節(jié)能原理就是通過(guò)降低燈具的工作電壓，在不影響視覺(jué)照度的前提下，讓燈具盡可能地靠近最高發(fā)光效率點(diǎn)工作。
4、HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求
HID燈的綠色照明理論指出，在一般的城市路燈夜間背景亮度條件下，采用降低電壓的方法可以有效地降低眩光的強(qiáng)度，可以有效地提高照明質(zhì)量，改善城市交通條件，而且能夠大量地節(jié)約能源和幾倍地延長(zhǎng)燈具使用壽命。
美國(guó)照明科技協(xié)會(huì)的試驗(yàn)報(bào)告顯示：燈具電壓超壓10％時(shí)，燈具壽命降低一半，電壓越高，燈具壽命越短，燈具電壓為額定電壓的90％時(shí)，燈具壽命提高一倍，此時(shí)與過(guò)壓10％相比壽命延長(zhǎng)4倍。而且照度值與額定狀態(tài)相比僅衰減7％，人眼很難察覺(jué)到。
最高光效的理論表明高壓鈉燈發(fā)光的最高效率發(fā)生在燈具電壓為175～200 V（最佳電壓）。因此HID燈節(jié)能產(chǎn)品必須能提供和保持燈具的最佳電壓，這就是HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求。它包括兩層含義：一是輸出電壓要能達(dá)到相對(duì)較低的燈具最佳電壓（確保HID燈不熄滅）；二是在最佳電壓值附近能夠穩(wěn)壓工作，不隨電網(wǎng)電壓或負(fù)載的變化而變化。
5、HID燈節(jié)能產(chǎn)品的主要技術(shù)要素
我們知道，HID燈節(jié)能原理的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容是降壓與穩(wěn)壓，對(duì)于道路照明中使用的高壓鈉燈在供電電壓低于200 V時(shí)就難以觸發(fā)點(diǎn)亮，接近老化的 HID燈，可能需要達(dá)到220 V或更高的電壓才能觸發(fā)點(diǎn)亮，HID燈對(duì)電流和電壓的切斷十分敏感，幾毫秒的間斷就可能引起燈管電弧的不穩(wěn)和熄滅（某些燈熄滅后要冷卻幾分鐘后才能再次點(diǎn)亮）。因此，HID燈節(jié)能產(chǎn)品的主要技術(shù)要素如下：
1）具有較寬范圍的降壓與穩(wěn)壓功能。
2）在降壓或穩(wěn)壓過(guò)程中，保持電流連續(xù)、無(wú)沖擊、無(wú)過(guò)壓，確保HID燈不熄滅、不重啟、不損傷HID燈。此為HID燈節(jié)能產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，采用有觸點(diǎn)裝置（如繼電器、接觸器）進(jìn)行電壓檔位切換的難以實(shí)現(xiàn)此關(guān)鍵技術(shù)。
3）能適應(yīng)不同類(lèi)型的HID燈或混合的HID燈負(fù)載。
4）能適應(yīng)小同的環(huán)境、不同的道路類(lèi)型、不同的時(shí)間或不同人員對(duì)照明的參數(shù)的不同要求。
6、當(dāng)前HID燈節(jié)能產(chǎn)品存在的主要問(wèn)題及分析
目前，HID燈照明節(jié)能產(chǎn)品中的可控硅相控降壓節(jié)能產(chǎn)品，因?qū)﹄娋W(wǎng)造成諧波污染逐步趨于淘汰，電磁變壓器或電感器降壓節(jié)能產(chǎn)品是當(dāng)前的主導(dǎo)產(chǎn)品。當(dāng)前多數(shù)電磁類(lèi)照明節(jié)能產(chǎn)品的主要問(wèn)題大致如下。
1）不能滿足HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求對(duì)于單燈控制采用串電感降壓進(jìn)行節(jié)能，控制電路簡(jiǎn)單是其優(yōu)點(diǎn)，但由于電感降壓太少或降壓太多，難以集中控制道路的照度。如果增加電感的抽頭數(shù)量并采取穩(wěn)壓控制電路，必然增加電路的復(fù)雜程度和成本，并降低產(chǎn)品的可靠件；對(duì)于集中控制的，多數(shù)采用自耦變壓器調(diào)整電壓，難以根據(jù)輸入電壓的變化在帶HID燈負(fù)載時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行檔位切換，在供電質(zhì)量較差時(shí)切換檔位容易燒壞無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或者導(dǎo)致HID燦熄滅，也有因此而燒壞路燈的，因而一些產(chǎn)品只能是固定檔位輸出，或通過(guò)手動(dòng)換檔，有的雖然使用了智能芯片，但也只是在開(kāi)機(jī)時(shí)檢測(cè)電壓自動(dòng)切換檔位，而在通電帶HID燈負(fù)載期間不能進(jìn)行檔位切換或不能進(jìn)行高可靠的檔位切換。
2）節(jié)能率較低 些產(chǎn)品的最大節(jié)能率只有10％～20％，其根本原因是產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有過(guò)關(guān)，不能帶HID燈動(dòng)態(tài)切換，電壓變化范圍小，難以達(dá)到燈具的最佳電壓，節(jié)能率小可能高。節(jié)能率是衡量節(jié)能產(chǎn)品的項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，既不能太高，又不能太低，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)值上。
