CN104066257A - 公共照明用直流集中供电调光系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力调控设备技术领域，具体地说是一种公共照明用直流集中供电调光系统及方法，其特征在于设有交流电输入单元、AC/DC转换单元、监控单元、直流电输出单元，本发明与现有技术相比，特别适用于公共场所照明用、降低照明系统的能耗，提高灯具的使用寿命，减少照明系统的日常维护成本，并可使照明系统配电三相负载均衡。
Description
技术领域：
本发明涉及电力调控设备技术领域，具体地说是一种特别适用于公共场所照明用、能够降低照明系统的能耗，提高灯具的使用寿命，减少照明系统的日常维护成本，并可使照明系统配电三相负载均衡的公共照明用直流集中供电调光系统及方法。
背景技术：
公共照明比如道路照明、公园照明、广场照明、以及楼堂馆所公用部分照明以及景观亮化等，其作为城市中密度最大、数量最多的公用设施之一，关系到道路交通安全、百姓生活便利和城市美化，并成为现代城市景观和百姓日常生活的重要组成部分。在公用照明体系中推行直流供电——集中调光系统，对于节能减排，减少无效照明，节约电能具有重要的意义。
一般来说，公共照明系统的供电网络是相对独立的，而且负载较为单一，比较适合直流供电技术的应用。相比较交流供电，直流供电具有多方面的潜在优势，效率更高，其主要体现在以下几个方面：(1)在直流输配电系统中，没有因传递无功功率引起的网络损耗，也没有因集肤效应产生的损耗，具有远低于交流输配电的线路损耗；(2)没有频率稳定、无功功率和交流充电电流等问题；(3)直流配电网还具有电能配送能力强、供电半径大、可提高电能质量、易于实现分布式电源互联等优点；(4)可解决公用照明系统常见的三相负载不均衡问题。
另外，随着LED光源技术日臻成熟，LED灯具应用越来越广泛。但是LED灯具电源驱动部分的使用寿命远低于LED光源本身的使用寿命，差不多是其1/2到1/3。以LED路灯为例，LED灯具的故障90％以上发生在电源驱动器AC/DC转换部分。
公共照明目前广泛存在过度照明和照明无效能耗大的现象。往往夜深人静时，被照明场所空无一人，却灯火通明，浪费了大量电能。以城市道路照明为例，针对这种情况，很多地方都在执行“半夜灯，隔盏亮”模式，但此举造成路面亮度不均匀，容易引起人视觉疲劳，诱发事故，也违背现行的道路照明规范要求。
发明内容：
本发明针对目前公共照明系统存在的问题，提出一种特别适用于公共场所照明用、降低照明系统的能耗，提高灯具的使用寿命，减少照明系统的日常维护成本，并可使照明系统配电三相负载均衡的公共照明用直流集中供电调光系统及方法。
本发明采用如下技术方案达到：
一种公共照明用直流集中供电调光系统，其特征在于包含交流电输入单元，AC/DC转换单元、直流电输出单元、以及监控单元，其中交流电输入单元设有变压器、低压隔离开关、交流断路器、交流电流互感器、交流接触器，变压器的一次侧连接外部输入的10KV三相交流电源，二次侧输出0.4KV三相交流电源，连接低压隔离开关输入端，低压隔离开关的输出端连接空气开关的输入端，空气开关的输出端穿过交流电流互感器连接交流接触器的输入端；
AC/DC转换单元的输入端与交流接触器输出端连接，输出端连接直流配电母线；AC/DC转换单元设有至少一块AC/DC转换器件，AC/DC转换器件的通讯端口与监控单元连接，用以传送AC/DC电源的运行参数和接收监控单元的控制指令；
直流电输出单元设有直流配电母线、直流接触器、直流电流互感器和直流短路保护开关，直流母线经直流接触器分成至少一个直流支路。直流接触器的输入端与直流配电母线连接，输出端经过直流电流互感器与直流短路保护开关输入端连接，直流短路保护开关的输出经电缆为直流负载供电；
监控单元用于检测系统工作状态及运行参数，并控制系统的运行，设有交流电压检测端口、交流电流检测端口、直流电流检测端口、交流接触器控制端口、直流接触器控制端口、通讯模块、调光模块，交流电压检测端口连接交流断路器的输出端，其中交流电流检测端口连接交流互感器的二次侧输出端，直流电流检测端口连接直流互感器的二次测输出端，交流接触器控制端口连接交流接触器控制线圈，直流接触器控制端口连接直流接触器控制线圈；监控单元的工作电源建议从隔离开关输出端经单独的断路器引入；
通讯模块负责接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备(比如监控中心服务器、指定手机等)传送系统的实时状态以及检测的数据；
调光模块根据系统的需要，产生调光指令并发送给的负载可调光驱动器，可调光驱动器按照接收到的调光指令调节输出电流的大小，控制负载的输出功率。
