公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力調控設備【技術領域】，具體地說是一種公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)及方法，其特征在于設有交流電輸入單元、AC/DC轉換單元、監(jiān)控單元、直流電輸出單元，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，特別適用于公共場所照明用、降低照明系統(tǒng)的能耗，提高燈具的使用壽命，減少照明系統(tǒng)的日常維護成本，并可使照明系統(tǒng)配電三相負載均衡。
【專利說明】公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)及方法
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明涉及電力調控設備【技術領域】，具體地說是一種特別適用于公共場所照明 用、能夠降低照明系統(tǒng)的能耗，提高燈具的使用壽命，減少照明系統(tǒng)的日常維護成本，并可 使照明系統(tǒng)配電三相負載均衡的公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)及方法。
【背景技術】：
[0002] 公共照明比如道路照明、公園照明、廣場照明、以及樓堂館所公用部分照明以及景 觀亮化等，其作為城市中密度最大、數(shù)量最多的公用設施之一，關系到道路交通安全、百姓 生活便利和城市美化，并成為現(xiàn)代城市景觀和百姓日常生活的重要組成部分。在公用照明 體系中推行直流供電--集中調光系統(tǒng)，對于節(jié)能減排，減少無效照明，節(jié)約電能具有重要 的意義。
[0003] -般來說，公共照明系統(tǒng)的供電網絡是相對獨立的，而且負載較為單一，比較適合 直流供電技術的應用。相比較交流供電，直流供電具有多方面的潛在優(yōu)勢，效率更高，其主 要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1)在直流輸配電系統(tǒng)中，沒有因傳遞無功功率引起的網絡損耗， 也沒有因集膚效應產生的損耗，具有遠低于交流輸配電的線路損耗；(2)沒有頻率穩(wěn)定、無 功功率和交流充電電流等問題；（3)直流配電網還具有電能配送能力強、供電半徑大、可提 高電能質量、易于實現(xiàn)分布式電源互聯(lián)等優(yōu)點；（4)可解決公用照明系統(tǒng)常見的三相負載 不均衡問題。
[0004] 另外，隨著LED光源技術日臻成熟，LED燈具應用越來越廣泛。但是LED燈具電源 驅動部分的使用壽命遠低于LED光源本身的使用壽命，差不多是其1/2到1/3。以LED路燈 為例，LED燈具的故障90%以上發(fā)生在電源驅動器AC/DC轉換部分。
[0005] 公共照明目前廣泛存在過度照明和照明無效能耗大的現(xiàn)象。往往夜深人靜時，被 照明場所空無一人，卻燈火通明，浪費了大量電能。以城市道路照明為例，針對這種情況， 很多地方都在執(zhí)行"半夜燈，隔盞亮"模式，但此舉造成路面亮度不均勻，容易引起人視覺疲 勞，誘發(fā)事故，也違背現(xiàn)行的道路照明規(guī)范要求。
【發(fā)明內容】
：
[0006] 本發(fā)明針對目前公共照明系統(tǒng)存在的問題，提出一種特別適用于公共場所照明 用、降低照明系統(tǒng)的能耗，提高燈具的使用壽命，減少照明系統(tǒng)的日常維護成本，并可使照 明系統(tǒng)配電三相負載均衡的公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)及方法。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術方案達到：
[0008] -種公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)，其特征在于包含交流電輸入單元，AC/DC 轉換單元、直流電輸出單元、以及監(jiān)控單元，其中交流電輸入單元設有變壓器、低壓隔離開 關、交流斷路器、交流電流互感器、交流接觸器，變壓器的一次側連接外部輸入的10KV三相 交流電源，二次側輸出0.4KV三相交流電源，連接低壓隔離開關輸入端，低壓隔離開關的輸 出端連接空氣開關的輸入端，空氣開關的輸出端穿過交流電流互感器連接交流接觸器的輸 入端；
[0009] AC/DC轉換單元的輸入端與交流接觸器輸出端連接，輸出端連接直流配電母線； AC/DC轉換單元設有至少一塊AC/DC轉換器件，AC/DC轉換器件的通訊端口與監(jiān)控單元連 接，用以傳送AC/DC電源的運行參數(shù)和接收監(jiān)控單元的控制指令；
