浅谈城市照明有功和无功节能技术

  　在建设资源节约型、环境友好型社会的进程中，城市照明领域节能降耗不仅势在必行，且大有潜力可挖。目前对在用照明系统的节能改造较为经济和实用方式是加装节能设备，其应用的节能技术主要有有功和无功节能技术两类。

    一、有功节能技术

    有功节能技术

大致分为三种，即：可控硅斩波技术、自耦降压式调控技术和微电脑智能控制技术。

    可控硅斩波技术。其原理是通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩断一部分，从而降低输出电压的平均值，达到调压节电的目的。这种节能调控设备对照明系统可实时精确控制输出的电压，满足照明用电的最佳值，且调节电压的速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，而且采用的电子元件相对来说体积小、设备轻、成本低。

    但该调控方式存在致命缺陷，由于斩波电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，对电网系统谐波污染的危害极大，因此不宜用在有电容补偿的电路中。特别是大功率可控硅斩波型节电设备自身存在谐波污染的缺陷，不仅缩短电力电容器的使用寿命而且增大变压器的铜耗、铁耗，减少变压器的实际使用容量，增加无功损耗，浪费电能，严重时还使电器设备过热，造成开关、接触器等电器设备的误动作或其它危害，目前，在国外发达国家已有明文规定限制谐波含量超标的电器设备并入网使用。

    自耦降压式调控技术。其原理是通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，连接不同的固定变压器抽头，将电网电压降5、10、15、20V等几个档，以达到降压节电的目的，同时克服可控硅斩波型设备产生谐波的缺陷，实现电压的正弦波输出。这种节电设施只能固定降电压，不能升压和稳压，不能实现电压的自动精确控制。特别当电网电压波动时，调控装置的输出电压也会上下波动，致使照明设施的工作电压处在不稳定的状态，无法达到对电光源的保护作用。当电网电压升高时，节电率不是最佳状态，而电网降低时，可能出现欠压现象，造成光源无法正常点亮，反而降低光源寿命，这是这类节电设施的缺陷所在。

    微电脑控制技术。其原理是使用微电脑控制技术，系统实时采集输出、输入电压信号，与最佳照明电压进行比较，通过计算自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压。

    它的技术特点是：1.采用微电脑技术和高可靠性的软件和硬件设计实现控制过程智能化。2.针对电网电压偏高和波动现象，实时对在线电源动态跟踪，对电流连续调节、调控输出最佳照明电压和功率，实现稳定工作电压，减小工作电流，提高电力质量，节约照明用电。3.多时段节能运行。可根据用户的实际照明需求，通过程序多时段节能电压设置，满足用户对不同光源、不同时间的需求，实现最佳照明状态和最大节电率。4.实现光源的软启动和慢斜波控制过程。由于采用低压软启动进行充分预热，能减少启动电流的冲击，有效提高光源的寿命。在调压、稳压过程中，智能调控装置采用慢斜波方式，让电压在设定时间内缓慢过渡，保证光源不受电压、电流的冲击，降低对电光源损坏，延长使用寿命。5.实现正弦波输出，对电网无谐波污染，对浪涌电压冲击时及耐瞬时大负荷冲击能力强。这类照明节电技术的实施成本虽然略高于前两种，但由于能实现智能照明调控，有效保护电光源，降低电能消耗，节能效果明显，所以经济性和可靠性远远好于前两种有功节能技术，是目前国际和国内比较成熟的照明节电技术。

    二、无功节能技术

    无功功率同有功功率一样，是保证电能质量不可分割的一部分。用电系统应该保证无功功率的平衡，否则将会引起线路损耗增大，电压降低，功率因数下降，甚至造成设备损坏。在道路照明中，无功损耗带来的利率电费和附加电费(无功损耗罚款)约占全部电费的20％。由此可见，增装无功补偿设备，提高网络的功率因数，对电网的降损、节电以及设备的安全运行具有极为重要的作用。

    目前在道路照明中，采用无功节能技术有三种：电容器单灯补偿、早期的电容器集中补偿和微电脑智能型集中补偿。

    电容器单灯补偿技术。它是在单灯灯具中安装电容器，分散补偿，达到提高功率因数的目的，对于一条路甚至几条路的路灯设施具有较好的补偿效果。但是对于不同的供电台区，由于遍布路、街、巷、小区等的灯具类型不同，光源种类不同，特别是多数站区安装不同瓦数的光源，于是整个站台供电系统功率因数就无法达到指标要求。此外，电容器开路损坏不易检测，难于维护，长期运行势必提高整个供电站台的无功功率损耗，降低供电效率，造成电能浪费，这是目前道路照明领域普遍存在的状况。

    早期的电容器集中补偿技术。其特点是，采用机械式接触器控制电容器投切方式，具有集中补偿、自动调控无功功率的特点。其缺点是，触电电流大，有涌流产生，易烧毁触点，缩短接触器、电容器使用寿命，而且转换开关时间长，易造成补偿滞后，不适应三相不平衡负荷。该技术是九十年代初期的标准，属于淘汰型技术，目前已经很少采用。

    微电脑智能性集中补偿技术。采用单机或DSP芯片以及大规模集中电路作控制模块和数据采集模块，能自动跟踪电网无功功率变化，快速采样、运算并发出投切信号。开关模块采用大功率晶闸管实现电容器组的零电压投入和零电流切除，无浪涌电流冲击、无火花和谐波干扰。该技术作为新一代的集中补偿技术，目前已被广泛应用。

    其主要技术特点：1.实现控制模块的数字化和智能化，确保控制精度运行的可靠性；2.全自动分相、分段自动按需补偿；3.物理量取样可为无功电流相角差等综合量，改善电网功率因数，降低总电流，使负荷功率因数控制在0．95—0．99；4.可根据三相无功功率的电流具体情况，选择单项分别进行补偿，不产生涌流冲击；5.采用无触电开关，切提速度快，整机使用寿命长；6.可灵活设定过压、欠压、欠流延时等参数，具有完善的越限报警和过压、欠压、缺相、缺零、谐波、越限保护缩闭功能，保证系统安全运行；7.采用“自愈式”电容器，具有使用寿命长、可靠性强、温升小、无需专门散热装置的优点；8.具有数据采集功能和标准的通信接口，可实现远程实时检测和计算机联网管理。此外，采用集中补偿技术，原有的单灯补偿装置对路灯系统并不构成影响，而能更好发挥集中补偿与分散补偿相结合的作用，具有很好的补偿和节能效果。

    总之，有功节能技术和无功节能技术各有优势，应该根据供电网络和路灯设施状况进行综合分析选择。笔者认为：有功节能技术宜采用微电脑控制技术，无功节能技术宜采用电容单灯补偿技术。