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桑達直流集中供電智慧照明解決方案 ——LED城市道路照明篇

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桑達國際電源 2017-04-21

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隨著城市照明建設(shè)的發(fā)展，雖然智能控制系統(tǒng)技術(shù)越來越成熟，但 “LED智慧照明路燈”還只是一種多功能的復(fù)合燈標和服務(wù)平臺。為了推動LED照明在城市道路照明的發(fā)展，實現(xiàn)故障的快速恢復(fù)，提高供電照明的可靠性及系統(tǒng)管理水平，路燈照明還需實現(xiàn)全面突破。

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一、智慧照明存在的發(fā)展瓶頸

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近年來我國的資源環(huán)境問題日益突出，戶外道路照明約占整個照明用電的30%以上，節(jié)能減排勢在必行。LED節(jié)能路燈雖然經(jīng)過了十多年的發(fā)展，但還在采取的每盞燈具交流供電、AC-DC驅(qū)動電源方案，嚴重制約了LED路燈的發(fā)展，成了LED路燈舉步不前的瓶頸。主要存在如下因素：

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１、安全防護問題突出。 路燈點多面廣，有的是電氣光源不合格，鎮(zhèn)流器被擊穿導(dǎo)致燈桿帶電，有的電線接線端子燒毀造成燈桿帶電，還有的是潮濕、雷雨天氣漏電。一旦漏電就極容易造成嚴重的人身安全事故。比如2012年6月15日21時左右，發(fā)生在廣西玉林市苗園路的觸電事故，造成一名男子被電擊。2013年安徽淮南市路燈燈桿漏電傷人事故；2013年7月26日廣西北海市燈桿漏電傷亡事故。

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２、穩(wěn)定性與可靠性問題突出。從目前LED道路燈具失效統(tǒng)計分析，AC-DC電源是LED燈具的高頻故障點，達到90%以上，隨著使用年限增加故障率加速放大。其次，目前的LED路燈維修點在燈桿高空單元，登高車、技術(shù)工人、高空作業(yè)、封路作業(yè)帶電作業(yè)必不可少，維修工作困難，存在一定的安全隱患。這也是LED路燈叫好不叫座，節(jié)能不節(jié)錢的主要原因之一。

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二、桑達直流集中供電智慧照明解決方案

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基于LED路燈發(fā)展瓶頸，桑達立足道路照明的功能特點，從應(yīng)用的角度，利用二十多年的電源、燈具的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗，根據(jù)多項專利技術(shù)，特別是獲得“中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎”的“LED照明驅(qū)動電源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，研發(fā)出了直流智慧照明解決方案。

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１、直流成為電能傳輸、儲存、使用的主流將成為必然。

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100多年前，直流電的鼻祖愛迪生發(fā)明了直流電，為了證明直流電更好，不惜用交流電來電死大象的安全問題來狙擊特斯拉的交流電，但終因電子技術(shù)的局限，直流沒有得到推崇。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及LED照明和新能源的大規(guī)模應(yīng)用，使直流電重新回到人們的視野。

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新能源太陽能和風(fēng)能的出現(xiàn)都對交流電的地位產(chǎn)生了新的質(zhì)疑。太陽能產(chǎn)生的是直流電。風(fēng)能發(fā)電機由于速度的不確定性讓并網(wǎng)造成了困難，轉(zhuǎn)成直流是其中一個有效的解決方式。另外，工程師們發(fā)現(xiàn)對傳統(tǒng)的發(fā)電機進行變頻處理整流成直流后使用，可以讓很多發(fā)電機的效率提高5%～15%。

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用電設(shè)備的結(jié)構(gòu)變化使直流用電更高效。很多主流電機應(yīng)用，例如空調(diào)、冰箱的壓縮機都需要變成直流變頻后使用才能更加高效。更加不用說消費型電子（如LED電視機，電腦，手機）用的都是3.3V~48V的直流。越來越多的數(shù)據(jù)中心也開始采用直流供電系統(tǒng)。LED照明的直流化供電已經(jīng)開始。

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直流的存儲功能更便捷。傳統(tǒng)電網(wǎng)中的交流電是不能存儲的。但是，直流可以儲存在某些化學(xué)介質(zhì)中。新型電池技術(shù)，例如高密度的鋰電池，讓大規(guī)模電的存儲變成了可能。大量的電，特別是太陽能中的電被存儲在了電池中，以供需要的時候用。跟儲能相關(guān)的移動電子設(shè)備，電動汽車都開始占據(jù)或者進入人們的主流生活。

