一種有效抑制路燈供電線路諧波干擾的智能路燈節(jié)電柜的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種智能路燈節(jié)電柜，由手動/自動旁路電路、濾波自耦變壓器、自動開燈信號電路、AC/DC模塊、電壓采集電路和PLC程序控制器構(gòu)成。手動/自動旁路電路在故障自動旁路和手動強制旁路之間進行切換，保證路燈線路的連續(xù)供電；濾波自耦變壓器在原邊設(shè)置多個抽頭并切換開關(guān)改變輸出電壓；自動開燈信號電路包括天文鐘和光控開關(guān)實現(xiàn)節(jié)能控制；AC/DC模塊為PLC程序控制器提供交/直流開關(guān)電源；電壓采樣電路采集三相電源輸入信號，供PLC程序控制器做分析、比較；PLC程序控制器實現(xiàn)人機交互，控制智能路燈節(jié)電柜各個功能的實現(xiàn)。本實用新型保證負載側(cè)電壓連續(xù)性，節(jié)電裝置始終自動輸出穩(wěn)定電壓，減少了由于諧波污染帶來各種各樣的能源浪費問題。
【專利說明】一種有效抑制路燈供電線路諧波干擾的智能路燈節(jié)電柜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及城市道路照明【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及路燈節(jié)電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前城市道路照明燈具80%為氣體放電類電光源，例如:高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等都屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。
[0003]同類產(chǎn)品的技術(shù)多側(cè)重于根據(jù)線性負載如何實現(xiàn)穩(wěn)定降壓達到節(jié)電目的的角度來設(shè)計產(chǎn)品，沒有對我國供電電源質(zhì)量及路燈線路實際運行狀況進行研究和測試，即忽略了諧波電流干擾產(chǎn)生高耗能這個因素。因此節(jié)電產(chǎn)品存在理論計算節(jié)電效率很高，但實際產(chǎn)品安裝運行后達不到，給自身和用戶都帶來很大的困擾。
[0004]由于諧波危害很大，而其所造成的危害卻往往不被人們所知，特別是諧波所造成的危害又與負載性質(zhì)、線路參數(shù)等多種因素在達到一定條件后才會出現(xiàn)，因此很多產(chǎn)品在研發(fā)階段是不會做在線模擬試驗的，更不會下人力、物力去解決這個問題。
[0005]現(xiàn)在路燈大多數(shù)采用氣體放電燈，由于氣體放電燈消耗的功率是和它的輸入電壓有關(guān)的，以鈉燈為例，當(dāng)電壓降低10%時，電流降低10%，而此時功率降低達25%，光通量則降低30%。由于在設(shè)計道路照度時已考慮到正常的照度需要，所以不應(yīng)以降低照度來節(jié)約能源消耗。但考慮到在后半夜時車輛人流都大為減少，此時供電電壓由于用電負荷減少而升高，所以此時采用降低供電電壓而適當(dāng)降低光源的光通量也是可行的，假設(shè)在后半夜供電電壓升高10%，此時再降低供電電壓10%來運行，則光通量減少為額定值70%，而消耗功率此時可減少50%。
[0006]通過調(diào)整供電電壓，降低不必要的損耗，不僅可以達到節(jié)電的目的，同時，還能保護終端設(shè)備，延長設(shè)備的平均使用壽命。因此，生產(chǎn)研發(fā)路燈節(jié)電裝置的行業(yè)，均是圍繞如何實現(xiàn)線路電壓改變的技術(shù)課題，來實現(xiàn)達到節(jié)電目的。
[0007]自耦變壓器調(diào)壓是傳統(tǒng)的技術(shù)方式，經(jīng)過長時間的應(yīng)用，其穩(wěn)定性好、成本低、使用壽命長。在路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】是可行的技術(shù)方案，其它技術(shù)方式都有技術(shù)手段不成熟、成本高、元器件使用壽命短等缺陷，并未在路燈節(jié)電領(lǐng)域中形成主流。因此，通過對傳統(tǒng)自耦變壓器的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新改造，解決了其在應(yīng)用中的技術(shù)缺陷，又得以在路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】實際應(yīng)用，獲得真正的節(jié)電效益。
