城市路灯照明节能措施的研究与探讨

城市路灯照明节能措施的研究与探讨（精选5篇）

城市路灯照明节能措施的研究与探讨 篇1

城市路灯照明节能措施的研究与探讨

黄冬来[1]

冯海清[2]

石强[3]（黄冬来[1]，湘潭职业技术学院，湖南 湘潭 411102 冯海清[2]，湘潭职业技术学院，湖南 湘潭 411102 石强[3]，湖南华菱线缆有限公司，湖南 湘潭 411102）

［摘 要］ 本文针对城市路灯照明的电能消耗，在不影响正常城市照明需要的前提下，对路灯照明系统的各个环节，就如何保证照明质量，提出有效的降低电能耗损措施，实现城市亮化合理、科学用电、有效的实现节能降耗。［关键词］ 路灯照明 降损 节能

Research and Discussion on the measure of energy saving for streetlamp

Huang Donglai Feng Haiqing[2]

[1]

[2]

Shi Qiang[3]

（Huang Donglai[1]，Xiangtan Vocational & Technical College, Xiangtan 411102, China

Feng Haiqing，Xiangtan Vocational & Technical College, Xiangtan 411102, China Shi Qiang[3]，Hunan Valan wird & Cable CO.,LTD

Xiangtan 411102, China)

Abstract:For electric power consumption of city lighting engineering，this paper analyse every link of streetlight system and propose effective measure of reducing electric power loss about how to ensure quality of lighting，realize reasonable brightization of city、saving energy and electricity。

Key words:

Energy Conservation;lose reducing

一、引言

路灯作为城市亮化工程的主要组成部分，在夜晚，起到了非常重要的作用。路灯不仅提供夜间的交通安全照明，更是维持夜间治安必要的设施。从路灯设施的好坏可以看出一个城市现代化的水平，达到改善城市夜间形象，提高城市的知名度和美誉度的效果，因此世界各城市对路灯设施的建设均非常重视。但是路灯照明在起着重要作用的同时，也在消耗着大量的电力能源。据相关资料显示,目前我国用于照明的年用电量达3216亿度，约占全国总发电量的12%～13%，而城市照明(指景观照明和功能照明的统称)的年用电量约占全国总发电量的6%～7%。在这个数据的背后隐藏有诸多城市在积极注重城市形象建设和品位提升，加强城市亮化工程的建设的同时，也造成了城市亮化照明用电消耗的大幅提升。以湘潭市的道路照明消耗为例：目前湘潭市采用的路灯，主要是高压钠灯，一盏路灯的功率约为100W－300W，一些大型路灯功率可以达到1000W以上。我们以一盏路灯200W来计算，一个晚上工作12个小时，那么一盏路灯就要消耗200×12/1000＝2.4度电能，湘潭市近20余万盏的路灯一年的电能消耗近两亿度，合计路灯照明的电能消耗开支近亿元。特别是随着近几年来能源价格的大幅上涨，庞大的路灯电费开支也成了当地政财的一大负担，缺电和照明落后成为制约经济发展的瓶颈。照明节电问题也列为了除动力用电节电以外的另一重大节电项目，这无疑对推动用电节能工作的开展，具有非常重要的意义。

二、城市路灯照明的现状及问题 1.重形象、轻科学规划

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从调查走访过的城市分析，我国诸多城市的夜景照明均存在过于追求城市形象和亮度，而存在着对城市照明系统的科学分析论证不足、统一规划或规划相对滞后的问题。出现了诸多该亮的不亮，不该亮的反而很亮的现象，整个城市的夜景分散零乱，没有主次和特点，这样的设计规划不仅浪费了能源，而且整体照明效果也不好。2.重景观、轻功能照明

笔者通过对多个城市照明项目实例进行了对比分析，其中完成夜景照明的实例占整个城市照明工程实例的2/3；而功能性照明实例，如道路、桥梁、隧道等照明实例仅占整个城市照明工程实例的1/3左右。明显反映出了城市照明工程规划重景观、轻功能照明，这也应引起我们的高度重视。3.照明亮度超标

在我国的部分城市因过于追求城市形象，盲目追求灯光照明的亮度，出现了部分城市的交通主要干道路面照明的平均照度，均大大高出我国或国际标准规定的照度值（国家规定主干道的平均照度为30lx），路面平均照度的平均值达到51lx，个别路面平均照度竟然达到了105lx。这种盲目追求路面亮度的现象，不仅造成了电能的过渡浪费，而且还产生了照明眩光、光污染等问题，其照明的负面效应较为突出。4.管理问题

由于城市路灯照明系统管理制度的不完善，造成部分城市只重建设而轻管理的现象，特别是在照明工程建成竣工后，照明设施的维护管理工作未能跟上，以致不少工程出现了亮灯率低，照明效果急剧下降的现象。

三、城市路灯照明节能措施

（一）照明设备的节能 1.光源的节能

道路照明系统应积极推广节能型的高压钠灯、金属卤化物灯。高压钠灯和金属卤化物灯是目前高强度气体放电灯(HID)中主要的高效照明产品。高压钠灯的特点是寿命长、光效高、透雾性强。可广泛用于道路照明、泛光照明、广场照明等领域。用高压钠灯替代高压汞灯，在相同照度下可节电37%。金属卤化物灯是一种在高压汞灯的基础上在放电管内添加金属卤化物，使金属原子或分子参与放电而发光的高压气体放电灯，它的特点是寿命长、光效高、显色性好，广泛应用于城市景观照明、商业照明、体育场馆照明等领域，用它替代高压汞灯，在相同照度条件下，可节电30%。