3）HID 燈容易熄滅如果在電壓檔位變化時(shí)導(dǎo)致HID燈電流不連續(xù)，容易導(dǎo)致HID燈熄滅并重啟，甚至有可能產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓，如果檔位切換后的輸出電壓較低，便會(huì)導(dǎo)致HID燈熄滅，并且不能在低電壓下重新點(diǎn)亮。
4）HID 燈容易損壞、從理論及大量的試驗(yàn)和報(bào)道可以看到，使用節(jié)能產(chǎn)品后HID燈的使用壽命應(yīng)該明顯增加。但如果在電壓檔位變化時(shí)導(dǎo)致HID燈熄滅并重啟，將加速HID燈老化、縮短使用壽命。
5）產(chǎn)品自身不可靠 主要原因是產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有過(guò)關(guān)，從理論上講，在感性負(fù)載下，只要無(wú)觸點(diǎn)器件質(zhì)量過(guò)關(guān)，只要關(guān)鍵技術(shù)過(guò)關(guān)，無(wú)觸點(diǎn)產(chǎn)品的壽命肯定比有觸點(diǎn)產(chǎn)品的壽命長(zhǎng)很多。如果采用有觸點(diǎn)產(chǎn)品或關(guān)鍵技術(shù)未過(guò)關(guān)的無(wú)觸點(diǎn)產(chǎn)品，對(duì)復(fù)雜多變的電網(wǎng)干擾信號(hào)不能進(jìn)行準(zhǔn)確地檢測(cè)與判斷，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的可靠性較差。
7、智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)剖析
江蘇省泰州市前進(jìn)機(jī)電制造有限公司生產(chǎn)的RZM5系列智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)是比較理想的智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)，符合綠色照明的要求，是中國(guó)節(jié)能協(xié)會(huì)推薦的產(chǎn)品。該產(chǎn)品已獲得國(guó)家專(zhuān)利，下面對(duì)該系統(tǒng)介紹如下。
7．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)由采用天文算法的經(jīng)緯度開(kāi)關(guān)燈控制器、單相或三相自耦變壓器無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓調(diào)壓?jiǎn)卧⒑?jīng)緯度參數(shù)的微電腦路燈控制器軟件、照明節(jié)能控制柜調(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與監(jiān)控軟件組成。單相或三相調(diào)壓?jiǎn)卧芘c開(kāi)關(guān)燈控制器進(jìn)行通信，系統(tǒng)對(duì)外的通信接口來(lái)自開(kāi)關(guān)燈控制器的通信接口，計(jì)算機(jī)通過(guò)該接口既能與開(kāi)關(guān)燈控制器通信，也能與各相的調(diào)壓?jiǎn)卧ㄐ牛员隳軌驅(qū)ο到y(tǒng)的全部工作參數(shù)和保護(hù)參數(shù)進(jìn)行修改和監(jiān)控。在計(jì)算機(jī)端，通過(guò)含經(jīng)緯度參數(shù)的微電腦路燈控制器軟件可以監(jiān)控與修改開(kāi)關(guān)燈控制器的參數(shù)，也可以讀取各相調(diào)壓?jiǎn)卧墓ぷ鳡顟B(tài)；通過(guò)照叫節(jié)能控制柜調(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與監(jiān)控軟件可以監(jiān)控或修改各相調(diào)壓?jiǎn)卧墓ぷ鲄?shù)或保護(hù)參數(shù)
經(jīng)緯度開(kāi)關(guān)燈控制器直接根據(jù)天文算法計(jì)算天亮天黑的時(shí)間控制開(kāi)關(guān)路燈，此外，還具有光控、通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)、GPRS或CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制路燈開(kāi)關(guān)的功能；能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)回路的獨(dú)立控制：能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)方便地查看或更改相關(guān)的參數(shù)；能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)宴現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或集中監(jiān)控。
單相或三相自耦變壓器無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓調(diào)壓?jiǎn)卧鉀Q了當(dāng)前電磁技術(shù)中多燈集中控制不能帶高強(qiáng)度氣體放電燈高可靠動(dòng)態(tài)切換的技術(shù)難題，能夠確保HID燈在電壓檔位切換時(shí)不熄滅，并提高最大節(jié)能率，充分延長(zhǎng)燈具的使用壽命。同時(shí)根據(jù)照明節(jié)能的各種特殊情況，充分發(fā)揮智能產(chǎn)品的作用，各種工作參數(shù)均可以通過(guò)電腦串口或網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程方便地查看或重新設(shè)定，以適應(yīng)任何地方不同的環(huán)境或不同人員的具體需求。