[0008]自耦變壓器與普通變壓器的區(qū)別在于，自耦變壓器的一、二次側(cè)線圈不僅有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，所以，在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不大時它的容量比較小，所以消耗的材料小，造價低，效率高，這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點是克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實現(xiàn)了電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡單，當(dāng)然可靠性也比較高。目前應(yīng)用的有兩種方式，即固定抽頭方式和連續(xù)調(diào)節(jié)方式。
[0009]現(xiàn)有的調(diào)壓技術(shù)都是通過改變自耦變壓器副邊抽頭來達到依次降壓的功能。自耦變壓器是只有一個繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時，外施電壓只加在繞組的一部分線匝上。通常把同時屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高.這個優(yōu)點就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由于其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應(yīng)用。
[0010]圖1是現(xiàn)有三相自耦變壓器降壓調(diào)壓原理圖。自耦變壓器調(diào)壓是傳統(tǒng)的技術(shù)方式，改變自耦變壓器副邊輸出抽頭位置改變輸出電壓，自耦降壓式固定調(diào)壓節(jié)能裝置通過一個自耦變壓器機芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連不同的固定變壓器抽頭，根據(jù)某個時間段設(shè)定的調(diào)控電壓進行工作轉(zhuǎn)換，將電網(wǎng)電壓降低到所設(shè)定的檔，從而達到降壓節(jié)電的目的。經(jīng)過長時間的應(yīng)用，其穩(wěn)定性好、成本低、使用壽命長，在路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】是可行的技術(shù)方案。克服了可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷，實現(xiàn)了電壓的正弦波輸出，結(jié)構(gòu)和功能都很簡單，當(dāng)然可靠性也比較高。缺點是切換時大多采用接觸器，切換時電壓不連續(xù)，中間有斷電，路燈有閃滅現(xiàn)象，不能跟隨電網(wǎng)的變化而動態(tài)調(diào)整輸出電壓；固定降壓，對燈具無保護功能；電網(wǎng)電壓波動時會出現(xiàn)閃光或熄燈現(xiàn)象。降低燈具使用壽命，影響客戶使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實用新型的目的是提供一種能夠抑制路燈供電線路內(nèi)部諧波電流干擾、保證負載側(cè)電壓連續(xù)性和確保輸出穩(wěn)定電壓的節(jié)電裝置。
[0012]為了實現(xiàn)本實用新型的目的，提出以下技術(shù)方案:
[0013]一種智能路燈節(jié)電柜，所述智能路燈節(jié)電柜由手動/自動旁路電路、濾波自耦變壓器、自動開燈信號電路、AC/DC模塊、電壓采集電路和PLC程序控制器構(gòu)成，其中，
[0014]所述手動/自動旁路電路在故障自動旁路和手動強制旁路之間進行切換，保證路燈線路的連續(xù)供電；
[0015]所述濾波自耦變壓器在原邊設(shè)置多個抽頭和切換開關(guān)改變輸出電壓，保證電源輸出電壓的連續(xù)性；
[0016]所述自動開燈信號電路包括天文鐘和光控開關(guān)實現(xiàn)節(jié)能控制；