大功率高光效LED照明光源也是近年来国内外快速发展起来的新型光源,它具有光效高(≥90 lm/W(1W LED))、寿命长(30000～50000h)、耐震动不易损坏、瞬时启动、光源中不加汞，无污染，而且可以充分利用太阳能和风能发电，达到弥补电能不足等优点。在同样亮度下，LED灯的耗电量仅为普通白炽灯的1/10，而其寿命却可延长100倍，特别符合绿色照明的理念和要求，因此积极推广LED路灯具有重要的节能意义。2.灯具的节能

转变道路照明工程建设的传统规划观念，积极选择配光好、效率高、维护工作量小的灯具，如：LED照明，在达到同等照明水平的基础上，减少灯具的数量，从而起到节约能源的效果。

各个城市可因地制宜选择太阳能路灯和风光互补型新型的路灯。考虑主干道采用高压钠灯照明；次干道和一般道路使用太阳能和电网自动投切供电的高效LED照明形式；城郊结合部道路积极推广高效LED太阳能或风光互补型路灯。通过减少路灯照明对电网供电的依赖，达到用电节能的目的。3.选用节能型电感镇流器

电子镇流器的工作原理是将50Hz工频电源先整流为直流电,再经高频振荡电路变为高频

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交流电亮灯。电子镇流器采用有源功率因数校正的方法,其功率因数可达0.99,降低了输入电流,降低了供电线路的负荷与损耗。电子镇流器与电感镇流器相比,节电30%以上,对电网输电损耗减少70%以上。

由于电子镇流器需要并联电容产生高压谐振点亮灯的特点，如果谐波控制不当,会增强电极溅射、电磁波污染严重等缺点，但因其高的节能性、大量节约有色金属的优点,仍是路灯系统的首选。

（二）路灯供配电系统节能 1.变压器节能

保持变压器的高效率工作，是减少变压器损耗的基本手段。路灯供电系统应根据负荷大小，合理选择变压器容量和高效率的变压器，使其运行过程中保持较高的效率。同时在白昼期间对变压器实施高压侧切除，以消除变压器的空载运行损耗，也可实现节能的效果。

2.三相平衡

合理布置变电站的位置，科学布设供电线路，减少变电所的低压侧的线路长度，保持负荷的三相平衡，减少线路损耗，也能起到节能效果。

3.采用智能光源降压—稳压—调光技术

在夜间交通繁忙时段，控制路灯保持较高的照度；接近午夜时分，开始自动调光、控制路灯保持较低的照度。采用光源降压—稳压—调光技术在调光的同时，也大幅度的降低了电能消耗，节约有功电耗可达30%以上，采用此项技术还可延长路灯的使用寿命。

4． 无功补偿

由于道路照明灯具绝大部分属于感性负荷，运行功率因数往往不到0.5，所以线路中存在较大的无功电耗。如果将现有的供电系统电容集中补偿形式改造成单个灯具内进行功率因数补偿，则可将功率因数补偿到0.9 以上，则可降低线损70%以上。

5． 规范电工操作工艺

在路灯规划和安装的过程中，通过进行合理的布局，尽量减少导线的接头、改善导线的铰接工艺质量、做好连接导线处的绝缘恢复等工作，来积极降低导线接触电阻和漏电流的影响，达到电能传输线路损耗降低的目的。

（三）路灯管理节能 1． 合理确定照明标准

根据道路类别、所在环境及在城市路网中的重要性等,确定所设计道路的合适照度值，不应盲目追求高照度。一般中小城市道路的平均照度取值接近设计标准的低档值,中心城市、大都市的设计取值靠近设计标准的高档值；即使同一城市，也可根据道路的需要合理的选择照度值，实现电能的有效利用。

2． 半夜灯控制

由于现在城市的主干道路幅较宽，较多的考虑使用了双臂灯或单臂灯，而下半夜，车辆稀少，对照明质量的要求可以适当降低。此外，现在很多三块板式的道路结构，在照明设计时通常考虑了快、慢车道及人行道的照明。而在后半夜，慢车道的非机动车和行人很少，对照明的要求不高。对于这些情况，采用全、半夜灯的运行模式，合理的关掉部分路灯照明，可取得较好的节能效果。

3.合理的养护与管理制度

由于光源和照明灯具的污染，使光通量降低、这也是造成能源浪费的原因。制定合理的养护管理制度，及时修复故障灯，定期更换寿命到期、光通量降低的光源，及时维护供电线路也是重要。通过对照明灯具的经常清洗，去除灯具表面的灰尘和污垢，只需花费少量的资金，就能使路面的平均照度大为上升，也可取得不错的照明效果。

（四）使用先进控制装置，实现智能控制节能

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积极加装“三遥”控制路灯系统。路灯管理人员可在确保照明功效的前提下，对具体道路进行夜间路灯使用情况的调研分析，并根据调研结果适时对亮灯数量，可以根据实际需要及天气、节令变化控制路灯的随时开启和关闭，可以根据昼夜时长差异灵活控制路灯的开启和发光明暗程度。利用“三遥”控制系统，将路灯在后半夜利用率较低的时候将二头灯或多头灯自动熄灭变成单头灯, 也可以把双排灯自动熄灭变成单排灯, 使路灯由原来的“全夜灯”变成“半夜灯”,从而避免了电能的严重浪费。