[0010] 直流電輸出單元設有直流配電母線、直流接觸器、直流電流互感器和直流短路保 護開關，直流母線經直流接觸器分成至少一個直流支路。直流接觸器的輸入端與直流配電 母線連接，輸出端經過直流電流互感器與直流短路保護開關輸入端連接，直流短路保護開 關的輸出經電纜為直流負載供電；
[0011] 監(jiān)控單元用于檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)及運行參數(shù)，并控制系統(tǒng)的運行，設有交流電壓 檢測端口、交流電流檢測端口、直流電流檢測端口、交流接觸器控制端口、直流接觸器控制 端口、通訊模塊、調光模塊，交流電壓檢測端口連接交流斷路器的輸出端，其中交流電流檢 測端口連接交流互感器的二次側輸出端，直流電流檢測端口連接直流互感器的二次測輸出 端，交流接觸器控制端口連接交流接觸器控制線圈，直流接觸器控制端口連接直流接觸器 控制線圈；監(jiān)控單元的工作電源建議從隔離開關輸出端經單獨的斷路器引入；
[0012] 通訊模塊負責接收外界傳送給系統(tǒng)的指令，以及向外界指定系統(tǒng)或設備（比如監(jiān) 控中心服務器、指定手機等）傳送系統(tǒng)的實時狀態(tài)以及檢測的數(shù)據；
[0013] 調光模塊根據系統(tǒng)的需要，產生調光指令并發(fā)送給的負載可調光驅動器，可調光 驅動器按照接收到的調光指令調節(jié)輸出電流的大小，控制負載的輸出功率。
[0014] 本發(fā)明的交流電輸入單元，也可不包含電力變壓器，直接從外部引入380V三相四 線交流電源作為系統(tǒng)的輸入；
[0015] 一種公共照明用直流集中供電調光方法，其特征在于包括以下步驟：
[0016] 步驟1 :低壓隔離開關閉合，低壓斷路器閉合，監(jiān)控單元工作電源接入，系統(tǒng)處于 待機狀態(tài)；
[0017] 步驟2 :系統(tǒng)待機狀態(tài)下，監(jiān)控單元監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，若正常，執(zhí)行下一步 驟，若不正常，則發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指 定系統(tǒng)或設備；
[0018] 步驟3 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有開燈命令，若沒有，則系統(tǒng)繼續(xù)保持待機狀態(tài)，若有開燈 命令，則執(zhí)行下一步驟，開燈命令是由系統(tǒng)滿足預先設定好的開燈條件產生；
[0019] 步驟4 :交流接觸器吸合，使交流電源供入AC/DC轉換單元，并執(zhí)行下一步驟；
[0020] 步驟5 :系統(tǒng)監(jiān)測AC/DC轉換單元工作是否正常，若正常，執(zhí)行下一步驟，若不正 常，關斷交流接觸器，停止開燈程序，并發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過 通訊模塊發(fā)布到外界指定系統(tǒng)或設備；
[0021] 步驟6 :直流接觸器吸合，使直流配電支路有直流電源輸出，并執(zhí)行下一步驟；
[0022] 步驟7 :亮燈運行，并執(zhí)行下一步驟；
[0023] 步驟8 :在系統(tǒng)亮燈運行狀態(tài)下，系統(tǒng)監(jiān)測亮燈運行狀態(tài)是否正常，若正常，執(zhí)行 下一步驟，若不正常，則系統(tǒng)根據不正常現(xiàn)象類別的不同，按照預先設定好的程序作相應的 處理，同時發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定系 統(tǒng)或設備；
[0024] 步驟9 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有調光命令，若有，則執(zhí)行下一步驟，若沒有，則執(zhí)行步驟 12 ;調光命令可以是程序預先設定，也可是外部指令；
[0025] 步驟10 :系統(tǒng)通過監(jiān)控單元的調光模塊發(fā)送調光信號給負載的可調光驅動器，并 執(zhí)行下一步驟；
[0026] 步驟11 :系統(tǒng)監(jiān)測調光命令執(zhí)行情況，若已執(zhí)行，則回到步驟7,若未執(zhí)行，或者執(zhí) 行不正常，則發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定 系統(tǒng)或設備；
[0027] 步驟12 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有關燈命令，若有，則執(zhí)行下一步驟，若沒有，則返回到步 驟七；
[0028] 步驟13 :斷開直流接觸器，系統(tǒng)滅燈，延時，執(zhí)行下一步驟；