7．2技術(shù)原理
7．2．1經(jīng)緯度開(kāi)關(guān)燈控制器的電路原理框圖
7．2．2采用天文算法的經(jīng)緯度開(kāi)關(guān)燈控制器的控制方式
控制器內(nèi)設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路，運(yùn)行的日期及時(shí)間與當(dāng)前實(shí)際的時(shí)間一致；利用高性能單片機(jī)作為控制器．用戶可將控制器配置為按天亮天黑時(shí)間自動(dòng)調(diào)整的方式。或配置為每天以固定時(shí)間開(kāi)關(guān)燈的方式。此外，還可以進(jìn)行光控、人工控制、網(wǎng)絡(luò)控制開(kāi)關(guān)燈，這些開(kāi)燈信號(hào)以或的關(guān)系確定最終的開(kāi)燈信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制繼電器或無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)路燈的供電同路，從而完成路燈的多功能開(kāi)關(guān)燈智能控制。當(dāng)路燈開(kāi)啟后，如果需要臨時(shí)關(guān)閉．可以在控制器上通過(guò)開(kāi)關(guān)或遠(yuǎn)程發(fā)送指令強(qiáng)制關(guān)閉開(kāi)啟的路燈。裝置內(nèi)部設(shè)置多個(gè)回路的開(kāi)關(guān)燈控制，每個(gè)回路可設(shè)置兩次開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，因此可以組合成整夜燈控制、半夜燈控制、每天兩次獨(dú)立控制的照明方案。每個(gè)回路的功能相同，因此可以控制多個(gè)回路的路燈。
開(kāi)關(guān)燈控制器采用的天文算法基于開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律和牛頓的萬(wàn)有引力定律，而不是普通的近似算法，近似算法的計(jì)算誤差較大，有時(shí)相差達(dá)10 min以上。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，該產(chǎn)品的計(jì)算誤差在100年之內(nèi)不超過(guò)3 s。
7．2．3穩(wěn)壓調(diào)壓?jiǎn)卧碾娐吩砜驁D
穩(wěn)壓調(diào)壓?jiǎn)蝺旱碾娐吩砜驁D見(jiàn)圈2
7．2．4穩(wěn)壓調(diào)壓?jiǎn)卧募夹g(shù)原理
單片機(jī)對(duì)真有效值線性采樣電路模塊檢測(cè)到的照明負(fù)載的當(dāng)時(shí)電壓和電流與設(shè)定的電壓l乜流值進(jìn)行比較，確定當(dāng)前電壓或電流是正常還是異常，若屬于正常，則計(jì)算出當(dāng)前電壓應(yīng)處的檔位，并在零點(diǎn)處給出相應(yīng)檔位的觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)電氣隔離與放大，驅(qū)動(dòng)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)切換到規(guī)定的檔位。同時(shí)，單片機(jī)還對(duì)內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算，并與設(shè)定的溫度保護(hù)值進(jìn)行比較，若電壓、電流、溫度等參數(shù)異常，則單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的故障指示信號(hào)、報(bào)警，自動(dòng)切斷輸出或?qū)⑤敵雠月罚婕与姷那闆r下，各種工作參數(shù)可以通過(guò)通信接口遠(yuǎn)程查看或重新設(shè)定。
7.3產(chǎn)品特點(diǎn)
RZM5節(jié)能產(chǎn)品系列以新型高速微處理器為核心，不斷對(duì)電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行取樣，并通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)高可靠地動(dòng)態(tài)調(diào)整輸山電壓，產(chǎn)品集成了自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈控制、人工旁路控制、自動(dòng)旁路控制、快速測(cè)試控制、電壓校調(diào)控制、狀態(tài)指示控制、自動(dòng)延時(shí)節(jié)能定時(shí)器等，具有如下特點(diǎn)：
1）高效節(jié)能RZM5系列產(chǎn)品節(jié)能率高達(dá)20％～50％。
2）自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈根據(jù)不同地點(diǎn)的經(jīng)緯度，依據(jù)地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的變化規(guī)律，利用天文算法自動(dòng)精確計(jì)算當(dāng)?shù)氐奶炝撂旌跁r(shí)間，自動(dòng)修正每天的開(kāi)燈與關(guān)燈時(shí)間，避免了靠人工修正和開(kāi)關(guān)燈控制的麻煩。
3）集成的GPS測(cè)量軟件，通過(guò)GPS接口，可以讀出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，時(shí)間等參數(shù)。