四、结论

构建城市路灯较为系统的节能体系，实现路灯的有效的节能，应从多方面入手，全面系统地进行设计施工。在保证正常照明的需求前提下，选择适合于本地实际的节能方式，不盲从，不生搬硬套别人的方案，合理预算，有效分配资金，严把施工质量，把我们的城市建设得更亮、更美、更环保。

参考文献: [1] 中华人民共和国行业标准《城市道路照明设计标准》[S] 45—2006 [2] 方大千,等.节约用电实用技术回答[M].北京:人民邮电出版社,2008:235-236.[3] 马志溪.供配电工程[M].北京:清华大学出版社,2009:331.[4] 许继明.路灯系统节能探讨[M].北京:电子工业出版社,2007 :1.作者简介：黄冬来[1]（1976-），男，湖南湘潭人，讲师，研究方向：电工和电子技术。

冯海清[2]（1950-），男，湖南湘潭人，高级工程师，研究方向：节能技术的研究。

石 强[3]（1982-），男，湖南湘潭人，助理工程师，研究方向：LED照明。

城市路灯照明节能措施的研究与探讨 篇2

环保节能是21世纪共同的话题, 绿色的洁净能源让我们的生活环境更为宜人, 是一种更为新的能源方式, 已经成为了人们的共识。环保节能的作用和意义无疑是非常巨大的。

人类在照明领域, 自从钻木取火之后, 人类在改造照明上发挥了自我的能动性, 克服黑暗, 从形形色色的蜡烛主宰的封建时代, 一直到工业革命时代, 爱迪生发明了钨丝白炽灯泡, 对世界的照明方式又产生了革命性的改变。但是, 照明所制造出来的各种污染对于城市的环境压力无疑也是非常巨大的。因此, 城市的照明系统如何更环保更节能, 如何更好地处理好城市的照明系统的绿色革命, 不仅仅要从个人的家居照明设施和系统着手, 也要从城市的公共照明设施, 像路灯等的绿色改造入手, 促进整个城市的绿色照明的发展。

1 城市绿色照明和路灯节能的重要性和困境

城市照明系统包含三个方面, 一方面是个人的家居照明设施和系统, 另一方面是企事业单位, 各种商业机构和事业机构的照明系统和设施, 第三方面是公共交通和公共设施的照明系统和设施。这三方面共同组成了璀璨的城市夜景, 是城市荣耀的象征。给人们带来光辉和照耀, 以及各种安全和保护。

不过城市的照明系统目前也有很大的问题。因此, 在上个世纪的90年代, 美国国家环保局就提出了城市绿色照明的理念。城市绿色照明包括高效节能、环保、安全、舒适四大方面, 城市绿色照明不仅仅是在环境的保护上面下功夫, 而且还在人类的可持续发展, 以及人类的身体健康方面发挥重要的作用。城市绿色照明的理念很快也得到了很多发达国家以及发展中国家的认同。因为很多发达国家已经面对着几次工业革命之后所产生的一系列环境问题, 而这对于发展中国家也是具有很大的启示意义。

而正如上面所谈到的, 城市的照明系统中, 有一个非常重要的方面就是城市的路灯照明系统。路灯照明系统对于人们的出行安全是有重要意义的, 因为人们要通过路灯的照明来引导他们出行。目前路灯照明的能源消耗是非常严重的, 这对于发展节能环保的社会, 促进人类和资源的可持续发展是有所限制的。目前城市绿色照明和路灯节能方面所遇到的困境有以下几点。

1.1 LED白光技术还不成熟

虽然LED的节能和环境友好特征已经收到很多国家和学者的重视, 但是目前LED白光灯只是局部应用在家居的照明系统和设施中, 而像路灯这种公共交通的大型照明, 还没有办法解决LED白光灯的一些技术难题, 技术还不能应用在路灯上面。目前, 路灯还是普遍使用高压钠作为城市公共交通的主要照明。

1.2 半夜灯节能方式不稳定

目前, 城市的公共交通的主要照明还是使用高压钠为主, 因此, 针对高压钠灯还是使用几种基本的节能方式。其中一种是半夜灯, 半夜灯这一种节约电能方式是历史最早也是最为直接的针对高压钠的节约电能方式。所谓的半夜灯, 就是到了后半夜人流量和车流量都相对于白天比较少的时候, 关闭掉一部分路上的公共照明设施来起到节约电能的作用。这种节约电能的方式虽然所需的资金少, 操作较为简易, 但是最大的问题就是道路的照明有时分布不均, 可能会导致某些不够光亮的区域出现一些意外的发生。此外, 半夜灯这一种节约电能的方式也影响到这些路灯的寿命问题, 频繁的通电断电也影响到灯具的寿命。

1.3 调压法的优点和缺点

除了半夜灯这种传统的高压钠灯节约电能的方式, 对于高压钠灯, 另外一种比较流行的方式就是调压法。调压法有两种形式。

1) 晶闸管斩波型的节约电能方式。这种方式对于照明系统电压的调节精度比较高, 而且速度比较快, 可以实现分时段调整, 成本也相对比较低廉。但是, 晶闸管斩波型的节约电能方式会在过程中产生大量的谐波, 对电力网络会产生谐波污染, 危害会比较大, 因此一般不应用在照明电路中。

