桑达直流集中供电智慧照明解决方案 ——LED城市道路照明篇

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桑达直流集中供电智慧照明解决方案 ——LED城市道路照明篇

 

桑达国际电源 2017-04-21

 

 

随着城市照明建设的发展，虽然智能控制系统技术越来越成熟，但 “LED智慧照明路灯”还只是一种多功能的复合灯标和服务平台。为了推动LED照明在城市道路照明的发展，实现故障的快速恢复，提高供电照明的可靠性及系统管理水平，路灯照明还需实现全面突破。

 

一、智慧照明存在的发展瓶颈

 

近年来我国的资源环境问题日益突出，户外道路照明约占整个照明用电的30%以上，节能减排势在必行。LED节能路灯虽然经过了十多年的发展，但还在采取的每盏灯具交流供电、AC-DC驱动电源方案，严重制约了LED路灯的发展，成了LED路灯举步不前的瓶颈。主要存在如下因素：

 

１、安全防护问题突出。 路灯点多面广，有的是电气光源不合格，镇流器被击穿导致灯杆带电，有的电线接线端子烧毁造成灯杆带电，还有的是潮湿、雷雨天气漏电。一旦漏电就极容易造成严重的人身安全事故。比如2012年6月15日21时左右，发生在广西玉林市苗园路的触电事故，造成一名男子被电击。2013年安徽淮南市路灯灯杆漏电伤人事故；2013年7月26日广西北海市灯杆漏电伤亡事故。

 

２、稳定性与可靠性问题突出。从目前LED道路灯具失效统计分析，AC-DC电源是LED灯具的高频故障点，达到90%以上，随着使用年限增加故障率加速放大。其次，目前的LED路灯维修点在灯杆高空单元，登高车、技术工人、高空作业、封路作业带电作业必不可少，维修工作困难，存在一定的安全隐患。这也是LED路灯叫好不叫座，节能不节钱的主要原因之一。

 

 

二、桑达直流集中供电智慧照明解决方案

 

基于LED路灯发展瓶颈，桑达立足道路照明的功能特点，从应用的角度，利用二十多年的电源、灯具的研发生产经验，根据多项专利技术，特别是获得“中国机械工业科学技术奖一等奖”的“LED照明驱动电源系统关键技术及应用”，研发出了直流智慧照明解决方案。

 

１、直流成为电能传输、储存、使用的主流将成为必然。

 

100多年前，直流电的鼻祖爱迪生发明了直流电，为了证明直流电更好，不惜用交流电来电死大象的安全问题来狙击特斯拉的交流电，但终因电子技术的局限，直流没有得到推崇。随着电力电子技术的发展以及LED照明和新能源的大规模应用，使直流电重新回到人们的视野。

 

新能源太阳能和风能的出现都对交流电的地位产生了新的质疑。太阳能产生的是直流电。风能发电机由于速度的不确定性让并网造成了困难，转成直流是其中一个有效的解决方式。另外，工程师们发现对传统的发电机进行变频处理整流成直流后使用，可以让很多发电机的效率提高5%～15%。

 

用电设备的结构变化使直流用电更高效。很多主流电机应用，例如空调、冰箱的压缩机都需要变成直流变频后使用才能更加高效。更加不用说消费型电子（如LED电视机，电脑，手机）用的都是3.3V~48V的直流。越来越多的数据中心也开始采用直流供电系统。LED照明的直流化供电已经开始。

 

直流的存储功能更便捷。传统电网中的交流电是不能存储的。但是，直流可以储存在某些化学介质中。新型电池技术，例如高密度的锂电池，让大规模电的存储变成了可能。大量的电，特别是太阳能中的电被存储在了电池中，以供需要的时候用。跟储能相关的移动电子设备，电动汽车都开始占据或者进入人们的主流生活。

 

直流用电更安全，不同频率的交流电对人体影响也不同。人体对工频交流电要比直流电敏感得多，接触直流电时，其强度达250毫安有时也不引起特殊的损伤，而接触50Hz交流电时只要有50毫安的电流通过人体，如持续数十秒，便可引起心脏心室纤维性颤动，导致死亡。交流电中28-300Hz的电流对人体损害最大，极易引起心室纤维性颤动。 我国采用的工频交流电源为50Hz,对人体损害是较严重的。 IEC标准规定，通常状况下，安全电压上限值为交流50伏或无波纹直流120伏。在特殊状况下，接触电压上限值为交流25伏或无波纹直流60伏。人体通过的安全电流值交流为10毫安，直流为50毫安。简而言之，交流对大地形成回路，接触火线易引发触电事故。直流浮地供电，对大地无回路，安全性高。

直流输电传输效率高。直流界电不存在磁滞损耗和涡流损耗，线损较小；相同电压等级条件下，直流输电的功率约为交流输电功率的1.5倍；

 

直流线路降低投资成本。直流输电方式采用双极型，比交流的三相五线至少节约一根导线，造价低，可节省线路成本30%～40%左右；

 

直流用电提高了电网运行的安全性，用电设备更安全。交流电网用直流隔开后，由于电网

 

小了其短路容量也较小，对电气设备有利，事故停电的影响范围也较小；不易产生浪涌电

 

流，用电设备更安全。

 

２、工作原理

 