[0017]所述AC/DC模塊為PLC程序控制器的交/直流開關(guān)電源，所述AC/DC模塊加裝隔離變壓器及阻容吸收電路，預(yù)防對PLC模擬信號的干擾，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
[0018]所述電壓采樣電路采集三相電源輸入信號，供PLC程序控制器做分析、比較，從而保證線路電壓的穩(wěn)定性；
[0019]所述PLC程序控制器具有觸摸屏人際對話窗口和記憶力模塊，實現(xiàn)人機交互，控制智能路燈節(jié)電柜各個功能的實現(xiàn)，實時顯示各相電壓、電流、故障記錄，并確保斷電后系統(tǒng)配置參數(shù)不丟失。
[0020]市電輸入所述路燈智能節(jié)電柜，主回路電源接至濾波自耦調(diào)壓裝置輸入端，所述可控硅控制電路連接所述濾波自耦調(diào)壓裝置的原邊抽頭；所述無功功率補償電容與所述手動/自動旁路電路連接并輸出至負載，與負載并聯(lián)；所述自動開燈信號、所述AC/DC模塊、所述電壓采樣電路均接至所述PLC程序控制器輸入端，所述PLC程序控制器輸出端接所述觸摸屏人機對話窗口。
[0021]所述自耦變壓器采用副邊一個抽頭，原邊采用多個抽頭，原邊的每一個抽頭通過切換開關(guān)控制轉(zhuǎn)換與接通，改變自耦變壓器原邊繞組匝數(shù)及原副邊的繞組匝數(shù)比，從而改變副邊側(cè)的輸出電壓。
[0022]所述PLC程序控制器通過可控硅控制電路對濾波自耦變壓器的調(diào)壓進行控制。
[0023]所述PLC程序控制器還具有:
[0024]故障記錄功能，最多可以記錄100組故障信息，所述故障信息為某年、某月、某日、某時、某分+故障編號；
[0025]保護功能具有過/欠壓保護、過載保護、短路保護、自動報警功能及選用避雷器保護。
[0026]所述手動/自動旁路電路和節(jié)電柜輸出之間還設(shè)置無功功率補償電容。
[0027]所述自耦變壓器原邊加濾波電感，并直接抽頭輸出至負載，對路燈線路中存在的諧波起阻尼作用，解決能量損耗，穩(wěn)定了節(jié)電裝置的節(jié)電率。
[0028]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點:
[0029]I)保證負載側(cè)電壓連續(xù)性，克服了分段調(diào)壓時，由于控制電路切換自耦變壓器分接頭時出現(xiàn)的瞬間斷電，造成對燈具的大電流沖擊，甚至出現(xiàn)燈具閃斷的現(xiàn)象，減少了燈具的故障率從而延長了燈具的使用壽命。
[0030]2)穩(wěn)壓功能，節(jié)電裝置始終自動輸出穩(wěn)定電壓，經(jīng)過自耦變壓器、濾波電感的工作，輸出電壓得以優(yōu)化。路燈使用的燈具一般為氣體放電燈，它們的最佳工作電壓在210V-200V，只是在啟動時需要較高的工作電壓，點亮后適當(dāng)降低并穩(wěn)定輸出電壓，既省電又保證了亮度，并延長了燈具的使用壽命。
[0031]3)通過對濾波自耦變壓器對路燈線路諧波的阻尼作用，減少了由于諧波污染帶來各種各樣的能源浪費問題:如維護成本、設(shè)備由于老化速度加快而產(chǎn)生的更換成本、諧波無功能量損耗等等問題，穩(wěn)定了節(jié)電裝置的節(jié)電率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是現(xiàn)有三相自耦變壓器降壓調(diào)壓原理圖；
[0033]圖2是本實用新型三相連續(xù)輸出濾波自耦變壓器；
[0034]圖3是智能路燈節(jié)電柜原理框圖。

【具體實施方式】
[0035]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型進一步詳細說明。
[0036]圖2是本實用新型三相連續(xù)輸出濾波自耦變壓器；自耦變壓器調(diào)壓是傳統(tǒng)的技術(shù)方式，經(jīng)過長時間的應(yīng)用，其穩(wěn)定性好、成本低、使用壽命長，在路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】是可行的技術(shù)方案。其它技術(shù)方式都有技術(shù)手段不成熟、成本高、元器件使用壽命短等缺陷，并未在路燈節(jié)電產(chǎn)品領(lǐng)域中形成主流。因此，通過對傳統(tǒng)自耦變壓器的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新改造，解決了其在應(yīng)用中的技術(shù)缺陷，又得以在路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】實際應(yīng)用，獲得真正的節(jié)電效益，是本技術(shù)發(fā)明的最大貢獻。