2) 自耦降压式调压方式。这种方式不会产生谐波, 因此不会对电力网络产生谐波污染, 但是这种调压方式最大的问题是调下去就不能升上来, 这种电力节能方式不能够稳压和调压, 只能单向降压, 所以使用的情况也不是很多。

现在有另外一种新的调压方式, 就是交流斩波调压节约电能方式, 这样的方式也不会产生谐波, 而且稳压和降压都可以做到, 很大程度上延长了公共交通照明的灯泡的使用寿命, 符合新时代电力节能的理念。

2 城市照明和路灯节能的建设性建议

城市照明, 万家灯火对于城市的发展有着重大的意义。作为城市基础设施的一个重要组成部分, 城市路灯照明能够美化城市和环境, 同时也为社会治安及交通安全起到非常积极的作用。上文已经分析传统的城市照明节能方式, 下面将结合电能特性和实际谈谈具体如何在城市照明和路灯节能上面做一些改进的建设性建议。

2.1 对无功功率进行补偿来节能

在道路的照明系统节约电能过程中, 无功功率是一个非常严重的损耗问题。因为无功电流通过照明的电路线路系统的时候, 由于导线上会有电阻而导致这一部分的电能转化成为热能而造成电能损失, 这种电能的损失会随着功率的因数下降并且电力的增大而增大, 到最后导致路灯的照明能力下降, 可能还会损坏电力照明设施、路灯等。所以, 在选用照明电力线路时, 要考虑适当地缩小供电半径, 这样可以有效地减小电压, 一般照明电力线路的供电半径一般选在500~800 m就比较适当。而在线路缩小供电半径的过程, 也要安装适配该照明供电线路的电容, 来增强功率因数, 从而减少电能的传播损耗。

2.2 对照明系统的养护来节能

对照明系统, 尤其是路灯系统要使用现代化的手段来进行遥控式的管理, 及时地发现故障的路灯, 把出现故障的路灯和低效能的路灯和照明设备撤换下来, 而且拆除存在潜在的隐患灯具, 最大限度地发挥公共照明系统的照明特性。

这种养护包含预见性的养护和拯救性的养护, 其中, 预见性的养护对节能非常重要, 因为及时地排除掉路灯照明系统的隐患, 解决掉这些低效能的照明设备, 就是对能源一种非常好的节约方式。这种养护要依托集中式的智能调控、电子化调控和人工排除故障相结合, 从而共同保护照明系统的正常运行, 稳定的运行就是一种很好的节能。

2.3 光源上面的改造来节能

在光源上, 我们可以考虑使用一些在节约电能上面表现更为优秀的照明光源。例如我们在普通的家居中和局部小的照明范围内, 可以使用紧凑型的荧光灯, 也就是节能灯泡来取代传统的白炽灯泡和小功率的高压汞灯。不过, 在公共照明中, 尤其在路灯上, 可以考虑使用高光效高压钠灯和金卤灯来取代原先的普通高压钠灯, 因为公共照明上, 尤其路灯的照明使用LED灯泡还是有一定的技术难关, 所以, 可以使用节能功效比较明显的金卤灯和高光效高压钠灯, 光通量相较于传统的高压钠灯来说, 要高一些。

参考文献

[1]赵媛媛.照出来的节能环保雷士照明获“中国绿色照明教育示范基地”授牌[J].纺织服装周刊, 2011 (26) :71.

[2]邢合萍, 陈松.开展照明电器节能认证保障绿色照明产品推广[J].城市住宅, 2010 (Z1) :98-99.

[3]舒杨, 尹琼.变电站设计工作中应用绿色照明工程的节能效果[J].中国新技术新产品, 2011 (21) :118.

[4]姜林.无极灯绿色照明节能改造案例江西赣粤高速公路雁列山二隧道照明研究与应用[J].城市住宅, 2010 (Z1) :102.

[5]黄险峰.试论“绿色照明工程”之节能方法[J].广西土木建筑, 2001 (1) :53-56.

浅析城市路灯照明的节能 篇3

【关键词】路灯系统;设计;绿色照明

0.引言

城市照明是城市基础设施的一个重要组成部分，不仅为亮化城市、美化环境发挥积极作用，还为交通安全、社会治安提供了有力保障，同时在提升城市档次、提高城市形象、改善城市环境发挥了极其重要的作用，但是城市照明也给财政的经费带来很大的负担。

近年来，我国的城市道路照明发展迅速，1999年全国安装300万盏路灯，目前已经达到约一亿盏，安装功率达到二点五千万千瓦，一年的耗电量约为590亿度，这个数字是比较庞大的，有相当大的节能潜力。以鹤壁新区现有路灯为例，2009年路灯系统电费就达到400万元。面对能源与环境危机，各国都在努力实施“节能减排”工程，抓好城市照明用电的节约，成了节能工作不可忽视的一个环节。从路灯照明的实际出发如何科学的节能成为路灯行业很重要的一个问题。笔者以我们在实际道路照明节能工作方面的一些认识，应从以下几方面采取节能。

1.合理的灯具选择及布置

根据建设部行业标准CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》以及我们的实践经验、实际情况，严格按照设计标准的要求进行合理选择路灯的布置模式、路灯的间距、高度等，同时要求合理选择照度标准和功率密度值，确定合适的光源，以实现合理的照度，避免或减少路灯设计的盲目性，从而达到路灯的节能。

