CN1949944A - 智能照明远程监控节电装置和节能控制方法 - Google Patents

智能照明远程监控节电装置和节能控制方法 Download PDF

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CN1949944A CNA2006100695487A CN200610069548A CN1949944A CN 1949944 A CN1949944 A CN 1949944A CN A2006100695487 A CNA2006100695487 A CN A2006100695487A CN 200610069548 A CN200610069548 A CN 200610069548A CN 1949944 A CN1949944 A CN 1949944A
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李钢
魏明
裴永君
曾毅容
李鹏
丁欣
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李钢
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Abstract

本发明涉及一种适用于室内外照明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法。本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，是由检测单元、与检测单元连接的智能控制器、以及由智能控制器分别控制的电压粗调单元、电压微调单元、电磁平衡单元、滤波补偿单元组成。本发明节电装置和控制方法，改善了已有技术的不足，是一种综合的照明节电装置，具有针对不同光源的电压优化功能，通过自动升降压进行实现稳压的功能，自动平衡三相电压的功能，动态滤波补偿的功能以及无线远程监控的功能，是一种稳定可靠的高效的免维护节电装置。

Description

智能照明远程监控节电装置和节能控制方法
(一)所属技术领域
本发明涉及一种适用于室内外照明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法。
(二)背景技术
随着我国城市化建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源及调控设备得到了空前的发展，当然，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧急和电费的上涨，照明节能降耗将越来越受到广泛重视。同时，照明线路一般都采用三相供电，单相的照明设备往往不会均衡的连接于电网，因此便会产生三相不平衡，电压波动大的现象。目前，公知技术中的照明节电装置主要有两种。一种是采用可控硅进行斩波控制来实现节电，其不足之处是会产生谐波，干扰电网和其它的电器设备，同时也产生光能之外的电能损失；另一种是自藕变压器降压节电，通常采用固定抽头调节和接触器调节抽头的方法实现降压节电，但目前技术仍存在抽头切换出现闪断电问题，会导致于气体放电灯等的瞬间熄灭。由于目前的照明节电装置功能单一，损耗大，节能效果差，可靠性差，科技含量低，又往往以降低照明光源的寿命作为代价，因此，人们对照明节电产生了误解，认为安装节电装置弊大于利。
(三)发明内容
本发明的目的在于：针对已有技术的不足，提出一种设计合理，稳定可靠，节能效果好，免维护的综合的智能照明远程监控节电装置及节能控制方法。
本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，是由检测单元、与检测单元连接的智能控制器、以及由智能控制器分别控制的电压粗调单元、电压微调单元、电磁平衡单元、滤波补偿单元组成；
检测单元连接于电网，通过屏蔽电缆与智能控制器连接；滤波补偿单元并联于电网，由智能控制器的I/O端口与其连接进行控制；调压粗调单元与调压微调单元与电网串联，由智能控制器的I/O端口进行控制；
所述的电压粗调单元由三组铁芯和粗调线圈组成，粗调线圈有多个端子，分别接电源输入端和负载输出，根据电网运行参数，由智能控制器决定其中一组接通，进行升降压及升降压幅度的控制；
所述的电压微调单元由三组缠绕在所述铁芯上的微调线圈组成，微调线圈有多个输出控制端，正常运行时智能控制器控制输出端与中性线的通断，进行升降压的微调，所述输出控制端之间的切换，采用在切换回路串联自复式熔丝的方式；