[0037]本實用新型的自耦變壓器工作原理是通過改變自耦變壓器原邊匝數(shù)來改變輸出電壓。其優(yōu)點是調(diào)壓時輸出不間斷，路燈無閃爍現(xiàn)象。
[0038]本實用新型的新技術(shù)改變了通過改變自耦變壓器副邊匝數(shù)來獲得不同的輸出電壓的傳統(tǒng)自耦變壓器結(jié)構(gòu)，新型自耦變壓器的調(diào)壓作用是通過調(diào)節(jié)自耦變壓器原邊匝數(shù)來實現(xiàn)的，通過改變自耦變壓器內(nèi)部繞組結(jié)構(gòu)，新型自耦變壓器輸出端固定不變，同時將濾波電抗器植入其中，該項新技術(shù)使自耦變壓器在調(diào)壓過程中其輸出電壓連續(xù)不間斷，并能有效抑制非線性負載產(chǎn)生的諧波治理電網(wǎng)污染，將濾波吸收電感加在自耦變壓器原邊，并直接抽頭輸出至負載。同時，通過PLC程序控制增加變壓器原邊匝數(shù)，改變變壓器副邊輸出電壓，實現(xiàn)線路電壓降低，從而達到節(jié)電目的。
[0039]一、解決調(diào)壓時輸出電源瞬間斷電造成路燈出現(xiàn)“閃斷”的現(xiàn)象。
[0040]1、從圖1可知，傳統(tǒng)自耦變壓器的副邊有KM1、KM2、KM3、KM4四個輸出端，每個輸出端上有不同的輸出電壓。將負載接在不同的輸出端上得到不同的輸出電壓達到調(diào)壓的目的，實現(xiàn)節(jié)能。但在KMfKM4之間的相互轉(zhuǎn)換時，必須先斷開、后接通，必然造成負載的暫時失電，路燈就會熄滅，即“閃斷”現(xiàn)象。
[0041]2、從圖2可知，新結(jié)構(gòu)的自耦變壓器的副邊只有一個抽頭，其中間輸出到負載只有一個(LI'氣4')，負載(路燈)和輸入電源始終連在一起。ΚΜ1?(Μ4四個尾端控制的轉(zhuǎn)換與接通，用來改變自耦變壓器原、副邊的繞組匝數(shù)和匝數(shù)比，從而改變LI'氣4'側(cè)的輸出電壓。這一過程如上所述，LI'氣4'始終和輸入電源Lf L4是連通的，負載沒有暫時失電的現(xiàn)象，杜絕了“閃斷”問題的發(fā)生。
[0042]二、將濾波電感加在自耦變壓器原邊，并直接抽頭輸出至負載，對路燈線路中存在的諧波起阻尼作用，減少了由于諧波污染帶來各種各樣的能源浪費問題:如維護成本、設(shè)備由于老化速度加快而產(chǎn)生的更換成本、諧波無功能量損耗等等問題，穩(wěn)定了節(jié)電裝置的節(jié)電率。
[0043]本實用新型針對濾波自耦變壓器在路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】中的應(yīng)用。通過對傳統(tǒng)自耦變壓器內(nèi)部繞線工藝、結(jié)構(gòu)及原、副邊抽頭與負載的連接方式的技術(shù)創(chuàng)新，解決了路燈節(jié)電【技術(shù)領(lǐng)域】中降壓節(jié)電技術(shù)中始終無法解決的路燈“閃斷”現(xiàn)象。并根據(jù)路燈線路實際檢測中出現(xiàn)的尖波、諧波分量干擾，在加工自耦變壓器時，在副邊加入濾波電感，直接輸出與負載連接，保證線路運行狀態(tài)下，對可能出現(xiàn)的諧波干擾的阻尼作用。
[0044]圖3是智能路燈節(jié)電柜原理框圖，由手動/自動旁路電路、濾波自耦變壓器、自動開燈信號電路、AC/DC模塊、電壓采集電路和PLC程序控制器構(gòu)成，其中，
[0045]手動/自動旁路電路具有故障自動旁路功能和手動強制旁路功能，保證路燈線路的連續(xù)供電；在手動/自動旁路電路和輸出之間加無功功率補償電容，提高節(jié)電柜輸出電壓，即線路輸出端電壓；
[0046]濾波自耦變壓器保證電源輸出電壓的連續(xù)性，克服傳統(tǒng)自耦變壓器調(diào)壓時出現(xiàn)的“閃斷”現(xiàn)象。同時通過在自耦變壓器副邊輸出側(cè)到負載之間增加電感起到對線路中尖波、諧波的阻尼作用，從而實現(xiàn)進一步節(jié)能的目的；
[0047]自動開燈信號電路通過天文鐘、光控開關(guān)、路燈所監(jiān)控中心等自動開燈信號實現(xiàn)最有利的節(jié)能控制；