[0029] 步驟14 :斷開交流接觸器，系統(tǒng)重新回到步驟1待機狀態(tài)。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：⑴降低照明系統(tǒng)的能耗。本發(fā)明通過兩 個途徑來降低照明系統(tǒng)能耗，一是通過直流供電減少輸電環(huán)節(jié)的電能損耗；二是根據實際 照明需要，利用本發(fā)明按需對燈具進行調光，節(jié)約電能；（2)提高燈具的使用壽命。由于易 損壞的AC/DC部件集中在AC/DC變換控制單元，燈具驅動電源的壽命能夠得到大幅度提高， 從而提高燈具的使用壽命；（3)減少照明系統(tǒng)的日常維護成本。由于燈具壽命的提高，照明 系統(tǒng)的維護量大幅降低，從而減少公用照明系統(tǒng)的日常維護成本；(4)另外還可使照明系 統(tǒng)配電三相負載平衡。本發(fā)明可以均衡分配三相負載，減少對交流電網的污染。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0031] 附圖1是本發(fā)明的一種實施方式系統(tǒng)框圖。
[0032] 附圖2是本發(fā)明的工作流程圖。
[0033] 附圖標記：交流電輸入單元1、AC/DC轉換單元2、監(jiān)控單元3、直流電輸出單元4、 調光單元5、通訊模塊6、T為變壓器、QS為低壓隔離開關、QF1/QF2/QF3為斷路器、TA/TB/TC 為交流電流互感器、ΚΜ為交流接觸器、DC+/DC-為直流母線、DKMx為直流接觸器、DTAx為直 流電流互感器、PE為交流安全線、DPE為直流安全線。
【具體實施方式】：
[0034] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0035] 如附圖1所示，給出了本發(fā)明的一個具體應用案例，其特征在于設有交流電輸入 單元1、AC/DC轉換單元2、監(jiān)控單元3、直流電輸出單元4,其中
[0036] 交流電輸入單元設有電力變壓器T、低壓隔離開關QS、交流斷路器QF1/QF2/QF3、 交流電流互感器TA/TB/TC、交流接觸器KM，變壓器T的一次側連接外部輸入的10KV三相交 流電源，二次側輸出0.4KV三相交流電源，連接低壓隔離開關QS輸入端，QS的輸出端分別連 接斷路器QF1/QF2/QF3的輸入端，斷路器QF1的輸出端經過交流電流互感器TA/TB/TC連接 交流接觸器KM的輸入端，QF2的輸出端連接監(jiān)控單元的工作電源輸入端口，QF3作為備用；
[0037] AC/DC轉換單元的輸入端與KM輸出端連接，輸出端連接直流配電母線DC+/DC-; AC/DC轉換單元設有至少一塊AC/DC轉換器件，AC/DC轉換器件的通訊端口與監(jiān)控單元連 接，用以傳送AC/DC電源的運行參數(shù)和接收監(jiān)控單元的控制指令；
[0038] 直流電輸出單元設有直流配電母線DC+/DC-、直流接觸器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4、 直流電流互感器DTA1/DTA2/DTA3/DTA4和直流短路保護開關，直流母線分別經直流接觸器 DKM1/DKM2/DKM3/DKM4分成四個直流支路。直流接觸器的輸入端與直流配電母線連接，輸出 端經過直流電流互感器與直流短路保護開關輸入端連接，直流短路保護開關的輸出經電纜 為直流負載供電；
[0039] 監(jiān)控單元的作用是檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)及運行參數(shù)，并控制系統(tǒng)的運行。設有交流 電壓檢測端口 Ua/Ub/Uc、交流電流檢測端口 Ia/Ib/Ic、直流電流檢測端口 DI1/DI2/DI3/ DI4、交流接觸器控制端口 K、直流接觸器控制端口 DK1/DK2/DK3/DK4、通訊模塊和調光模 塊，Ua/Ub/Uc連接交流斷路器QF1的輸出端，Ia/Ib/Ic分別連接交流互感器TA/TB/TC的 二次側輸出端，DI1/DI2/DI3/DI4分別連接直流互感器DTA1/DTA2/DTA3/DTA4的二次側輸 出端，K連接交流接觸器KM控制線圈，DK1/DK2/DK3/DK4連接直流接觸器DKM1/DKM2/DKM3/ DKM4控制線圈；監(jiān)控單元的工作電源L/N經斷路器QF2單獨引入；
[0040] 通訊模塊負責接收外界傳送給系統(tǒng)的指令，以及向外界指定系統(tǒng)或設備（比如監(jiān) 控中心服務器、指定手機等）傳送系統(tǒng)的實時狀態(tài)以及檢測的數(shù)據；
[0041] 調光模塊根據系統(tǒng)的需要，產生調光指令并發(fā)送給的負載可調光驅動器，可調光 驅動器按照接收到的調光指令調節(jié)輸出電流的大小，控制負載的輸出功率。
[0042] 本實施例中照明系統(tǒng)采用的是一路交流輸入，四支路直流輸出的案例，QF3的輸出 端可經電纜與其它交流負載連接，提供交流電源。
