基于集中式直流供电LED智能照明系统的研究

　　0 引言

　　20世纪80年代之前，我国的公共照明设备普遍处于传统的电网供电和人工管理模式，路灯的运行状态主要通过巡线和巡灯的方式来实现，该模式的缺点是成本高、自动化程度低、不能实现本地调控和远程监控等自动检测、调光等智能管理。对故障的响应慢，存在发生故障时得不到及时维修而造成照明的不便甚至安全隐患等因素。

　　我国从20世纪80年代末到90年代初着手进行路灯监控管理系统的研究并投入使用，技术逐渐发展，实现了智能化实施线路管理与调光控制等，路灯的监控能力强，能迅速进行系统运作情况的数据采集、数据分析、按照程式规定的条件进行系统调控，实现故障条件判断进行故障定位，通过降低路灯系统成本，提高系统的监控能力和自动化水平，从而实现故障的快速恢复，减少故障时间，提高供电照明的可靠性及系统管理水平。

　　本文论述的基于集中式供电LED智能照明系统，就是在LED路灯产品大量普及、智能照明系统相对成熟的背景下应运而生的一种管理模式，该模式旨在向周围的若干支路的LED路灯供应直流电，通过智能管理实现安全、可靠稳定供电及二次节能。广东产品质量监督检验研究院承担了广东省地方标准"集中式供电LED智能照明接口"的起草工作，为此开展了一些初步研究， 敬请业界提出宝贵意见。

　　一、集中式供电LED路灯智能照明控制系统的特点与优势

　　（一）LED路灯的集中供电与传统供电系统的比较

　　1. LED灯具

　　（1）传统交流供电的LED灯具

　　LED灯具直接连接交流电网，一方面受电网的影响很大，例如电网对灯具的EMC影响和电网传输过来的雷击影响；另一方面，每只LED灯具都需有EMC、整流、功率因数校正、滤波、功率驱动、逆变降压、稳电压输出或再稳流输出至LED光源。灯具控制装置的电路复杂、元器件多，灯具成本高。而且相对而言，安全、EMC问题比较突出。这些使LED灯具的可靠性低并影响寿命（例如灯具中有耐受电网电压的电解电容等元件）。

　　（2）高电压直流供电的LED灯具

　　LED灯具连接在控制柜电源模块的直流输出端， 一方面， 基本不受交流电网对灯具的EMC影响和不受交流电网侧传输过来雷击的影响（当然也还是需要抵抗雷击打在直流线路上传输过来的脉冲影响）； 另一方面， 每只LED灯具可以不需要EMC、整流、功率因数校正、滤波、功率驱动、逆变降压等电路和元件。简单恒压型的只需很少辅助元器件， 直接输出至串联的LED光源， 或再加恒流电路输出恒定电流至串联的LED光源更好。如此， 灯具控制装置的电路非常简单，可靠性非常高，寿命可以很长，这对于使用环境条件恶劣的道路和隧道照明工程非常有利。复杂一些的智能直流LED灯具还需加上智能接收控制电路及内部智能控制协议程序， 灯具控制装置的元器件稍多，电路稍复杂，灯具成本稍高。但相对于同类的智能交流LED灯具来说， 仍然是简单得多，可靠性也更高，寿命更长，对于道路和隧道照明工程仍然非常有利。

　　2. 控制柜

　　（1）传统交流供电的LED灯具控制柜

　　高压钠灯路灯控制柜一般控制几十只高压钠灯路灯， 早期简单的控制柜由人工进行手动开关高压钠灯路灯；稍复杂一点的节能型高压钠灯路灯控制柜由半夜人工进行变压器转换降低功率； 更进一步的有接受远程控制对所有高压钠灯路灯或LED灯具进行统一自动开关或调光控制， 或对每只LED灯具进行单独智能控制。

　　（2）集中高电压直流供电的LED灯具控制柜

　　第一， 控制柜一般控制几十只LED灯具， 首先把电网交流电源变换为高电压直流电压输出给LED灯具，并且控制柜中含有智能控制电路模块使其能接受远程遥控， 进而控制电源模块调节输出直流电压的大小来对所有LED灯具进行统一自动开关及调光， 或者复杂一点的智能控制系统能对每只智能LED灯具单独进行多功能智能控制。

　　第二， 控制柜的电源模块可分为单个大功率电源模块或多个小功率电源子模块的组合。多个小功率电源子模块组合的直流输出又可分为并联后统一输出或各自多路输出。由于并联后统一输出方式可以做到当其中一个电源子模块出现故障时，热备份电源子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。但技术要求较高，例如各电源子模块直流输出电压的误差要尽可能小。直流输出电压可分为高电压直流例如300V（输出高电压可减少电线线路损耗，提高系统整体效率），或安全低电压例如120V以下（线路和灯具对人体的电气安全性高一些，但同等负载下电线线路损耗将大很多，线路本身的发热多，成本高）。

　　3. 线路

（1）传统交流供