所述的电磁平衡单元由三组缠绕在所述铁芯的谐波抑制线圈与互感器组成，互感器连接于电压粗调单元的负载输出端上；三组电磁平衡单元首尾相连，串联接成三角形；实现了谐波的抑制以及三相电压的平衡，降低损耗，清洁电网，改善电能质量；
滤波补偿单元是由相串联的补偿电容器和谐波抑制电抗器组成，在常规电容补偿技术的基础上，串入谐波抑制电抗器，用来抑制谐波干扰，减少谐波附加损耗，达到提高功因数，改善电网品质的要求。
上述本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，为了实现远程控制，所述的节电装置还包括有一个与智能控制器连接的远程监控终端，远程监控终端由一个无线GSM模块和一个单片机为核心的监控单元组成，通过GSM网络，在远程上位机上可以方便的读取所述控制器的开关量的开关状态、模拟量的数值(如现场的温湿度等)，并控制开关量的接通与断开、设定模拟量输出值，实现无线远程监控的功能。
上述本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，所述的检测单元由电能质量采集模块组成，实时采集电网的各项运行参数，传送到所述的智能控制器。
上述本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，所述的智能控制器由DSP芯片作为高速处理器，实时处理电网运行参数，分析比较，输出控制信号，实现对的动态控制。
上述本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，更优选的方案为：所述的粗调线圈有四组端子，所述的微调线圈有五个输出控制端。
上述本发明的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法为：
节电装置接收到操作人给定的节能启动信号后，自动采集系统电网的各项参数，由智能控制器进行处理分析，确定需要升压或降压。
电压粗调单元的输入输出控制端决定本节电装置的升压及升压幅度、降压和降压幅度，根据采集的电网参数，智能控制器根据照明光源的不同，优化分析，确定适合的最优工作电压，计算出升压粗调量或降压粗调量，控制电压粗调单元的输入输出控制端自动接通，为保证稳定运行，粗调控制端一旦接通，不可带电切换。粗调控制决定后，根据优化结果，可计算出升压微调量或降压微调量，来控制电压微调单元的输出控制端。上电后，电网参数的波动，一般通过电压微调单元进行调整，进行自动升降压实现稳压。
智能控制器采用先进的DSP技术，高速处理采集的电压电流参数，进行有功功率、无功功率、视在功率、电压谐波、电流谐波和功率因数等数据的分析记录。若装置的功率因数低于0.9，谐波含量超过国家公用电网谐波标准，智能控制器自动投切滤波补偿单元进行动态补偿滤波，以保证保证功率因数在0.9以上，谐波含量满足《电能质量公用电网谐波》GB/T 14549-93的要求，为照明设备提供稳定可靠的运行环境。
本节电装置中引入的电磁平衡单元，由谐波抑制线圈与互感器串联，三组串联接成三角形，三次谐波在谐波抑制线圈中感应出三次谐波电势，在三角形中产生三次谐波电流，此电流产生的反向三次谐波磁通，消减了原三次谐波的磁通，使磁通波形及感应电势波形都接近于正弦波，从而改善了输出电压，纠正畸变的波形。单相的照明设备往往会造成电压的三相不平衡，本节电装置的互感器接在节电装置的三相负载输出端上上，通过电磁感应自动平衡三相，经实验，效果明显。
具体控制程序为：
a)照明设备启动信号；
b)节能直通选择；
c)电压电流参数采集
d)由(3)采集参数，决定升压或降压
e)由(2)(4)做出节能降压选择，根据(3)采集参数，分析处理，确定粗调量和微调量，决定电压粗调单元和微调单元的控制端；
f)由(2)(4)做出节能升压选择，根据(3)采集参数，分析处理，确定粗调量和微调量，决定电压粗调单元和微调单元的控制端；
g)根据(3)采集参数，分析处理，确定谐波量和功率因数，与规定值比较，决定投切滤波补偿单元；
h)由(2)做出直通选择，即不采用本节能装置，常规运行。
本发明节电装置和控制方法，改善了已有技术的不足，是一种综合的照明节电装置，具有针对不同光源的电压优化功能，通过自动升降压进行实现稳压的功能，自动平衡三相电压的功能，动态滤波补偿的功能以及无线远程监控的功能，是一种稳定可靠的高效的免维护节电装置。
(四)附图说明
图1是本节电装置各组成部分电气原理图。
图2是本节电装置所涉及线圈位置示意图。
图3是电磁平衡单元的等效电路图。