[0043] 如附圖2所示，本發(fā)明還提出一種公共照明用直流集中供電調光方法，其特征在 于包括以下步驟：
[0044] 步驟1 :低壓隔離開關閉合，低壓斷路器閉合，監(jiān)控單元工作電源接入，系統(tǒng)處于 待機狀態(tài)。
[0045] 步驟2 :系統(tǒng)待機狀態(tài)下，監(jiān)控單元監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，若正常，執(zhí)行下一步 驟，若不正常，則發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指 定系統(tǒng)或設備；
[0046] 步驟3 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有開燈命令，若沒有，則系統(tǒng)繼續(xù)保持待機狀態(tài)，若有開燈 命令，則執(zhí)行下一步驟。開燈命令是由系統(tǒng)滿足預先設定好的開燈條件產生；
[0047] 步驟4 :交流接觸器吸合，使交流電源供入AC/DC轉換單元，并執(zhí)行下一步驟；
[0048] 步驟5 :系統(tǒng)監(jiān)測AC/DC轉換單元工作是否正常，若正常，執(zhí)行下一步驟，若不正 常，關斷交流接觸器，停止開燈程序，并發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過 通訊模塊發(fā)布到外界指定系統(tǒng)或設備；
[0049] 步驟6 :直流接觸器吸合，使直流配電支路有直流電源輸出，并執(zhí)行下一步驟；
[0050] 步驟7 :亮燈運行，并執(zhí)行下一步驟；
[0051] 步驟8 :在系統(tǒng)亮燈運行狀態(tài)下，系統(tǒng)監(jiān)測亮燈運行狀態(tài)是否正常，若正常，執(zhí)行 下一步驟，若不正常，則系統(tǒng)根據不正?，F(xiàn)象類別的不同，按照預先設定好的程序作相應的 處理，同時發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定系 統(tǒng)或設備；
[0052] 步驟9 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有調光命令，若有，則執(zhí)行下一步驟，若沒有，則執(zhí)行步驟 12 ；
[0053] 步驟10 :系統(tǒng)通過監(jiān)控單元的調光模塊發(fā)送調光信號給負載的可調光驅動器，并 執(zhí)行下一步驟；
[0054] 步驟11 :系統(tǒng)監(jiān)測調光命令執(zhí)行情況，若已執(zhí)行，則回到步驟7,若未執(zhí)行，或者執(zhí) 行不正常，則發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定 系統(tǒng)或設備；
[0055] 步驟12 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有關燈命令，若有，則執(zhí)行下一步驟，若沒有，則返回到步 驟七；
[0056] 步驟13 :斷開直流接觸器，系統(tǒng)滅燈，延時，執(zhí)行下一步驟；
[0057] 步驟14 :斷開交流接觸器，系統(tǒng)重新回到步驟1待機狀態(tài)。
[0058] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：⑴降低照明系統(tǒng)的能耗。本發(fā)明通過兩 個途徑來降低照明系統(tǒng)能耗，一是通過直流供電減少輸電環(huán)節(jié)的電能損耗；二是根據實際 照明需要，利用本發(fā)明按需對燈具進行調光，節(jié)約電能；（2)提高燈具的使用壽命。由于易 損壞的AC/DC部件集中在AC/DC變換控制單元，燈具驅動電源的壽命能夠得到大幅度提高， 從而提高燈具的使用壽命；(3)減少照明系統(tǒng)的日常維護成本。由于燈具壽命的提高，照明 系統(tǒng)的維護量大幅降低，從而減少公用照明系統(tǒng)的日常維護成本；(4)另外還可使照明系 統(tǒng)配電三相負載平衡。本發(fā)明可以均衡分配三相負載，減少對交流電網的污染。
【權利要求】
