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产品的技术走向与技术规
范
一、节电器产品实际运行情况
政府的照明节能工程,由于与“财政困难”,“政府形象工程”,“美化亮化工程”,“民心
工程”,“电荒”,“领导政绩”,“节能环保”,“绿色照明”等概念错综复杂地冲突,即使在全
国用电告急的这两年,各地也只是小心地试验使用,没有出现大面积推广的情况。除没找到
成功的“商业资金运作模式”外,更主要的原因是:国家没有明确的政策指导,没有满意的
技术产品,没有行业技术标准和规范,没有成功的示范工程,没有领导决策的充分理由。
最近,2004年7月16日,建设部的网站上,公布了《节约能源——城市绿色照明示范工
程》的文件,并明确推进照明节电,到2008年实现城市照明节电15%的目标,力求到2010
年实现建筑物室内照明节电10%的目标。“该亮的还是要亮,不该亮的不能乱亮”,并给出详
细的照度规范,这给各地方政府对城市照明工程,指明了正确的发展方向。文件的精神将大
大加快照明节能产业的发展,使更多的资金和人力投入到照明节能工程中,带动节能控制技
术,理论研究,软件技术,远程通讯技术及协议的发展。使我国城市照明节能工作尽快走上
科学、健康、可持续发展的道路。
城市照明工作总是在矛盾中发展。一方面,城市经济技术的高速发展,人民生活水平不
断提高,城市照明在改善城市人居环境质量和城市形象,提高城市整体素质,推动内需,拉
动城市夜间经济起到了显著作用,城市照明工作在城市建设及人们生活中的地位也越来越重
要,也得到了各级政府的高度关注,但庞大的电费开支和维护费用,又是各地方政府沉重的
财政开支。城市照明节能工作的普及开展,还有待商业运作与资金运作的成功探讨。
在城市照明节能资金商务运作方面,有些公司正进行尝试,要集中技术,生产,资本市
场,政府资源,广告资讯等各方,进行优势互补。目前正在探讨的模式有,路灯广告资源第
三方承包方式,BOT方式,能源合同方式,银行等第三方资金介入方式等等。
与城市照明节能相比,商业照明节能工作进展情况要好些。主要不是由于技术实现上的
差异,而是节能产品资金的可操作性。在工业照明、商场超市照明、学校照明等节能等实施
中,只要单位领导或设备科,通过测试,认为达到节能技术要求,资金比较容易到位和兑现。
这是企业行为的优势,而财政费用的使用要远远比这复杂。商业照明用户节能的积极性远远
高于城市照明,工厂、超市、写字楼、酒店宾馆、学校等室内照明节能工程,明显增加,成
为不可忽视的节能市场。
对照明节能控制器产品的普及使用,在短时间内还难以实现,但必将是一股强劲的发展
趋势,其涉及面广,市场庞大,从商业机会和社会价值而言,都是应该十分关注的。也迫切
要求质监、质检部门,行业认证部门,提前做好技术和产品的规范,国家行政部门做好政策
引导,使行业发展更加顺利,市场更加规范。
二、现有照明节电器产品技术分析与介绍
目前市面出现的照明节能控制器产品,从技术层面讲,主要有以下几种或它们的复合:
1、电容就地补偿及集中补偿装置
优点:简单,对电感镇流器灯具,能低成本有效降低视在电流,减少无功功率,提高电
网功率因数,减轻电网负担,降低线损,减小布线线径,从而降低故障率,一定程度上可缓
解电力紧张。
缺点:理论上不能节约有功功率,从而对用户来说,不能“节省电费”,只能对感性灯
具进行补偿,无法对光源进行照度控制。
结论:电力补偿设备,更多应属电力系统设备,不能作为经济意义上的“节能设备”。