图4是本发明的结构方框图。
图5是本发明的控制程序流程图。
图中，1电源、2智能控制器、3检测单元、4滤波补偿单元、5远程监控终端、6电压粗调单元、7电压微调单元、8电磁平衡单元。
(五)具体实施方式
本发明的智能照明节电装置和控制流程图如图1-图5所示。是由检测单元3、智能控制器2、电压粗调单元6、电压微调单元7、电磁平衡单元8、滤波补偿单元4和远程监控终端5组成。检测单元1连接于电网，通过屏蔽电缆与智能控制器2连接；智能控制器2通过串口与远程监控终端5连接；滤波补偿单元4并联于电网，由智能控制器2的I/O端口与其连接进行控制；调压粗调单元6与调压微调单元7与电网串联，由智能控制器2的I/O端口进行控制。
1.电压粗调单元6由三组铁芯和粗调线圈组成，粗调线圈有四组端子，其中分别接电源输入端和负载输出，根据电网运行参数，由智能控制器决定其中一组接通，进行升降压及升降压幅度的控制；
2.电压微调单元7由三组缠绕在所述的铁芯上的微调线圈组成，微调线圈有五个输出控制端，正常运行时智能控制器控制输出端与中性线的通断，进行升降压的微调。所述输出控制端之间的切换，采用在切换回路串联自复式熔丝的方式，可实现平稳切换，不会对负载产生影响。
3.电磁平衡单元8由由缠绕在所述铁芯的三组谐波抑制线圈与互感器组成，互感器连接于电压粗调单元的负载输出端上，谐波抑制线圈与互感器串联，三组首尾相接，构成三角形联接，实现了谐波的抑制以及三相电压的平衡，降低损耗，清洁电网，改善电能质量。
4.滤波补偿单元4是由相串联的补偿电容器和谐波抑制电抗器组成，滤波补偿单元并联于电网，该电路在常规电容补偿技术的基础上，串入谐波抑制电抗器，用来抑制谐波干扰，减少谐波附加损耗，达到提高功因数，改善电网品质的要求。
5.检测单元3由电能质量采集模块组成，实时采集电网的各项运行参数，传送到智能控制器2。
6.智能控制器2由DSP芯片作为高速处理器，实时处理电网运行参数，分析比较，输出控制信号，实现对调压单元和滤波补偿单元的动态控制。
7.无线远程监控终端5由一个无线GSM模块和一个单片机为核心的监控单元组成，通过GSM网络，在远程上位机上可以方便的读取所述控制器的开关量的开关状态、模拟量的数值(如现场的温湿度等)，并控制开关量的接通与断开、设定模拟量输出值。
智能照明远程监控节电装置的节能控制方法为：
节电装置接收到操作人给定的节能启动信号后，自动采集系统电网的各项参数，由智能控制器进行处理分析，确定需要升压或降压。
电压粗调单元的输入输出控制端决定本节电装置的升压及升压幅度、降压和降压幅度，根据采集的电网参数，智能控制器根据照明光源的不同，优化分析，确定适合的最优工作电压，计算出升压粗调量或降压粗调量，控制电压粗调单元的输入输出控制端自动接通，为保证稳定运行，粗调控制端一旦接通，不可带电切换。粗调控制决定后，根据优化结果，可计算出升压微调量或降压微调量，来控制电压微调单元的输出控制端。上电后，电网参数的波动，一般通过电压微调单元进行调整，进行自动升降压实现稳压。
智能控制器采用先进的DSP技术，高速处理采集的电压电流参数，进行有功功率、无功功率、视在功率、电压谐波、电流谐波和功率因数等数据的分析记录。若装置的功率因数低于0.9，谐波含量超过国家公用电网谐波标准，智能控制器自动投切滤波补偿单元进行动态补偿滤波，以保证保证功率因数在0.9以上，谐波含量满足《电能质量公用电网谐波》GB/T 14549-93的要求，为照明设备提供稳定可靠的运行环境。
本节电装置中引入的电磁平衡单元，由谐波抑制线圈与互感器串联，三组串联接成三角形，三次谐波在谐波抑制线圈中感应出三次谐波电势，在三角形中产生三次谐波电流，此电流产生的反向三次谐波磁通，消减了原三次谐波的磁通，使磁通波形及感应电势波形都接近于正弦波，从而改善了输出电压，纠正畸变的波形。单相的照明设备往往会造成电压的三相不平衡，本节电装置的互感器接在节电装置的三相负载输出端上上，通过电磁感应自动平衡三相，经实验，效果明显。
具体控制程序为：
a)照明设备启动信号；
b)节能直通选择；
c)电压电流参数采集
d)由(3)采集参数，决定升压或降压
e)由(2)(4)做出节能降压选择，根据(3)采集参数，分析处理，确定粗调量和微调量，决定电压粗调单元和微调单元的控制端；
f)由(2)(4)做出节能升压选择，根据(3)采集参数，分析处理，确定粗调量和微调量，决定电压粗调单元和微调单元的控制端；
g)根据(3)采集参数，分析处理，确定谐波量和功率因数，与规定值比较，决定投切滤波补偿单元；
h)由(2)做出直通选择，即不采用本节能装置，常规运行。