本发明的交流电输入单元，也可不包含电力变压器，直接从外部引入380V三相四线交流电源作为系统的输入；
一种公共照明用直流集中供电调光方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：低压隔离开关闭合，低压断路器闭合，监控单元工作电源接入，系统处于待机状态；
步骤2：系统待机状态下，监控单元监测系统状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤3：系统监测是否有开灯命令，若没有，则系统继续保持待机状态，若有开灯命令，则执行下一步骤，开灯命令是由系统满足预先设定好的开灯条件产生；
步骤4：交流接触器吸合，使交流电源供入AC/DC转换单元，并执行下一步骤；
步骤5：系统监测AC/DC转换单元工作是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，关断交流接触器，停止开灯程序，并发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤6：直流接触器吸合，使直流配电支路有直流电源输出，并执行下一步骤；
步骤7：亮灯运行，并执行下一步骤；
步骤8：在系统亮灯运行状态下，系统监测亮灯运行状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则系统根据不正常现象类别的不同，按照预先设定好的程序作相应的处理，同时发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤9：系统监测是否有调光命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则执行步骤12；调光命令可以是程序预先设定，也可是外部指令；
步骤10：系统通过监控单元的调光模块发送调光信号给负载的可调光驱动器，并执行下一步骤；
步骤11：系统监测调光命令执行情况，若已执行，则回到步骤7，若未执行，或者执行不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤12：系统监测是否有关灯命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则返回到步骤七；
步骤13：断开直流接触器，系统灭灯，延时，执行下一步骤；
步骤14：断开交流接触器，系统重新回到步骤1待机状态。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)降低照明系统的能耗。本发明通过两个途径来降低照明系统能耗，一是通过直流供电减少输电环节的电能损耗；二是根据实际照明需要，利用本发明按需对灯具进行调光，节约电能；(2)提高灯具的使用寿命。由于易损坏的AC/DC部件集中在AC/DC变换控制单元，灯具驱动电源的寿命能够得到大幅度提高，从而提高灯具的使用寿命；(3)减少照明系统的日常维护成本。由于灯具寿命的提高，照明系统的维护量大幅降低，从而减少公用照明系统的日常维护成本；(4)另外还可使照明系统配电三相负载平衡。本发明可以均衡分配三相负载，减少对交流电网的污染。
附图说明：
附图1是本发明的一种实施方式系统框图。
附图2是本发明的工作流程图。
附图标记：交流电输入单元1、AC/DC转换单元2、监控单元3、直流电输出单元4、调光单元5、通讯模块6、T为变压器、QS为低压隔离开关、QF1/QF2/QF3为断路器、TA/TB/TC为交流电流互感器、KM为交流接触器、DC+/DC-为直流母线、DKMx为直流接触器、DTAx为直流电流互感器、PE为交流安全线、DPE为直流安全线。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如附图1所示，给出了本发明的一个具体应用案例，其特征在于设有交流电输入单元1、AC/DC转换单元2、监控单元3、直流电输出单元4，其中
交流电输入单元设有电力变压器T、低压隔离开关QS、交流断路器QF1/QF2/QF3、交流电流互感器TA/TB/TC、交流接触器KM，变压器T的一次侧连接外部输入的10KV三相交流电源，二次侧输出0.4KV三相交流电源，连接低压隔离开关QS输入端，QS的输出端分别连接断路器QF1/QF2/QF3的输入端，断路器QF1的输出端经过交流电流互感器TA/TB/TC连接交流接触器KM的输入端，QF2的输出端连接监控单元的工作电源输入端口，QF3作为备用；
AC/DC转换单元的输入端与KM输出端连接，输出端连接直流配电母线DC+/DC-；AC/DC转换单元设有至少一块AC/DC转换器件，AC/DC转换器件的通讯端口与监控单元连接，用以传送AC/DC电源的运行参数和接收监控单元的控制指令；