2、分档调节电感镇流器:由传统电感镇流器增加绕组派生
优点:对新装灯具,只需配置分档调节镇流器,正常预热后,能自动增加电感量,进一
步降低灯电流,从而实现节能。
缺点:技术含量不高,有机械触点,切换时对部分老化灯容易引起熄灭,对现有灯具的
改造成本过高。
结论:技术和概念早已出现,最近有公司将其产品化并在部分路段实施,由于其固有的
技术缺点和不可发展性,产品估计难大面积推广。
3、“系统节电器”:由若干压敏电阻,TVS管组成,没有技术含量,很易仿制,主要吸收电
网的瞬变电压,有一定的设备保护作用,无节能功能,其节电率和相关概念纯属商业炒作。
优点:需要并联贴身安装(对浪涌电压吸收,吸收元件引线电感不可忽视),作为防雷及保
护设备并切实专业设计制造,也许是一个发展方向。作为今后发展节电控制器的保护部分,
值得借鉴和采纳。
缺点:目前市场上的“系统节电器”无任何节电可言,作为“保护器”,其技术设计也不严
谨,过长的引线,内部元件布局,对电压浪涌表现出很大的交流阻抗,即使采用纳秒级吸收
元件,在实际工程中也不会有动作。对抑制瞬态电压的保护系统,应采用非常规元件,非常
规设计,非常规的电路布局。
结论:作为节能设备的保护电路,可以采用,但不能作为节电技术产品。
4、隔盏亮,半夜灯
优点:在特定路段或场所,可起到节能作用,电路简单,成本低,可靠性高,改造方便。
缺点:影响正常照明,道路照度不均匀,影响社会治安和道路交通安全,属日本70年代试
验并否定的方案,国内大部分城市和地区仍然沿用并保留这种方法,实际使用很少,“电荒”
时有部分城市临时紧急采用。
5、SCR可控硅控制产品
优点:90年代电力电子新技术,体积小,效率高,噪音低,便于智能控制和嵌入控制,
输出电压有效值连续可调,在照明节能中,节电率可达20%,再高引起灯灭或闪烁,价格适中,
比较容易开发,产品有单灯控制和集中控制。
缺点:输出电压严重畸变,有浪涌电压,污染电网,产生干扰,无法满足电磁兼容要求,
影响电力调度,同时只能适应感性灯光负载,对目前的多元化照明和国家强制的电容补偿,
无法适应日益广泛使用的电子镇流器光源。
结论:与电源环保要求不适应,与市场照明负载不适应,属淘汰产品。
6、电磁自偶变压器固定抽头接触器切换产品
优点:效率比较高,噪音比较低,输出纯正弦电压,适应所有灯光负载。
缺点:体积大且笨重,固定降压,只能在通电前进行分档调节,工作时无法进行电压调
节(灯灭),节电率固定,无法智能化和以人为本,照度无法控制,往往是人流量最大的傍
晚(用电高峰电压低)亮度最低,而后半夜(用电低谷电压高)无人时反而灯光亮度最大。
结论:属50/60年代技术,也是现在路灯节电的主流产品,主要用于电力变换。采用传
统电磁产品用于节能,实在没办法的选择。
7、电磁自偶变压器抽头SCR切换产品
优点:效率比较高,噪音比较低,输出纯正弦电压,输出电压突变式调节,适应所有灯
光负载。
缺点:体积大且笨重,对城市道路照明的HID灯,突变式降压有灯灭现象,电压无法精
确控制,由于多SCR开关切换时,有共态导通,或短时开路引起过压,切换时有浪涌电流或
浪涌电压,故障率高。
结论:属电磁变压器与电力电子开关技术结合,SCR切换技术难处理或误触发,导致可
靠性较低,目前没有成熟产品。
8、电磁自偶变压器无级碳刷切换产品
优点:效率比较高,噪音比较低,输出纯正弦电压,输出电压可连续调节,适应所有灯
光负载。
缺点:体积大且笨重,控制用变压器为机械碳刷式,在大电流滑动时,有强烈电火花,