Claims (6)

1.一种智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，其特征在于：
是由检测单元(3)、与检测单元连接的智能控制器(2)、以及由智能控制器分别控制的电压粗调单元(6)、电压微调单元(7)、电磁平衡单元(8)、滤波补偿单元(4)组成；
检测单元连接于电网，通过屏蔽电缆与智能控制器连接；滤波补偿单元并联于电网，由智能控制器的I/O端口与其连接进行控制；调压粗调单元与调压微调单元与电网串联，由智能控制器的I/O端口进行控制；
所述的电压粗调单元(6)由三组铁芯和粗调线圈组成，粗调线圈有多个端子，分别接电源输入端和负载输出，根据电网运行参数，由智能控制器决定其中一组接通，进行升降压及升降压幅度的控制；
所述的电压微调单元(7)由三组缠绕在所述铁芯上的微调线圈组成，微调线圈有多个输出控制端，正常运行时智能控制器控制输出端与中性线的通断，进行升降压的微调，所述输出控制端之间的切换，采用在切换回路串联自复式熔丝的方式；
所述的电磁平衡单元(8)由三组缠绕在所述铁芯的谐波抑制线圈与互感器组成，互感器连接于电压粗调单元的负载输出端上；三组电磁平衡单元首尾相连，串联接成三角形；
滤波补偿单元(4)是由相串联的补偿电容器和谐波抑制电抗器组成。
2.如权利要求书1所述的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，其特征在于：所述的节电装置还包括有一个与智能控制器连接的远程监控终端(5)，远程监控终端(5)由一个无线GSM模块和一个单片机为核心的监控单元组成。
3.如权利要求书1或2所述的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，其特征在于：所述的检测单元由电能质量采集模块组成。
4.如权利要求书1或2所述的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，其特征在于：所述的智能控制器由DSP芯片作为高速处理器。
5.如权利要求书1或2所述的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，其特征在于：所述的粗调线圈有四组端子，所述的微调线圈有五个输出控制端。
6.如权利要求书1所述的智能照明远程监控节电装置和节能控制方法，其特征在于，按照以下具体控制程序：
(1)照明设备启动信号；
(2)节能或直通选择；
(3)电压电流参数采集；
(4)由(3)采集参数，决定升压或降压；
(5)由(2)(4)做出节能降压选择，根据(3)采集参数，分析处理，确定粗调量和微调量，决定电压粗调单元和微调单元的控制端；
(6)由(2)(4)做出节能升压选择，根据(3)采集参数，分析处理，确定粗调量和微调量，决定电压粗调单元和微调单元的控制端；
(7)根据(3)采集参数，分析处理，确定谐波量和功率因数，与规定值比较，决定投切滤波补偿单元；
(8)由(2)做出直通选择，常规运行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102457063A (zh) * 2010-10-18 2012-05-16 环宝节能科技股份有限公司 电力品质控制系统装置
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070418