2.稳压降压调光节能

在道路照明工程中，照度受电网电压影响，而电网电压受负荷影响，在负荷高峰时电压偏低，在负荷低谷时电压偏高。而傍晚为道路交通量高峰，此时电网电压低，光源光通量低，路面照度低；接近午夜时为道路交通量低谷，此时电网负荷是低谷，而电网电压偏高，光源发出的光通量高，路面照度高。这种不合理现象，造成既影响交通安全，又严重浪费能源和资金的现象，将智能光源稳压降压调光装置安装在路灯的控制端，在电压波动较大时，人流较小的后半夜，采用该装置在合适的照度情况下，降低较高的电压，达到节能。

3.半夜灯方式

半夜灯节能方式为最早也是最有效的节能方式，半夜灯是指在照度较高的街道或城乡结合部街道的路灯，由于后半夜人流量、车流量较少，亮度不需要太高的情况下，在23：00以后灭一部分灯，以达到节约电能的目的，其特点是：投资小，见效快，且效果明显、方法简单易行、维护方便，节电率达到20%以上；其最大的缺点是照度不均匀。半夜灯如果与路灯无线监控系统配合使用效果更佳，半夜灯亮灭灯时间易于调整。

4.选用高效节能的照明系统

4.1光源

①用紧凑型荧光灯（节能灯）取代白炽灯与小功率的高压汞灯，一支18W的节能灯的光通量相当于一支100W的白炽灯，节能效果显著；②用高光效高压钠灯和金卤灯取代高压汞灯和普通高压钠灯，例：功率为400W的高压汞灯、高压钠灯，高光效高压钠灯（飞利浦系列）它们的光通量分别为22000LM、48000LM、54000LM，分别提高118%、13%，节能效果显而易见；③采用LED灯取代传统的霓虹灯，其特点是：亮度高；可通过控制器达到多种色彩和图案的变化；功耗小，寿命长，同等面积LED灯功率仅为霓虹灯的10%-20%，寿命却是霓虹灯的5-10倍；维修方便、简单。

4.2灯具

选用IP防护等级高，反射效率高的照明灯具。

4.3电器

气体放电灯具有负的伏安特性，所以必须串联镇流器工作，通常的电感镇流器功耗大，可达到灯本身消耗功率的10%以上，且功率因数为50%左右。①通常情况为在每支灯上并联电容进行补偿使功率因素提高到85%以上；②采用电感节能整流器取代普通镇流器，可节能5%左右；③2002年部分厂家推出电感调光镇流器，它是在镇流器中多设置一个抽头，利用调节器预设的时间调整输出电压，从而调整输出电流达到节电目的，现有400W→250W、250W→150W两种规格，其特点是：节能效果显著、照度均匀、尤其适宜旧街道改造。

4.4电子镇流器取代电感镇流器。

5.路灯控制柜节能

路灯节能控制柜安装于线路前端，可通过内置的智能控制器或可编程控制器、时间继电器、光敏控制器等，对节电系统的工作曲线进行自动控制，从而轻松调控整条线路上的负载，节电率高达40%。

6.优化配电线路节能

路灯线路系统较长，线路损耗、压降都一定程度影响了路灯的照度，浪费了电能，因此在设计线路时选用较粗的电缆截面，适当增加线路的负载能力，不仅为以后灯箱广告、景观照明留下余量，同时能有效减小压降与线路损耗，既延长整个线路系统的寿命，减少了维护维修率，还节约了电能。

7.无功补偿节能

无功功率增加了变压器及导线的容量，由于装置及导线饿电阻，无功电流变成热而直接损失，因此提高功率因数，减少无功功率成了节能很必要的手段，通常采用安装合适的电容，提高功率因数达到节能。

8.推广绿色照明光源

随着经济发展，我国的照明用电将大幅度提高，绿色节能照明的研究应用，将越来越受到重视。太阳能LED照明灯具作为冷光源产品，具有性价比较高、绿色环保、安全可靠、质量稳定、使用寿命长、安装维护简便等特点，可广泛应用于绿地照明、公路照明、广告灯箱照明、城市造型景观照明及家居照明系统，但太阳能LED照明灯具一次性投入较高是其发展的瓶颈。

目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%左右，降低照明用电是节省能源的重要途径。为实现这一目标，业界已研究开发出多种节能照明器具，并取得了一定的成效。但是，距离“绿色照明”的要求还较远，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。

根据城市路灯照明的实际情况，采用节能高效的节能灯、LED路灯、太阳能灯等，在合适的道路，选用较好的产品，代替原有的低效有害光源，可以很好地达到路灯的节能。

9.采用智能化集中控制

城市路灯照明节能措施的研究与探讨 篇4

0 概述

“十二五”期间，我国就已经将智慧城市建设列为重点发展的项目之一，目前住建部、科技部在全国推进了三个批次、共计277个智慧城市试点工作。最新消息表示，我国正打算放开数据资源，全面推动智慧建设发展。

智慧城市是以物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术为基础，通过 感知、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，对于城市服务、公共安全、环保在内的各 种需求做出智能响应，实现城市管理与服务的自动化与智能化。其中，智能路灯有望成为智慧城市建设的重要突破口。未来在无线 WiFi、充电桩、数据监控、环保监测、灯杆屏等领域，都可以依托路灯和智能控制平台来实现。