寿命短,过多机械部件,故障率高,同时碳刷过渡其间有电流切断现象,容易引起HID等的
熄灭。
结论:由于寿命短,市场没有成功的产品。
9、电磁感应变压器电机伺服无级调压产品
优点:输出正弦波,电压连续可调,适应所有灯光负载。
缺点:体积大且笨重,效率低,噪音大,输出电压不便于三相独立调节,无法适应三相
严重不平衡负载,有机械部件,寿命短。
结论:主要用于电力稳压,属当今电力稳压主流产品,由于其效率低,自耗大,作为节
能目的不适合,机械部件故障率也高,产品推广困难。
10、串联电感降压产品
优点:简单,成本低,可靠。
缺点:体积大且笨重,只能根据固定负载设计,无法采用现代控制技术控制。
结论:技术太落后,产品没有市场。
三、照明节能控制器技术现状与困境
一方面,照明节电的客观需求和呼声越来越高,国家对照明节电的政策也十分明朗,节
电企业对市场的投入和商业运作力度加大,节能企业一度企盼并积极等待着市场的启动,另
一方面,城市照明节能工程的运作,总是受政府资金,目前节能技术条件,成功资本运作的
的困惑,一度处于试验阶段而停滞不前。期中让市民和照明市政工程人员能接受的技术,是
影响工程的主要因数之一。
2002年以前,SCR单灯节电器以及SCR集中控制节电器比较好销,对纯电感照明系统
的节能控制也十分稳定,电压有效值能如愿实现实时分时段平滑调节,能做到模块化小体积
嵌入控制,价格也适中,在当时是近乎理想的节电控制产品,其谐波干扰也不显得十分重要。
但在随后的工程中,由于市政资源的利用,路灯普遍挂上商业广告,期中大量采用电子
镇流器节能灯,霓虹灯,商业室内照明也是如此,另外,由于电力的紧张,电感镇流器照明
电路也要求灯具电容就地补偿或集中补偿,而SCR节能产品根本无法适应任何少量的容性负
载,电容对突然SCR导通产生的大量低次谐波形成电源短路,电流过零无法判别,SCR过
流烧毁。销售技术支持工程师测出的照明工况,不适合SCR节能控制器安装的情况越来越多。
此时,各节能公司将方向转向传统的电磁技术,一时设计和生产出各种电磁自藕变压器
降压产品,或电抗降压产品,以适应容性负载的需要,取代SCR节能产品。
自藕变压器,在交流输变电的时代,从电气上讲,是一十分理想的器件。但对照明设备,
尤其是HID光源来说,其又存在不可原谅的缺点。HID灯,尤其是接近“老化”的HID灯,
对电流的切断和细小电压的突变,将引起灯管电弧的不稳和熄灭(熄灭后要冷却近10分钟
才能再次点燃),而自藕变压器电压抽头有触点和无触点的换档调节,都难以做到电流的连
续和电压的无级调节。
如果电磁自藕变压器从技术上能实现电流的连续切换和电压的无触点微小步进调节,只
要将高压落地变压器进行技术改造,就容易实现照明线路的智能化节能控制,那是最理想的
技术方案。
对电磁技术,目前进行测试的有手动换档的,有开机电脑检测电压自动切换档位的,但
在通电期间不能进行档位切换,固定降压,无法智能化和以人为本,照度无法控制,往往是
人流量最大的傍晚(用电高峰电压低)亮度最低,而后半夜(用电低谷电压高)无人时反而
灯光亮度最大。
在这种技术条件下,难怪有些城市领导指出:“只要影响照度,坚决不节电”。但如果有
一种理想“调光设备”,在人流最大时稳压调亮,而在大家进入梦乡时,在保障社会治安和
交通安全的条件下,能将灯光逐步调暗实现节能,同时又极大延长灯具寿命,领导还那样说,
就是对纳税人不负责任了。
只追求照明节能,很容易实现,不降低照度,不可能节能。能按人的需要,保障最舒适