直流电输出单元设有直流配电母线DC+/DC-、直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4、直流电流互感器DTA1/DTA2/DTA3/DTA4和直流短路保护开关，直流母线分别经直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4分成四个直流支路。直流接触器的输入端与直流配电母线连接，输出端经过直流电流互感器与直流短路保护开关输入端连接，直流短路保护开关的输出经电缆为直流负载供电；
监控单元的作用是检测系统工作状态及运行参数，并控制系统的运行。设有交流电压检测端口Ua/Ub/Uc、交流电流检测端口Ia/Ib/Ic、直流电流检测端口DI1/DI2/DI3/DI4、交流接触器控制端口K、直流接触器控制端口DK1/DK2/DK3/DK4、通讯模块和调光模块，Ua/Ub/Uc连接交流断路器QF1的输出端，Ia/Ib/Ic分别连接交流互感器TA/TB/TC的二次侧输出端，DI1/DI2/DI3/DI4分别连接直流互感器DTA1/DTA2/DTA3/DTA4的二次侧输出端，K连接交流接触器KM控制线圈，DK1/DK2/DK3/DK4连接直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4控制线圈；监控单元的工作电源L/N经断路器QF2单独引入；
通讯模块负责接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备(比如监控中心服务器、指定手机等)传送系统的实时状态以及检测的数据；
调光模块根据系统的需要，产生调光指令并发送给的负载可调光驱动器，可调光驱动器按照接收到的调光指令调节输出电流的大小，控制负载的输出功率。
本实施例中照明系统采用的是一路交流输入，四支路直流输出的案例，QF3的输出端可经电缆与其它交流负载连接，提供交流电源。
如附图2所示，本发明还提出一种公共照明用直流集中供电调光方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：低压隔离开关闭合，低压断路器闭合，监控单元工作电源接入，系统处于待机状态。
步骤2：系统待机状态下，监控单元监测系统状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤3：系统监测是否有开灯命令，若没有，则系统继续保持待机状态，若有开灯命令，则执行下一步骤。开灯命令是由系统满足预先设定好的开灯条件产生；
步骤4：交流接触器吸合，使交流电源供入AC/DC转换单元，并执行下一步骤；
步骤5：系统监测AC/DC转换单元工作是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，关断交流接触器，停止开灯程序，并发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤6：直流接触器吸合，使直流配电支路有直流电源输出，并执行下一步骤；
步骤7：亮灯运行，并执行下一步骤；
步骤8：在系统亮灯运行状态下，系统监测亮灯运行状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则系统根据不正常现象类别的不同，按照预先设定好的程序作相应的处理，同时发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤9：系统监测是否有调光命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则执行步骤12；
步骤10：系统通过监控单元的调光模块发送调光信号给负载的可调光驱动器，并执行下一步骤；
步骤11：系统监测调光命令执行情况，若已执行，则回到步骤7，若未执行，或者执行不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤12：系统监测是否有关灯命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则返回到步骤七；
步骤13：断开直流接触器，系统灭灯，延时，执行下一步骤；
步骤14：断开交流接触器，系统重新回到步骤1待机状态。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)降低照明系统的能耗。本发明通过两个途径来降低照明系统能耗，一是通过直流供电减少输电环节的电能损耗；二是根据实际照明需要，利用本发明按需对灯具进行调光，节约电能；(2)提高灯具的使用寿命。由于易损坏的AC/DC部件集中在AC/DC变换控制单元，灯具驱动电源的寿命能够得到大幅度提高，从而提高灯具的使用寿命；(3)减少照明系统的日常维护成本。由于灯具寿命的提高，照明系统的维护量大幅降低，从而减少公用照明系统的日常维护成本；(4)另外还可使照明系统配电三相负载平衡。本发明可以均衡分配三相负载，减少对交流电网的污染。