智能路灯是应用先进、高效、可靠的电力线载波和无线 GPRS/CDMA 通信技术等，实现对路 灯的远程集中控制与管理。该系统具有根据车流量自动调节亮度、远程照明控制、无线网络覆盖、故障主动报警、灯具线缆防盗、远程抄表等功能，能够大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，采用城市道路智能照明系统后，运维成本年均将减少 56%。

国家统计局数据显示，从 2004 年至 2014 年，我国城市道路照明灯数量由 1053.15 万盏增加 到 2301.91 万盏，城市道路照明行业保持快速发展的态势。另外，近几年，我国照明用电量占全社会用电量的 14%左右。其中，道路及景观照明用电量约占照明用电量的 38%，成为用电量最大的照明领域。传统路灯一般以钠灯为主，能耗高且耗损大，而 LED 路灯可以降低耗电量，综合节能率可以达到 50%以上。经过智能改造后，智能 LED 路灯的综合节能率有望达到 70%以上。

截至去年，我国智慧城市建设数量已经达到了 386 个，智慧城市由概念探索逐渐步入实质建设阶段。随着智慧城市建设的加速推进，以及物联网、云计算等新一代信息技术的广泛应用，智能路灯建设将迎来快速发展机遇。预计到 2020年，我国 LED 智能路灯市场渗透率将提升至40% 左右。国家及地方政策优势

2016是“十三五”开局之年，国家发改委近期已向各省下达“十三五”节能减排任务，各地已开始进行任务的分解。部分省份已公布了相应的指标。比如北京确定“十三五”单位GDP（地区生产总值）能耗下降17%，与“十二五”一致。节能减排工作是地方工作的重中之重，国家和地方都出台了大量的政策法规引导节能减排低碳等新技术，而城市道路智能LED路灯照明改造可以大大降低城市能源消耗。

国家住房和城乡建设部，为推进“十二五”时期我国城市绿色照明工作，提高城市照明节能管理水平，于2011制定了《“十二五”城市绿色照明规划纲要》，《纲要》明确指出，推进高效照明节能产品的应用。城市照明高光效、长寿命光源的应用率不低于90%。在满足配光要求的前提下，高压钠灯和金属卤化物灯光源的道路照明灯具的效率不低于75%，半导体路灯灯具的系统效能不低于90lm/W。高压钠灯、金属卤化物灯等光源及配套镇流器的能效指标应满足相关标准能效限定值的要求，优先采用节能型电感镇流器、电子镇流器。照明线路的功率因数不应低于0.85。严禁在新建项目中使用高耗、低效照明设施和产品，用两年时间全面淘汰城市照明低效、高耗产品。

国家发展改革委在2014年出台了《节能低碳技术推广管理暂行办法》，目的是为加快节能低碳技术进步和推广普及，引导用能单位采用先进适用的节能低碳新技术、新装备、新工艺，促进能源资源节约集约利用，缓解资源环境压力，减少二氧化碳等温室气体排放。并编制了《国家重点节能低碳技术推广目录》（2015年本），多种LED照明技术被收录其中。

2015年11月4日，中共河北省委河北省人民政府《关于加快推进生态文明建设的实施意见》，着力构建绿色循环低碳产业体系，着力建设京津冀生态环境支撑区，着力健全生态文明制度体系，着力形成生态文明时尚文化，努力使生态文明建设与经济社会发展相适应，奋力建设经济强省。《意见》坚持节约保护为先。全面落实节约资源和保护环境基本国策，坚持资源节约与开发并举，把节约放在首位；坚持环境保护与经济发展并举，把保护放在首位；坚持生态自然恢复与人工修复并举，把自然恢复放在首位，以最小的资源消耗、最少的污染排放、最低的生态影响，支撑全省经济社会持续发展。中共河北省委《关于制定河北省国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》指出，强化科技支撑，推广节能减排新技术、新产品、新设备、新工艺。污染治理和生态修复实现重大突破，空气质量明显好转，生产方式和生活方式绿色、低碳水平上升，PM2.5浓度较2013年下降40%，污染严重的城市力争退出全国空气质量后10位，森林覆盖率提高到35%，天蓝、地绿、水清、村美的美丽河北基本展现。LED照明技术优势

LED作为路灯主要有以下优点或特点：发光效率高，灯具反射损失低，节省能源70%;配合数字控制亮度功能，更省电；不需高压，安全性高；配合软件可由远程自动遥控亮度；事故、多雾、雨天等特殊情况下提供超高亮度及显色性高的照明光源；安装维护简便；模块安装、无多余配线；不会造成光污染或浪费；长寿命，意味着不需要经常进行更换，从而减少了交通中断的潜在性，降低了为此支付的维修费用。有人计算过，采用LED路灯除了在单灯成本及最初安装的造价比高压钠灯高外，在铺设成本、耗电成本及寿命方面均大大优于高压钠灯。

LED路灯与目前普通的高压钠灯路灯相比优势如下：

（1）节能：目前白光LED的发光效率约为80lm/W,较传统高压钠灯可以节电50%~60%,随着LED效率的快速提升，半导体路灯在节能方面显示出了巨大的潜力。

（2）低维护成本：以目前的技术水平和测试结果推算，大功率LED光源可以正常使用10年不用更换，而传统高压钠灯平均1年半就要更换一次，使用半导体光源可以大大降低维护成本。

（3）显色性佳：LED的显色指数高（75~80），人们的反应速度快，路面看起来更明亮，感觉更舒适，驾驶人员也感觉更安全。而高压钠灯光谱窄，显色性差（20~40），感觉昏暗。适合安装在市区、居民中心和商业中心。