的照度,保障社会治安,保障道路交通安全的同时,极大限度地节约能源,才是我们追求的
最高目标。
我们呼唤社会各方,共同努力,不论从技术实现上,还是商业资本运作上,探索出可行
的路线,尽快使我国照明节能走出困境,实现技术突破,运作模式突破。
四、节电器技术走向与发展趋势
“电力技术是通向可持续发展的桥梁”,这个论断已经逐渐成为人们的共识,但传统的
电力技术,其创新和出现重大突破往往比其它科学更为艰难,这点从广泛使用并十分重要的
“交流稳压器”技术及发展可以见证。
我们知道,50/60年代的磁饱和交流稳压器,70、80年代的614电子管交流稳压器,
后来出现的SCR技术的抗干扰精密交流稳压器,现在的无触点补偿式交流稳压器,电磁感应
式交流稳压器,自藕炭刷式交流稳压器,这些稳压器从技术上都十分传统落后,技术不尽人
意,不是波形畸变,就是响应速度慢,容易自激,负载效应容易过压,体积庞大。若作为节
能降压设备,其本身有的耗能就十分巨大,价格也十分昂贵。从技术方面突破十分艰难,以
至于在一些高可靠性要求和防雷保护方面,古老磁饱和交流稳压器仍有其不可动摇的地位。
从此看出,我们难以指望传统电力的稳压技术,来帮我们解决照明节能控制的问题。
随着电力电子技术的发展,特别是近年来,新材料的发展,大功率电力电子器件的重大
进展,以电力调节和能源处理的技术突飞猛进,电力拖动,变频调速节能日趋成熟,可控硅
(SCR)、可关断的晶闸管(GTO)、MOS控制的晶闸管(MCT)、绝缘门极双极性三极管(IGBT)
等大功率高压开关器件的开断能力不断提高,这将引起传统电力技术的一次重大革命。
尽管爱迪生追求和预言的完美直流输电,随着电力电子科技的进步,露出美好的曙光,
我们也迫切希望尽快结束我们厌恶的交流输电系统,在直流输电系统里,一切都是那么美好
和容易控制。
但我们不能等待50年,等待100年,我们现在面临我们必须解决的困难,我们必须寻
找新的理论,新的途径,帮我们解决由来已久的交流调压稳压问题。
借助电力电子技术,我们需要技术创新,别无选择地寻求解决传统技术无法解决的问题,
使“交流稳压”设备“硅片化”,“小型化”,“模块化”,“智能化”,这是现代“交流稳压器”
发展的必由之路,也是照明节能控制调光设备的必由之路。
五、理想节电控制器模型与电气、通讯协议规范
照明节能控制器负载假设:
⑴一切电感镇流器灯具,包括电感启动日光灯、霓虹灯,电感启动水银灯、钠灯、金卤
灯等。
⑵一切阻性负载光源,包括白炽灯,碘钨等、卤素灯等。
⑶一切电子镇流器节能灯和电子镇流器HID灯。
⑷带功率因数补偿电容的电感镇流器灯具,带集中或分散电容补偿的照明线路。
⑸以上照明负载的混合负载线路。
⑹允许少量动力负载(降压节能不显著),办公自动化设备(内部开关电源自动稳压,
外部降压不能节电),内含功率因数校正(PFC实现内部稳压)的电子镇流器光源。
照明节能的理由和依据:
⑴通过对照明线路输出电压的调节,降低光源的有效电流,在电压线性下降的初期,照
度并不明显降低,而节约功率却按电压的平方下降。
⑵恒定调节输出电压,对较高电网电压(通常在230V以上,电极过渡损伤,高温),
可实现灯具的保护,延长灯具寿命,同时也有较大节电空间。
⑶对照明现场的照度调节,以满足环保和绿色照明指标,同时节能。
⑷根据场所的情景变化,“以人为本”,“按需调亮”,“实时调亮”。
理想照明节电控制器的模型:
1、基本电气功能
①能适应阻性、容性、感性及一切电力负载:照明负载的复杂性和混合性。