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直流用電更安全，不同頻率的交流電對人體影響也不同。人體對工頻交流電要比直流電敏感得多，接觸直流電時，其強度達250毫安有時也不引起特殊的損傷，而接觸50Hz交流電時只要有50毫安的電流通過人體，如持續(xù)數(shù)十秒，便可引起心臟心室纖維性顫動，導(dǎo)致死亡。交流電中28-300Hz的電流對人體損害最大，極易引起心室纖維性顫動。 我國采用的工頻交流電源為50Hz,對人體損害是較嚴重的。 IEC標準規(guī)定，通常狀況下，安全電壓上限值為交流50伏或無波紋直流120伏。在特殊狀況下，接觸電壓上限值為交流25伏或無波紋直流60伏。人體通過的安全電流值交流為10毫安，直流為50毫安。簡而言之，交流對大地形成回路，接觸火線易引發(fā)觸電事故。直流浮地供電，對大地?zé)o回路，安全性高。

直流輸電傳輸效率高。直流界電不存在磁滯損耗和渦流損耗，線損較??；相同電壓等級條件下，直流輸電的功率約為交流輸電功率的1.5倍；

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直流線路降低投資成本。直流輸電方式采用雙極型，比交流的三相五線至少節(jié)約一根導(dǎo)線，造價低，可節(jié)省線路成本30%～40%左右；

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直流用電提高了電網(wǎng)運行的安全性，用電設(shè)備更安全。交流電網(wǎng)用直流隔開后，由于電網(wǎng)

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小了其短路容量也較小，對電氣設(shè)備有利，事故停電的影響范圍也較?。徊灰桩a(chǎn)生浪涌電

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流，用電設(shè)備更安全。

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２、工作原理

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首先通過直流集中供電柜把電網(wǎng)交流電源變換為高電壓直流電壓輸出至LED燈具，并且供電柜中含有智能控制電路模塊使其能接受遠程遙控，來對所有LED燈具進行統(tǒng)一自動開關(guān)及調(diào)光等多功能智能控制。通過智能管理實現(xiàn)安全、可靠穩(wěn)定供電及二次節(jié)能。

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供電柜的電源模塊直流輸出并聯(lián)后統(tǒng)一多路輸出，當其中一個電源模塊出現(xiàn)故障時，熱備份電源模塊立刻接入輸出線路，既能保證系統(tǒng)在同等功率輸出下可靠運行，又可使電源子模塊備份數(shù)量減至最低。

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３、桑達直流集中供電智慧照明解決方案

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桑達直流集中供電智慧照明系統(tǒng)基于先進的通信技術(shù)，包含直流集中供電控制柜、LED驅(qū)動電源、LED燈具、智慧照明管控平臺四部分。（1） 直流集中供電柜

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所有燈具的控制裝置(即驅(qū)動電源)不需要“交流-穩(wěn)定直流”變換這部分功能，而全部由集中控制柜的多個大功率電源模塊替代，驅(qū)動電源與LED燈具分離，使燈具發(fā)熱減少，驅(qū)動電源也因自身的環(huán)境溫度大為降低，使得燈具的可靠性非常高，壽命很長。又不存在功率因數(shù)問題，供電線路損耗也大大。同時，電源模塊也做到了高可靠、長壽命、高質(zhì)量，且使燈具和系統(tǒng)效率高，綜合系統(tǒng)成本降低。也就是說，桑達直流智慧照明系統(tǒng)最大的優(yōu)點是LED燈具可以做得很簡單，從結(jié)構(gòu)上容易做到互換，降本節(jié)能長壽。

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(２) LED燈具

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直流供電，LED燈具不受交流電網(wǎng)對燈具的EMC影響和不受交流電網(wǎng)傳輸雷擊的影響；每只LED燈具控制裝置的電路非常簡單，可靠性高，壽命長，功耗低，溫升小。（3）供電線路

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智能照明系統(tǒng)改造中可利用原交流供電電網(wǎng)的電源線來作直流輸出線路，輸出直流供電線路可以是三線(對>120V高電壓直流的正極、負極和地線)，也可以兩線(對應(yīng)于≤120V直流的正極、負極，且滿足安全特低電壓的各項要求時)，比傳統(tǒng)的三相五線交流供電線路要節(jié)省投入成本。