[0048]AC/DC模塊為交/直流開關(guān)電電源，加隔離變壓器及阻容吸收電路，預(yù)防對PLC模擬信號的干擾，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
[0049]電壓采樣電路采集三相電源輸入信號，分段降壓是通過PLC程序控制做分析、比較，當(dāng)某一相低于設(shè)定電壓時，不再進行下一級轉(zhuǎn)換。從而保證線路電壓的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)線路壓降低尾燈熄滅的現(xiàn)象；
[0050]PLC程序控制器控制上述模塊的功能，PLC程序控制器具有觸摸屏人機對話窗口，實現(xiàn)人機交互方便、安全、智能控制，實時顯示各相電壓、電流、故障記錄，具有強大的記憶力功能，在斷電后保證系統(tǒng)配置參數(shù)不丟失；
[0051]PLC程序控制器通過可控硅控制電路對濾波自耦變壓器的調(diào)壓進行控制；
[0052]PLC程序控制器還具有故障記錄功能，最多可以記錄100組故障信息(如:某年、某月、某日、某時、某分+故障編號)。保護功能具有過/欠壓保護、過載保護、短路保護、自動報警功能及選用避雷器保護等多種保護功能，性能安全可靠，最大程度保護設(shè)備、人員等安全。
[0053]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能路燈節(jié)電柜，其特征在于，所述智能路燈節(jié)電柜由手動/自動旁路電路、濾波自耦變壓器、自動開燈信號電路、AC/DC模塊、電壓采集電路和PLC程序控制器構(gòu)成，其中， 所述手動/自動旁路電路在故障自動旁路和手動強制旁路之間進行切換，保證路燈線路的連續(xù)供電； 所述自耦變壓器采用副邊一個抽頭，輸出到負載，負載和輸入電源始終連在一起；原邊采用多個抽頭，原邊的每一個抽頭連接一個切換開關(guān)；控制轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換與接通，改變自耦變壓器原邊繞組匝數(shù)，進而改變原副邊的繞組匝數(shù)比，從而改變副邊的輸出電壓，同時保證電源輸出電壓的連續(xù)性； 所述自動開燈信號電路包括天文鐘和光控開關(guān)實現(xiàn)節(jié)能控制； 所述AC/DC模塊為PLC程序控制器的交/直流開關(guān)電源，所述AC/DC模塊加裝隔離變壓器及阻容吸收電路，預(yù)防對PLC模擬信號的干擾，保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 所述電壓采樣電路采集三相電源輸入信號，供PLC程序控制器做分析、比較，從而保證線路電壓的穩(wěn)定性； 所述PLC程序控制器具有觸摸屏人際對話窗口、記憶力模塊和可控硅控制電路，對濾波自耦變壓器的調(diào)壓進行控制，實現(xiàn)人機交互，控制智能路燈節(jié)電柜，實時顯示各相電壓、電流、故障記錄，并確保斷電后系統(tǒng)配置參數(shù)不丟失； 市電輸入所述路燈智能節(jié)電柜，主回路電源接至濾波自耦調(diào)壓裝置輸入端，所述可控硅控制電路連接所述濾波自耦調(diào)壓裝置的原邊抽頭；所述無功功率補償電容與所述手動/自動旁路電路連接并輸出至負載，與負載并聯(lián)；所述自動開燈信號、所述AC/DC模塊、所述電壓采樣電路均接至所述PLC程序控制器輸入端，所述PLC程序控制器輸出端接所述觸摸屏人機對話窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能路燈節(jié)電柜，其特征在于，所述手動/自動旁路電路和節(jié)電柜輸出之間還設(shè)置無功功率補償電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能路燈節(jié)電柜，其特征在于，所述自耦變壓器原邊加濾波電感，并直接抽頭輸出至負載，對路燈線路中存在的諧波起阻尼作用，解決能量損耗，穩(wěn)定了節(jié)電裝置的節(jié)電率。
【文檔編號】H05B37/02GK204217160SQ201420401943
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】李建海, 陳少輝, 劉紅, 陳漫虹 申請人:國電康能科技有限公司