1概述 據(jù)統(tǒng)計，我國照明用電占全國總發(fā)電量的12％左右，這是一個不小的比例。來自中國照明學會的報道表明，2001年我國總發(fā)電量為14 332．5億kW．h，年照明耗電達l 433．25～l 719．9億kW．h，相當于三峽水力發(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，照明耗電約占當年發(fā)電量的10％，約為2 187億kW-h，相當于三峽水力發(fā)電工程年發(fā)電能力的近3倍。 城市公共照明在我國照明耗電中約占30％的比例，每年開支高達數(shù)百億元。在市政開支比較緊張的今天，國內(nèi)絕大部分城市和地區(qū)仍然采用一些國家在20世紀70年代就拋棄了的路燈隔盞關燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻——不僅導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)能化對于HID燈，一是提高功率因數(shù)、降低鎮(zhèn)流器損耗；二是對光源進行大范圍調(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、保護視力、保護照明產(chǎn)品和燈具。 4）沒有光污染。 5）燈具分布與燈具功率的優(yōu)化設計。 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系。該電壓與很多因素有關，且隨著環(huán)境溫度的不同而不同，最低可達175～185v。因此，HID燈的節(jié)能原理就是通過降低燈具的工作電壓，在不影響視覺照度的前提下，讓燈具盡可能地靠近最高發(fā)光效率點工作。 4 HID燈對節(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燈具使用壽命。 美國照明科技協(xié)會的試驗報告顯示：燈具電壓超壓10％時，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，燈具壽命提高一倍，此時與過壓10％相比壽命延長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到相對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)電壓或負載的變化而變化。 5 HID燈節(jié)能產(chǎn)品的主要技術要素 我們知道，HID燈節(jié)能原理的實質(zhì)性內(nèi)容是降壓與穩(wěn)壓，對于道路照明中使用的高壓鈉燈在供電電壓低于200 V時就難以觸發(fā)點亮，接近老化的HID燈，可能需要達到220 V或更高的電壓才能觸發(fā)點亮，HID燈對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亮）。因此，HID燈節(jié)能產(chǎn)品的主要 技術要素如下。 1）具有較寬范圍的降壓與穩(wěn)壓功能。 2）在降壓或穩(wěn)壓過程中，保持電流連續(xù)、無沖擊、無過壓，確保HID燈不熄滅、不重啟、不損傷HID燈。此為HID燈節(jié)能產(chǎn)品的關鍵技術，采用有觸點裝置（如繼電器、接觸器）進行電壓檔位切換的難以實現(xiàn)此關鍵技術。 3）能適應不同類型的HID燈或混合的HID燈負載。 4）能適應小同的環(huán)境、不同的道路類型、不同的時間或不同人員對照明的參數(shù)的不同要求。 6當前HID燈節(jié)能產(chǎn)品存在的主要問題及分析 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)品是當前的主導產(chǎn)品。當前多數(shù)電磁類照明節(jié)能產(chǎn)品的主要問題大致如下。 1）不能滿足HID燈對節(jié)能產(chǎn)品的要求對于單燈控制采用串電感降壓進行節(jié)能，控制電路簡單是其優(yōu)點，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，必然增加電路的復雜程度和成本，并降低產(chǎn)品的可靠件；對于集中控制的，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燈負載時動態(tài)進行檔位切換，在供電質(zhì)量較差時切換檔位容易燒壞無觸點開關或者導致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，或通過手動換檔，有的雖然使用了智能芯片，但也只是在開機時檢測電壓自動切換檔位，而在通電帶HID燈負載期間不能進行檔位切換或不能進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)品關鍵技術沒有過關，不能帶HID燈動態(tài)切換，電壓變化范圍小，難以達到燈具的最佳電壓，節(jié)能率小可能高。節(jié)能率是衡量節(jié)能產(chǎn)品的項主要技術指標，既不能太高，又不能太低，設計時應考慮到一個適當?shù)臄?shù)值上。 