1. 一種公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)，其特征在于包含交流電輸入單元，AC/DC 轉換單元、直流電輸出單元、以及監(jiān)控單元，其中所述交流電輸入單元設有變壓器、低壓隔 離開關、交流斷路器、交流電流互感器、交流接觸器，變壓器的一次側連接外部輸入的10KV 三相交流電源，二次側輸出〇. 4KV三相交流電源，連接低壓隔離開關輸入端，低壓隔離開關 的輸出端連接空氣開關的輸入端，空氣開關的輸出端穿過交流電流互感器連接交流接觸器 的輸入端； 所述AC/DC轉換單元的輸入端與交流接觸器輸出端連接，輸出端連接直流配電母線； AC/DC轉換單元設有至少一塊AC/DC轉換器件，AC/DC轉換器件的通訊端口與監(jiān)控單元連 接，用以傳送AC/DC電源的運行參數(shù)和接收監(jiān)控單元的控制指令； 所述直流電輸出單元設有直流配電母線、直流接觸器、直流電流互感器和直流短路保 護開關，直流母線經直流接觸器分成至少一個直流支路。直流接觸器的輸入端與直流配電 母線連接，輸出端經過直流電流互感器與直流短路保護開關輸入端連接，直流短路保護開 關的輸出經電纜為直流負載供電； 所述監(jiān)控單元設有交流電壓檢測端口、交流電流檢測端口、直流電流檢測端口、交流接 觸器控制端口、直流接觸器控制端口、通訊模塊、調光模塊，交流電壓檢測端口連接交流斷 路器的輸出端，交流電流檢測端口連接交流互感器的二次側輸出端，直流電流檢測端口連 接直流互感器的二次測輸出端，交流接觸器控制端口連接交流接觸器控制線圈，直流接觸 器控制端口連接直流接觸器控制線圈；監(jiān)控單元的工作電源從隔離開關輸出端經單獨的斷 路器引入。
2. 根據權利要求1所述的一種公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)，其特征在于直接從 外部引入380V三相四線交流電源作為系統(tǒng)的輸入。
3. 根據權利要求1所述的一種公共照明用直流集中供電調光系統(tǒng)，其特征在于通過照 明用控制箱、控制柜、箱變等形式實現(xiàn)。
4. 一種公共照明用直流集中供電調光方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1 :低壓隔離開關閉合，低壓斷路器閉合，監(jiān)控單元工作電源接入，系統(tǒng)處于待機 狀態(tài)； 步驟2 :系統(tǒng)待機狀態(tài)下，監(jiān)控單元監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，若正常，執(zhí)行下一步驟，若 不正常，則發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定系 統(tǒng)或設備； 步驟3 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有開燈命令，若沒有，則系統(tǒng)繼續(xù)保持待機狀態(tài)，若有開燈命令， 則執(zhí)行下一步驟。開燈命令是由系統(tǒng)滿足預先設定好的開燈條件產生； 步驟4 :交流接觸器吸合，使交流電源供入AC/DC轉換單元，并執(zhí)行下一步驟； 步驟5 :系統(tǒng)監(jiān)測AC/DC轉換單元工作是否正常，若正常，執(zhí)行下一步驟，若不正常，關 斷交流接觸器，停止開燈程序，并發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模 塊發(fā)布到外界指定系統(tǒng)或設備； 步驟6 :直流接觸器吸合，使直流配電支路有直流電源輸出，并執(zhí)行下一步驟； 步驟7 :亮燈運行，并執(zhí)行下一步驟； 步驟8 :在系統(tǒng)亮燈運行狀態(tài)下，系統(tǒng)監(jiān)測亮燈運行狀態(tài)是否正常，若正常，執(zhí)行下一 步驟，若不正常，則系統(tǒng)根據不正?，F(xiàn)象類別的不同，按照預先設定好的程序作相應的處 理，同時發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定系統(tǒng) 或設備； 步驟9 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有調光命令，若有，則執(zhí)行下一步驟，若沒有，則執(zhí)行步驟12 ; 步驟10 :系統(tǒng)通過監(jiān)控單元的調光模塊發(fā)送調光信號給負載的可調光驅動器，并執(zhí)行 下一步驟； 步驟11 :系統(tǒng)監(jiān)測調光命令執(zhí)行情況，若已執(zhí)行，則回到步驟7,若未執(zhí)行，或者執(zhí)行不 正常，則發(fā)出故障報警信號，且故障報警信號還應實時通過通訊模塊發(fā)布到外界指定系統(tǒng) 或設備； 步驟12 :系統(tǒng)監(jiān)測是否有關燈命令，若有，則執(zhí)行下一步驟，若沒有，則返回到步驟七； 步驟13 :斷開直流接觸器，系統(tǒng)滅燈，延時，執(zhí)行下一步驟； 步驟14 :斷開交流接觸器，系統(tǒng)重新回到步驟1待機狀態(tài)。
【文檔編號】H05B37/02GK104066257SQ201410334880
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權日:2014年7月15日
【發(fā)明者】許金生, 張金忠, 夏升虎 申請人:蕪湖市政通市政工程有限責任公司