（4）LED灯不含有害元素，如汞，钠。对环境没有公害，属于绿色制造技术。（5）LED灯启动迅速，启动电流小，对电网没有冲击。

（6）LED寿命高。LED 把光衰到达 70% 来作为寿命，平均可以达到 5 万 h；通电标准下高压钠灯的寿命为1万小时。经济和社会效益 以一个做了500多套LED路灯工程为例，在此为方便计算，我们以500盏计算。一个完善的道路照明系统由灯源，电缆线，以及供电系统来组成。其经济对比应包含采购成本、新装路灯电线电缆，变压器，配电箱费用、初期投入财务合计、维护费用、耗电费用五个方面来综合进行比较。

1）LED路灯与传统路灯的灯具采购成本比较 250瓦高压钠灯单价为800元/盏，500盏就是40万元。120瓦高压钠灯单价为2200元∕盏，500盏就是110万元。2）安装500盏新装路灯电线电缆，变压器，配电箱费用比较

a、安装500盏路灯电线电缆费用比较，每盏路灯间距35米，每根灯杆8米，故每盏路灯实际用线应为45米，500盏路灯用线22500米，加上到变压器的线路估2500米，合计上述用线25000米，LED路灯按VV5×8的电缆，价格为40元∕米，500盏路灯电线电缆费用：25000米×40元∕米=100万元。高压钠灯按VV5×16的电缆，价格为80元∕米，500盏路灯电线电缆费用：25000米×80元∕米=200万元

b、配电箱费用，500盏路灯按100盏一个陪电箱，LED路灯每个配电箱600元∕个，配电箱费用为：600元∕个×5=0.3万元。高压钠灯每个配电箱900元∕个，配电箱费用为： 900元∕个×5=0.45万元

c、500盏LED路灯实际总功率：138瓦×500盏=69000瓦，应使用100kVA变压器 10万元∕只×1只=10万元。500盏高压钠灯实际总功率：320瓦×500盏=160000瓦应使用200kVA变压器，13..5万元∕只×1只=13.5万元。

新装路灯电线电缆变压器配电箱费用合计，LED路灯为100万元+0.3万元+10万元=110.3万元。高压钠灯为200万元+0.45万元+13.5万元=213.95万元 3）初期投入财务合计

LED路灯为110万元+110.3万元=220.3万元 按目前年利率7%计算3年LED路灯初期投入费用利息为220.3万元×7%×3=46.263万元。高压钠灯为40万元万元+213.95万元=253.95万元按目前年利率7%计算3年高压钠灯初期投入费用利息为253.95万元×7%×3=53.3万元。4）维护费用

LED路灯的维护费用按30元∕盏∕年计算，500盏3年维护费用为500盏×30元∕盏∕年×3年=4..5万元。高压钠灯每年要进行换灯工作，其维护费用按300元∕盏∕年计算，（高压钠灯光源灯泡寿命为1年，需增加两次光源成本，一只250瓦高压钠灯金额为50元），500盏3年 维护费用为：500盏×300元∕盏∕年×2年+50元∕盏×500盏×2=35万元

5）耗电费用 3年的耗电成本（每天亮灯10个小时，LED路灯后半夜只亮一半的功率（78瓦），每度以0.65元计算）。500盏LED路灯3年总耗电量为：500盏×（0.138千瓦×4小时+0.078千瓦×6小时）×365天×3年=558450度电，则电费为：558450度电×0.65元=36.3万元。500盏高压钠灯3年总耗电量为：500盏×0.32千瓦×10小时×365天×3年=1752000度电，则电费为：1752000度电×0.65元=113.88万元

经济对比总结：新安装500盏路灯3年费用合计，LED路灯为110万元+110.3万元+46.263万元+36.3万元=302.9万元，高压钠灯为40万元+213.95万元+53.3万元+113.88万元=421.1万元。所以相对于高压钠灯采用LED路灯节省费用为421.1万元－302.9万元=118.2万元。此为三年所节省的费用，而LED的寿命在五万小时以上，也就是说还可以用十几年，那么在之后的LED使用寿命年限内！将可剩下来很可观电费与维护与维护费用！

城市路灯照明节能措施的研究与探讨 篇5

摘要：论述数字路灯照明系统中组群控制器的功能，给出基于双微处理器的组群控制器核心电路设计方案与实现方法，并介绍系统主要软件结构框图。

关键词：数字路灯照明双微处理器 PIC16F877 PIC16F873

前言

公共照明系统广泛采用高压钠灯(high pressure sodium lamp)或金属卤化物灯(metallic halide lamp)，传统照明系统经常采用电感镇流器，照明灯具采用统一开关控制方案。

随着数字技术和网络技术的发展，公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统在国内首次实现了远程单个路灯节点的任意监控，并重点介绍了系统的核心设备――组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。

(本网网收集整理)

1 数字路灯照明系统

图1给出了数字路灯系统的系统组成原理图。在该系统中，每个路灯节点采用全数字化电子镇流器，可以实现0%、50%、80%、100%功率输出，可以随时发送路灯的电流、电压信息，并具有开路、断路和路灯老化报警功能。每一个路灯节点内包含一个电力载波通信(PLC)模块，利用电力载波模块实现路灯节点之间以及路灯节点与组群控制器之间信息通信。组群控制器采用双CPU结构，负责日常系统的`正常运行控制，并可以随时响应上位管理计算机发出的指令。组群控制器与照明管理计算机通过GSM/GPRS短信方式实现正常情况下的通信。在组群控制器发生故障的情况下，照明管理计算机可以通过GSM/GPRS直接实现路灯线路的开关控制，实现系统安全双保险。照明管理计算机采用地理信息系统(GIS)技术，实现图形化动态实时监控管理。