3）HID 燈容易熄滅如果在電壓檔位變化時導致HID燈電流不連續(xù)，容易導致HID燈熄滅并重啟，甚至有可能產(chǎn)生瞬時過電壓，如果檔位切換后的輸出電壓較低，便會導致HID燈熄滅，并且不能在低電壓下重新點亮。 4）HID 燈容易損壞、從理論及大量的試驗和報道可以看到，使用節(jié)能產(chǎn)品后HID燈的使用壽命應該明顯增加。但如果在電壓檔位變化時導致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)品關鍵技術沒有過關，從理論上講，在感性負載下，只要無觸點器件質(zhì)量過關，只要關鍵技術過關，無觸點產(chǎn)品的壽命肯定比有觸點產(chǎn)品的壽命長很多。如果采用有觸點產(chǎn)品或關鍵技術未過關的無觸點產(chǎn)品，對復雜多變的電網(wǎng)干擾信號不能進行準確地檢測與判斷，就會導致產(chǎn)品的可靠性較差。 7智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)剖析 江蘇省泰州市前進機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，是中國節(jié)能協(xié)會推薦的產(chǎn)品。該產(chǎn)品已獲得國家專利，下面對該系統(tǒng)介紹如下。 7．1系統(tǒng)結構 智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)由采用天文算法的經(jīng)緯度開關燈控制器、單相或三相自耦變壓器無觸點穩(wěn)壓調(diào)壓單元、含經(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)設置與監(jiān)控軟件組成。單相或三相調(diào)壓單元能與開關燈控制器進行通信，系統(tǒng)對外的通信接口來自開關燈控制器的通信接口，計算機通過該接口既能與開關燈控制器通信，也能與各相的調(diào)壓單元通信，以便能夠?qū)ο到y(tǒng)的全部工作參數(shù)和保護參數(shù)進行修改和監(jiān)控。在計算機端，通過含經(jīng)緯度參數(shù)的微電腦路燈控制器軟件可以監(jiān)控與修改開關燈控制器的參數(shù)，也可以讀取各相調(diào)壓單元的工作狀態(tài)；通過照叫節(jié)能控制柜調(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設置與監(jiān)控軟件可以監(jiān)控或修改各相調(diào)壓單元的工作參數(shù)或保護參數(shù)。 經(jīng)緯度開關燈控制器直接根據(jù)天文算法計算天亮天黑的時間控制開關路燈，此外，還具有光控、通過有線網(wǎng)絡、GPRS或CDMA無線網(wǎng)絡遠程控制路燈開關的功能；能夠?qū)崿F(xiàn)多個回路的獨立控制：能夠通過計算機方便地查看或更改相關的參數(shù)；能夠通過網(wǎng)絡宴現(xiàn)遠程控制或集中監(jiān)控。 單相或三相自耦變壓器無觸點穩(wěn)壓調(diào)壓單元解決了當前電磁技術中多燈集中控制不能帶高強度氣體放電燈高可靠動態(tài)切換的技術難題，能夠確保HID燈在電壓檔位切換時不熄滅，并提高最大節(jié)能率，充分延長燈具的使用壽命。同時根據(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)均可以通過電腦串口或網(wǎng)絡遠程方便地查看或重新設定，以適應任何地方不同的環(huán)境或不同人員的具體需求。 7．2技術原理 7．2．1經(jīng)緯度開關燈控制器的電路原理框圖 [ALIGN=CENTER] 采用天文算法的經(jīng)緯度開關燈控制器的電路原理框圖如圖1所示。[/ALIGN] 7．2．2采用天文算法的經(jīng)緯度開關燈控制器的控制方式 控制器內(nèi)設置實時時鐘集成電路，運行的日期及時間與當前實際的時間一致；利用高性能單片機作為控制器．用戶可將控制器配置為按天亮天黑時間自動調(diào)整的方式?；蚺渲脼槊刻煲怨潭〞r間開關燈的方式。此外，還可以進行光控、人工控制、網(wǎng)絡控制開關燈，這些開燈信號以或的關系確定最終的開燈信號，此信號通過驅(qū)動電路控制繼電器或無觸點開關接通或斷開路燈的供電同路，從而完成路燈的多功能開關燈智能控制。當路燈開啟后，如果需要臨時關閉．可以在控制器上通過開關或遠程發(fā)送指令強制關閉開啟的路燈。裝置內(nèi)部設置多個回路的開關燈控制，每個回路可設置兩次開關燈時間，因此可以組合成整夜燈控制、半夜燈控制、每天兩次獨立控制的照明方案。每個回路的功能相同，因此可以控制多個回路的路燈。 開關燈控制器采用的天文算法基于開普勒的行星運動三定律和牛頓的萬有引力定律，而不是普通的近似算法，近似算法的計算誤差較大，有時相差達10 min以上。經(jīng)過實測，該產(chǎn)品的計算誤差在100年之內(nèi)不超過3 s。 7．2．3穩(wěn)壓調(diào)壓單元的電路原理框圖 穩(wěn)壓調(diào)壓單兒的電路原理框圖見圈2。 7．2．