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（4）桑達直流集中供電智慧照明監(jiān)控管理平臺

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桑達直流集中供電智慧照明監(jiān)控管理平臺采用可編程控制器控制和先進通訊遠程控制，便于用戶掌握使用、查詢和設(shè)置參數(shù)。系統(tǒng)集計算機技術(shù)、智能控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)于一體，既實現(xiàn)了系統(tǒng)的自我測試、自動診斷、自動控制，又實現(xiàn)了供電系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。也可根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)緯度，實現(xiàn)自動開關(guān)燈；還可以分時段設(shè)定亮度值，實現(xiàn)定時分級調(diào)光功能，從而實現(xiàn)更人性化的管理，提高節(jié)能效果。

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本地監(jiān)控：可遠程對路燈進行調(diào)光和開關(guān)，路燈故障信息顯示，電參數(shù)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)的匯總管理。

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云端、APP監(jiān)控：用戶通過操作手機、平板或電腦等客戶終端上的客戶端軟件，即可對照明燈具進行管理

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（5）智能擴展，開放兼容

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桑達直流集中供電智慧照明監(jiān)控管理平臺是一個信息收集的開放兼容性平臺，使用者可以利用這個網(wǎng)絡(luò)中的信息資源開發(fā)應(yīng)用，對接其它行業(yè)子平臺，城市物聯(lián)網(wǎng)。

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該平臺也可以隨需擴充應(yīng)急報警、無線WIFI、壓力變送、燃氣泄漏監(jiān)測、井蓋異動監(jiān)測、水位超限監(jiān)測、PM2.5環(huán)境監(jiān)測、智慧停車、城市供水管道泄漏監(jiān)測、道路積水監(jiān)測、通訊監(jiān)測等智能模塊，平滑對接新能源（光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電）。

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４、系統(tǒng)優(yōu)勢

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系統(tǒng)通過內(nèi)置模塊，可實現(xiàn)遠距離分級調(diào)光，實現(xiàn)二次節(jié)能；管理人員也可以隨時通過平臺了解燈具工作狀態(tài)，根據(jù)使用需求與環(huán)境變化，輕松實現(xiàn)遠程控管。其穩(wěn)定抗擾、安裝簡易、可靠性高、驅(qū)動電源與燈具使用壽命長等優(yōu)勢，比傳統(tǒng)LED照明更加安全可靠、節(jié)省可觀的經(jīng)濟投資。

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（1）安全可靠直流供電，零交流觸電傷亡事故；多級防雷安全配置。

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（2）維護簡易燈桿設(shè)備最簡化，模塊配置在地面，無需高空、封路作業(yè)；模塊化熱插拔設(shè)計，N+1冗余。

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（3）節(jié)能環(huán)保高壓直流供電，功耗低，溫升小；功率因素高于同檔AC驅(qū)動；分級調(diào)光，按需照明，二次節(jié)能。

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（4）遠離頻閃 直流供電，無交流頻閃，確保夜間行車舒適與安全

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（ 5）降低成本 系統(tǒng)綜合投資成本低于AC方案；無需鋪設(shè)調(diào)光線，可通過調(diào)節(jié)直流電壓， 實現(xiàn)低成本調(diào)光控制；DC-DC驅(qū)動電源壽命長于LED芯片；

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（6）保護投資可升級現(xiàn)有的或已實施的項目；集成單燈控制。

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（7）管控靈活單燈控制與回路控制靈活混搭，滿足單燈監(jiān)控需求；

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（8）遠程監(jiān)控自動遠程報警；遠程對路燈調(diào)光和開關(guān)，路燈故障信息顯示，電參數(shù)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)的匯總

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（ 9）系統(tǒng)全能一套系統(tǒng)，可同時管控道路照明、室內(nèi)外照明、景觀亮化照明等多種場景。

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? ? （10）防盜竊電 通過對路燈線纜進行全天侯實時監(jiān)測，自動報警，防線纜被盜；竊電發(fā)生時，設(shè)備將數(shù)據(jù)上傳至平

臺，平臺會自動報警提示。

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本文從傳統(tǒng)LED照明所面臨的難題及發(fā)展瓶頸出發(fā)，探討LED智慧照明的直流供電發(fā)展方向，重點介紹桑達直流集中供電智能照明解決方案。該方案作為一種新型LED智能照明供電技術(shù)，其優(yōu)勢是提高了LED燈具及智能照明系統(tǒng)集中供電的可靠性，降低運營成本，管理智能化，從而實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的用電理念，推動智慧照明更理性更健康地發(fā)展，真正實現(xiàn)智慧城市低碳綠色。