图2

2 组群控制器工作原是与系统组成

2.2 组群控制器系统组成

图2给出了一种组群控制器设计方案。它包括CPU模块、线路状态检测模块、交流接触器驱动模块、后备电源模块、时钟模块、控制策略模块、电能计量模块、温湿度检测模块、GSM通信模块和电力载波通信模块。CPU模块采用CPU结构。主微控制器采用高性能、8位、40引脚、具有8KBFlash、多路8位A/D的RISC单片机PIC16F877，负责与GSM通信模块和电力载波模块通信，与交流接触器驱动控制，与实时时钟的读取和校准以及根据照明控制策略发送控制指令等功能。从微控制器采用与主微控制器同一系列的高性能8位、28引脚、多路8位A/D、具有4KB Flash的RISC单片机PIC16F873。该控制器负责管理电能计量模块、后备电源及监控模块、温湿度监控模块和线路状态检测模块等。

图3

2.3 双CPU通信方法与RS-485通信

虽然PIC16F87x系列单片机外围通信接口丰富，但是，整个系统通信复杂，接口资源仍然很紧张。主从CPU的可靠通信，是组群控制器可靠工作的关键之一。

根据资源分配，主微控制器PIC16F877与从微控制器PIC16F873采用SPI接口，并以主从方式通信。根据系统端口配置需要，PIC16F873采用硬件SPI接口方式，PIC16F877采用普通I/O口RB1～RB3来模拟硬件SPI口，即软件SPI接口。PIC16F877的SPI硬件资源分配给E2PROM 24C64使用。PIC16F873的SPI接口工作在从模式下，PIC16F877需要选用一个普通I/O口(这里是RB4)与PIC16F873的SPI通信控制端RA4/SS相连，控制SI通信的发起与结束，如图3所示。每次通信都是由PIC16F877发起，PIC16F873响应。

图4

电能计量模块为单独模块，能够测量供电线路的电压、电流、功率、功率因数等参数，并具有标准的RS-485接口。为此，PIC16F873利用硬串口RC6/TX和RC7/RX，通过RS485接口变换，与电能计量模块JP1相连。这里MAX485芯片作为485总线接口转换芯片，用RC2作为RS-485总线通信输入/输出使能控制端，控制信号的读入和送出。

2.4 交流接触器控制与状态保持

组群控制器的一项重要任务是通过固体继电器SSR和交流接触器实现照明线路供电控制。固体继电器为DC3～24V输入，AC220V输出，其输入由NPN型三极管9013驱动。由于系统实际运行过程中存在各种干扰，若则相关引脚很可能会出现跳变信号或三态，造成交流接触器误动作。因此“锁定”复位前状态，对保证系统可靠性非常重要。这里采用了由1个D触发器、1个光耦、3个电阻和3个I/O引脚组成的采样/保持电路，如图4所示。D触发器复位端R和置位端S分别接地，数据端D接CPU的数据控制端RE0，时钟端CLK通过光耦TIP521接CPU的时钟产生控制端RE1和RE2。保持电路的关键在于RE0、RE1、RE2单个

引脚误动作无法产生有效时钟和控制指令。即使CPU发生复位，由RC0脚读回固态继电器当前工作状态，并将RE0输出(D触发器输入)置成该状态，进而保证SSR不产生误动作。电阻R32为上拉电阻，保证RE2出现三态时光耦不产生误导通。电阻R33起限流作用。实际证明该电路是有效的。

图5

2.5 时钟与控制策略

要实现自动定时控制，系统时钟和系统预存控制策略是关键。组群控制器采用DS1302时钟芯片，为系统提供实时时钟。DS1302是一种带备份电源的、8脚、具有I2C串行通信功能的高性能、低功耗时钟芯片，提供秒、分、时、日、周、月、年日历功能。I2C串行总线SCL和SDA分别需要一个上拉电阻。主微控制器PIC16F877采用硬件I2C接口(RC3/SCL和RC4/SDA)与DS1302通信，如图5所示。组群控制器可以实现远程时钟校准。

图6

组群控制器将每日控制策略时间表Table1、季节划分时间表Table2、季节控制策略时间表Table3和节假日控制时间表Table4存储在E2PROM 24C64中。24C64是容量为8KB、支持两线的I2C串行通信、1000000次擦写的E2PROM。主微控制器PIC16F877采用2个普通I/O口(RD1和RD2)模拟I2C串行总线，即实现软件I2C总线接口。组群控制器根据读得的日历信息和时间信息，对照各种控制策略时间表，发布开关灯及调光控制指令。

2.6 软件实现

组群控制器软件分为主微处理器软件和从微处理器软件。主微控制器一方面负责通过GSM与照明管理计算机(简称上位机)通信，接收、解析和执行上位机发来的各种命令，并将执行结果发送给上位机;另一方面，主控制器在没有GSM信息的情况下，完成其它一些任务，软件流程图如图6所示。图7给出了从微控制器软件的简要流程图。

结语