首先通过直流集中供电柜把电网交流电源变换为高电压直流电压输出至LED灯具，并且供电柜中含有智能控制电路模块使其能接受远程遥控，来对所有LED灯具进行统一自动开关及调光等多功能智能控制。通过智能管理实现安全、可靠稳定供电及二次节能。

 

供电柜的电源模块直流输出并联后统一多路输出，当其中一个电源模块出现故障时，热备份电源模块立刻接入输出线路，既能保证系统在同等功率输出下可靠运行，又可使电源子模块备份数量减至最低。

 

３、桑达直流集中供电智慧照明解决方案

 

桑达直流集中供电智慧照明系统基于先进的通信技术，包含直流集中供电控制柜、LED驱动电源、LED灯具、智慧照明管控平台四部分。（1） 直流集中供电柜

 

所有灯具的控制装置(即驱动电源)不需要“交流-稳定直流”变换这部分功能，而全部由集中控制柜的多个大功率电源模块替代，驱动电源与LED灯具分离，使灯具发热减少，驱动电源也因自身的环境温度大为降低，使得灯具的可靠性非常高，寿命很长。又不存在功率因数问题，供电线路损耗也大大。同时，电源模块也做到了高可靠、长寿命、高质量，且使灯具和系统效率高，综合系统成本降低。也就是说，桑达直流智慧照明系统最大的优点是LED灯具可以做得很简单，从结构上容易做到互换，降本节能长寿。

 

(２) LED灯具

 

直流供电，LED灯具不受交流电网对灯具的EMC影响和不受交流电网传输雷击的影响；每只LED灯具控制装置的电路非常简单，可靠性高，寿命长，功耗低，温升小。（3）供电线路

 

智能照明系统改造中可利用原交流供电电网的电源线来作直流输出线路，输出直流供电线路可以是三线(对>120V高电压直流的正极、负极和地线)，也可以两线(对应于≤120V直流的正极、负极，且满足安全特低电压的各项要求时)，比传统的三相五线交流供电线路要节省投入成本。

 

（4）桑达直流集中供电智慧照明监控管理平台

 

桑达直流集中供电智慧照明监控管理平台采用可编程控制器控制和先进通讯远程控制，便于用户掌握使用、查询和设置参数。系统集计算机技术、智能控制技术、数据采集技术、通信技术于一体，既实现了系统的自我测试、自动诊断、自动控制，又实现了供电系统的遥测、遥信、遥控。也可根据当地的经纬度，实现自动开关灯；还可以分时段设定亮度值，实现定时分级调光功能，从而实现更人性化的管理，提高节能效果。

 

本地监控：可远程对路灯进行调光和开关，路灯故障信息显示，电参数的监控和数据的汇总管理。

 

云端、APP监控：用户通过操作手机、平板或电脑等客户终端上的客户端软件，即可对照明灯具进行管理

 

（5）智能扩展，开放兼容

 

桑达直流集中供电智慧照明监控管理平台是一个信息收集的开放兼容性平台，使用者可以利用这个网络中的信息资源开发应用，对接其它行业子平台，城市物联网。

 

该平台也可以随需扩充应急报警、无线WIFI、压力变送、燃气泄漏监测、井盖异动监测、水位超限监测、PM2.5环境监测、智慧停车、城市供水管道泄漏监测、道路积水监测、通讯监测等智能模块，平滑对接新能源（光伏发电、风能发电）。

 

４、系统优势

 

系统通过内置模块，可实现远距离分级调光，实现二次节能；管理人员也可以随时通过平台了解灯具工作状态，根据使用需求与环境变化，轻松实现远程控管。其稳定抗扰、安装简易、可靠性高、驱动电源与灯具使用寿命长等优势，比传统LED照明更加安全可靠、节省可观的经济投资。

 

（1）安全可靠直流供电，零交流触电伤亡事故；多级防雷安全配置。

 

（2）维护简易灯杆设备最简化，模块配置在地面，无需高空、封路作业；模块化热插拔设计，N+1冗余。

 

（3）节能环保高压直流供电，功耗低，温升小；功率因素高于同档AC驱动；分级调光，按需照明，二次节能。

 

（4）远离频闪 直流供电，无交流频闪，确保夜间行车舒适与安全

 

（ 5）降低成本 系统综合投资成本低于AC方案；无需铺设调光线，可通过调节直流电压， 实现低成本调光控制；DC-DC驱动电源寿命长于LED芯片；

 

（6）保护投资可升级现有的或已实施的项目；集成单灯控制。

 

（7）管控灵活单灯控制与回路控制灵活混搭，满足单灯监控需求；

 

（8）远程监控自动远程报警；远程对路灯调光和开关，路灯故障信息显示，电参数的监控和数据的汇总

 

（ 9）系统全能一套系统，可同时管控道路照明、室内外照明、景观亮化照明等多种场景。

 

    （10）防盗窃电 通过对路灯线缆进行全天侯实时监测，自动报警，防线缆被盗；窃电发生时，设备将数据上传至平

台，平台会自动报警提示。

 

 

本文从传统LED照明所面临的难题及发展瓶颈出发，探讨LED智慧照明的直流供电发展方向，重点介绍桑达直流集中供电智能照明解决方案。该方案作为一种新型LED智能照明供电技术，其优势是提高了LED灯具及智能照明系统集中供电的可靠性，降低运营成本，管理智能化，从而实现了节能环保的用电理念，推动智慧照明更理性更健康地发展，真正实现智慧城市低碳绿色。