②对电网无污染,不增加电流谐波:对电网的环保要求。
③实现实时动态电压调节:调压调光,以人为本。
④电压调节步进值小于2伏:HID灯电压突变3伏以上,容易导致灯灭。
⑤电压调节时,不能出现电流切断现象:HID灯断流,引起灯电弧熄灭。
⑥电压调节范围为140V至输入电压:正常点亮的HID电感镇流器灯,降压在140V
以下时容易熄灭。
⑦通电时,要有预热功能:保障HID灯的充分点燃。
⑧有用户可编程按时段调节电压功能:根据照明环境需要,个性化保护节能方案。
2、保护功能
①欠压、过压设备保护功能。
②过流设备保护功能。
③过热设备保护功能。
④温度传感器,电脑外部设备自检保护功能。
⑤主变压设备检测与故障保护功能。
⑥主变压辅助设备检测与故障保护功能。
⑦防水、防破坏检测,异常状态检测,安全检测报警。
3、通讯接口及RTU功能
①硬件上有RS232口,USB口或SPI口等资源,以便连接GPRS电台等,实现RTU。
②软件上有通讯接口。
③电脑主板能采集输入输出电压,输出电流,功率因数,设备温度,等基本设备状态参数,
以及设备安全,照明情况等相关参数,并上传上位机。
④电脑主板能接受上位机的数据传输以及执行各种实时命令。
⑤制定行业标准的通讯协议并公开。
4、无条件保障照明功能
照明可靠性,事关重大,宁可不节能,也要首先保障照明。
①有机械旁路功能。
②检测到设备出现可恢复性故障时,保障本次照明,不节能,下次照明,故障恢复
正常进入节能。
③检测到设备出现不可恢复性故障,如器件损坏等,强制机械旁路。
④当电源、电脑控制板出现故障,设备旁路保障照明不节能。
六、尽快制定行业技术规范,促进照明节能技术发展
在我国,目前节能行业已基本形成,相关节能法律法规也逐步出台,绿色照明示范工程
的实施,也给行业一个十分利好的消息,照明节能市场的庞大,一定会使许多等待观望的资
本,看到出路,技术的突破也将是必然。
但就目前节能行业,不论是从资金实力,经营规模,技术能力,还是行业规范,企业自
律,商务运作模式,还有许多路要走。为了少走弯路,首要问题是制定技术规范,行业标准,
明确技术要求,集中技术力量,尽快完善我国照明节能的技术与理论。
呼吁尽快制定照明节电行业技术规范,相关技术标准,正确引导行业技术发展方向。
七、Mni智能电感技术解决方案
⑴采用电力电子技术,将工频自藕变压器高频化,实现超大功率的高效率小体积化。
⑵利用电力电子器件,实现电压调节的无触点化。
⑶采用10位数字电位器,。
⑷电磁兼容,输出纯正弦波,电压平滑连续调节。
⑸在调压过程中,能量四象限流通,因此适应阻性、容性、感性等一切负载。
⑹采用ARM7TDMI32位工业嵌入控制,移植其它芯片也容易。
⑺具有全方位的智能电感保护功能。
⑻可制作功率不限,目前加工条件可制作3X6000A。
⑼采用C/C++开发,移植方便。
⑽具有RTU软硬件接口。
⑾具有无条件保障照明功能。
采用Mni智能电感技术,由于电压的高度平滑调节,大大降低“半老化HID灯”的熄
火电压,灯内电弧更稳定,降压调亮节能空间更大,节电率更高,更能极大保护灯具和延长
灯具的使用寿命,实现“按需调亮”,“实时调亮”,“钠灯、金卤灯宽范围调亮”,“一切灯光负载
调亮”。
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多年企业管理咨询经验,专注为企业和个人提供精品管理方案,企业
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