4）可以向電腦輸出任何連續(xù)若干天的丌關(guān)燈時(shí)間，讓管理人員對(duì)開(kāi)關(guān)燈時(shí)間做到心中有數(shù)。
5）采用雙重智能節(jié)能控制技術(shù)，既可以通過(guò)方便的節(jié)能檔位設(shè)定來(lái)控制節(jié)能水平，又可以保證在市電電壓大幅度波動(dòng)情況下相對(duì)穩(wěn)定照度。
6）小含相控調(diào)節(jié)電路，因而不產(chǎn)生高次諧波，并有助于抑制電網(wǎng)巾的高次諧波，屬丁典型的環(huán)保型節(jié)能產(chǎn)品。
7）有效延長(zhǎng)燈具使用壽命2倍以上，大大地降低維護(hù)費(fèi)用，減少維修工作量。
8）強(qiáng)電控制采州無(wú)觸點(diǎn)切換，通過(guò)獨(dú)特的算法保證切換準(zhǔn)確、快速、可靠、無(wú)任何電壓或電流沖擊，使產(chǎn)品的壽命和可靠性人人地提高，解決，有觸點(diǎn)切換以及某些產(chǎn)品在切換時(shí)引起的大電流沖擊和瞬時(shí)過(guò)電壓或燈熄滅的現(xiàn)象，使產(chǎn)品的壽命和可靠性大大地提高。
9）具有自動(dòng)保護(hù)和旁路自動(dòng)識(shí)別功能。
10）每相獨(dú)立調(diào)節(jié)，允許100％不平衡負(fù)載。
11）隨時(shí)監(jiān)控每相工作狀態(tài)，及時(shí)采取保護(hù)動(dòng)作或自動(dòng)旁路，大大提高了產(chǎn)品的可靠性和安全性。
12）可根據(jù)各地點(diǎn)對(duì)照度的實(shí)際需要靈活方便地設(shè)置各種工作參數(shù)。
13）能在不斷電的情況下帶負(fù)荷調(diào)整各種電壓、電流和時(shí)間等工作參數(shù)。
14）可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、集中控制，町以遠(yuǎn)程配置設(shè)備的工作參數(shù)。
15）可通過(guò)面板上手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)旁路工作。
16）各相具有聲光告警指示，便于快速維修。
17）適用所有的氣體放電燈：高壓汞燈、金屬鹵化燈、高壓鈉燈、日光燈等。
18）控制系統(tǒng)能與路燈變壓器配合使用，只需在路燈變壓器上增加幾個(gè)抽頭。
8、智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)的應(yīng)用案例
泰州市前進(jìn)機(jī)電制造有限公司針對(duì)HID燈生產(chǎn)的RZM5系列集中控制式智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)含有天文算法的多功能開(kāi)關(guān)燈控制器，采用自耦變壓器及無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行降壓與穩(wěn)壓．具有較寬范圍的降壓與穩(wěn)壓功能，在檔位切換或穩(wěn)壓過(guò)程中，能夠從一個(gè)穩(wěn)態(tài)立即過(guò)渡到另一穩(wěn)態(tài)，無(wú)瞬間過(guò)壓或電壓振蕩現(xiàn)象，電流連續(xù)且無(wú)沖擊，能夠確保HID燈不熄滅、不重啟，能自動(dòng)適應(yīng)不同類(lèi)型的HID燈或混合的HID燈負(fù)載，并且各種參數(shù)均可由用戶自已修改或查看（通過(guò)串口或有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)），完全滿足HID燈對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的要求。其產(chǎn)品已在多個(gè)城市中使用，最早在江蘇泰州市道路照明以及居民小區(qū)照明中使用的已經(jīng)有1年多，歷經(jīng)風(fēng)霜雨雪，未出現(xiàn)任何問(wèn)題，從每天的電表讀數(shù)可以看出，在不改變?cè)瓉?lái)的半夜燈和整夜燈（全夜燈）工作方式的前提下，與未使用節(jié)能控制柜相比，平均節(jié)電率達(dá)38.5%，若全部采用整夜燈工作方式，節(jié)電率將會(huì)更高。
9、結(jié)束語(yǔ)
照明節(jié)電，意義重大。建設(shè)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在《關(guān)于加強(qiáng)城市照明管理、促進(jìn)節(jié)約用電工作的意見(jiàn)》中明確指出，要大力推廣節(jié)能技術(shù)，提高電能利用效率。要以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)健康為宗旨，積極推廣綠色照明，抓好城市綠色照明示范工程，提高城市照明質(zhì)量、努力改善城市人居環(huán)境。我衷心希望大家通過(guò)各種渠道交流節(jié)能技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)、介紹好的節(jié)能產(chǎn)品，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，合作生產(chǎn)，加快城市綠色照明工作，共同為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)貢獻(xiàn)力量。
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