Claims (4)
1.一种公共照明用直流集中供电调光系统，其特征在于包含交流电输入单元，AC/DC转换单元、直流电输出单元、以及监控单元，其中所述交流电输入单元设有变压器、低压隔离开关、交流断路器、交流电流互感器、交流接触器，变压器的一次侧连接外部输入的10KV三相交流电源，二次侧输出0.4KV三相交流电源，连接低压隔离开关输入端，低压隔离开关的输出端连接空气开关的输入端，空气开关的输出端穿过交流电流互感器连接交流接触器的输入端；
所述AC/DC转换单元的输入端与交流接触器输出端连接，输出端连接直流配电母线；AC/DC转换单元设有至少一块AC/DC转换器件，AC/DC转换器件的通讯端口与监控单元连接，用以传送AC/DC电源的运行参数和接收监控单元的控制指令；
所述直流电输出单元设有直流配电母线、直流接触器、直流电流互感器和直流短路保护开关，直流母线经直流接触器分成至少一个直流支路。直流接触器的输入端与直流配电母线连接，输出端经过直流电流互感器与直流短路保护开关输入端连接，直流短路保护开关的输出经电缆为直流负载供电；
所述监控单元设有交流电压检测端口、交流电流检测端口、直流电流检测端口、交流接触器控制端口、直流接触器控制端口、通讯模块、调光模块，交流电压检测端口连接交流断路器的输出端，交流电流检测端口连接交流互感器的二次侧输出端，直流电流检测端口连接直流互感器的二次测输出端，交流接触器控制端口连接交流接触器控制线 圈，直流接触器控制端口连接直流接触器控制线圈；监控单元的工作电源从隔离开关输出端经单独的断路器引入。
2.根据权利要求1所述的一种公共照明用直流集中供电调光系统，其特征在于直接从外部引入380V三相四线交流电源作为系统的输入。
3.根据权利要求1所述的一种公共照明用直流集中供电调光系统，其特征在于通过照明用控制箱、控制柜、箱变等形式实现。
4.一种公共照明用直流集中供电调光方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：低压隔离开关闭合，低压断路器闭合，监控单元工作电源接入，系统处于待机状态；
步骤2：系统待机状态下，监控单元监测系统状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤3：系统监测是否有开灯命令，若没有，则系统继续保持待机状态，若有开灯命令，则执行下一步骤。开灯命令是由系统满足预先设定好的开灯条件产生；
步骤4：交流接触器吸合，使交流电源供入AC/DC转换单元，并执行下一步骤；
步骤5：系统监测AC/DC转换单元工作是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，关断交流接触器，停止开灯程序，并发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或 设备；
步骤6：直流接触器吸合，使直流配电支路有直流电源输出，并执行下一步骤；
步骤7：亮灯运行，并执行下一步骤；
步骤8：在系统亮灯运行状态下，系统监测亮灯运行状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则系统根据不正常现象类别的不同，按照预先设定好的程序作相应的处理，同时发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤9：系统监测是否有调光命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则执行步骤12；
步骤10：系统通过监控单元的调光模块发送调光信号给负载的可调光驱动器，并执行下一步骤；
步骤11：系统监测调光命令执行情况，若已执行，则回到步骤7，若未执行，或者执行不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
步骤12：系统监测是否有关灯命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则返回到步骤七；
步骤13：断开直流接触器，系统灭灯，延时，执行下一步骤；
步骤14：断开交流接触器，系统重新回到步骤1待机状态。
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