4穩(wěn)壓調(diào)壓單元的技術原理 單片機對真有效值線性采樣電路模塊檢測到的照明負載的當時電壓和電流與設定的電壓l乜流值進行比較，確定當前電壓或電流是正常還是異常，若屬于正常，則計算出當前電壓應處的檔位，并在零點處給出相應檔位的觸發(fā)信號，經(jīng)電氣隔離與放大，驅(qū)動無觸點開關切換到規(guī)定的檔位。同時，單片機還對內(nèi)部的溫度進行測量與計算，并與設定的溫度保護值進行比較，若電壓、電流、溫度等參數(shù)異常，則單片機發(fā)出相應的故障指示信號、報警，自動切斷輸出或?qū)⑤敵雠月?，存加電的情況下，各種工作參數(shù)可以通過通信接口遠程查看或重新設定。 7.3產(chǎn)品特點 RZM5節(jié)能產(chǎn)品系列以新型高速微處理器為核心，不斷對電壓、電流等參數(shù)進行取樣，并通過無觸點開關高可靠地動態(tài)調(diào)整輸山電壓，產(chǎn)品集成了自動開關燈控制、人工旁路控制、自動旁路控制、快速測試控制、電壓校調(diào)控制、狀態(tài)指示控制、自動延時節(jié)能定時器等，具有如下特點： 1）高效節(jié)能RZM5系列產(chǎn)品節(jié)能率高達20％～50％。 2）自動開關燈根據(jù)不同地點的經(jīng)緯度，依據(jù)地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的變化規(guī)律，利用天文算法自動精確計算當?shù)氐奶炝撂旌跁r間，自動修正每天的開燈與關燈時間，避免了靠人工修正和開關燈控制的麻煩。 3）集成的GPS測量軟件，通過GPS接口，可以讀出當?shù)氐慕?jīng)緯度，時間等參數(shù)。 4）可以向電腦輸出任何連續(xù)若干天的丌關燈時間，讓管理人員對開關燈時間做到心中有數(shù)。 5）采用雙重智能節(jié)能控制技術，既可以通過方便的節(jié)能檔位設定來控制節(jié)能水平，又可以保證在市電電壓大幅度波動情況下相對穩(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）有效延長燈具使用壽命2倍以上，大大地降低維護費用，減少維修工作量。 8）強電控制采州無觸點切換，通過獨特的算法保證切換準確、快速、可靠、無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，有觸點切換以及某些產(chǎn)品在切換時引起的大電流沖擊和瞬時過電壓或燈熄滅的現(xiàn)象，使產(chǎn)品的壽命和可靠性大大地提高。 9）具有自動保護和旁路自動識別功能。 10）每相獨立調(diào)節(jié)，允許100％不平衡負載。 11）隨時監(jiān)控每相工作狀態(tài)，及時采取保護動作或自動旁路，大大提高了產(chǎn)品的可靠性和安全性。 12）可根據(jù)各地點對照度的實際需要靈活方便地設置各種工作參數(shù)。 13）能在不斷電的情況下帶負荷調(diào)整各種電壓、電流和時間等工作參數(shù)。 14）可以方便地進行遠程控制、集中控制，町以遠程配置設備的工作參數(shù)。 15）可通過面板上手動旁路開關控制系統(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抽頭。 8智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)的應用案例 泰州市前進機電制造有限公司針對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關燈控制器，采用自耦變壓器及無觸點開關技術進行降壓與穩(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)壓過程中，能夠從一個穩(wěn)態(tài)立即過渡到另一穩(wěn)態(tài)，無瞬間過壓或電壓振蕩現(xiàn)象，電流連續(xù)且無沖擊，能夠確保HID燈不熄滅、不重啟，能自動適應不同類型的HID燈或混合的HID燈負載，并且各種參數(shù)均可由用戶自已修改或查看（通過串口或有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡），完全滿足HID燈對節(jié)能產(chǎn)品的要求。其產(chǎn)品已在多個城市中使用，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)風霜雨雪，未出現(xiàn)任何問題，從每天的電表讀數(shù)可以看出，在不改變原來的半夜燈和整夜燈（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38.5%，若全部采用整夜燈工作方式，節(jié)電率將會更高。 9結束語 照明節(jié)電，意義重大。建設部、國家發(fā)展和改革委員會在《關于加強城市照明管理、促進節(jié)約用電工作的意見》中明確指出，要大力推廣節(jié)能技術，提高電能利用效率。要以節(jié)約能源、保護環(huán)境、促進健康為宗旨，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各種渠道交流節(jié)能技術與經(jīng)驗、介紹好的節(jié)能產(chǎn)品，相互取長補短，合作生產(chǎn)，加快城市綠色照明工作，共同為建設節(jié)約型社會貢獻力量。