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桑達(dá)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(dá)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(biāo)和服務(wù)平臺(tái)。為了推動(dòng)LED照明在城市道路照明的發(fā)展，實(shí)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(shí)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(gè)照明用電的30%以上，節(jié)能減排勢(shì)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(dòng)電源方案，嚴(yán)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(hù)問題突出。 路燈點(diǎn)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(yán)重的人身安全事故。比如2012年6月15日21時(shí)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(jì)分析，AC-DC電源是LED燈具的高頻故障點(diǎn)，達(dá)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(diǎn)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(dá)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(dá)立足道路照明的功能特點(diǎn)，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(yàn)，根據(jù)多項(xiàng)專利技術(shù)，特別是獲得“中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”的“LED照明驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(duì)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(jī)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(gè)有效的解決方式。另外，工程師們發(fā)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行變頻處理整流成直流后使用，可以讓很多發(fā)電機(jī)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(jī)應(yīng)用，例如空調(diào)、冰箱的壓縮機(jī)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(fèi)型電子（如LED電視機(jī)，電腦，手機(jī)）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(chǔ)功能更便捷。傳統(tǒng)電網(wǎng)中的交流電是不能存儲(chǔ)的。但是，直流可以儲(chǔ)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(chǔ)變成了可能。大量的電，特別是太陽能中的電被存儲(chǔ)在了電池中，以供需要的時(shí)候用。跟儲(chǔ)能相關(guān)的移動(dòng)電子設(shè)備，電動(dòng)汽車都開始占據(jù)或者進(jìn)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(duì)人體影響也不同。人體對(duì)工頻交流電要比直流電敏感得多，接觸直流電時(shí)，其強(qiáng)度達(dá)250毫安有時(shí)也不引起特殊的損傷，而接觸50Hz交流電時(shí)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(dòng)，導(dǎo)致死亡。交流電中28-300Hz的電流對(duì)人體損害最大，極易引起心室纖維性顫動(dòng)。 我國采用的工頻交流電源為50Hz,對(duì)人體損害是較嚴(yán)重的。 IEC標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(duì)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，線損較小；相同電壓等級(jí)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(jià)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(yùn)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(duì)電氣設(shè)備有利，事故停電的影響范圍也較??；不易產(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(yuǎn)程遙控，來對(duì)所有LED燈具進(jìn)行統(tǒng)一自動(dòng)開關(guān)及調(diào)光等多功能智能控制。通過智能管理實(shí)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(dāng)其中一個(gè)電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，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(yùn)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(dá)直流集中供電智慧照明解決方案

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桑達(dá)直流集中供電智慧照明系統(tǒng)基于先進(jìn)的通信技術(shù)，包含直流集中供電控制柜、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED燈具、智慧照明管控平臺(tái)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(dòng)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(gè)大功率電源模塊替代，驅(qū)動(dòng)電源與LED燈具分離，使燈具發(fā)熱減少，驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(dá)直流智慧照明系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(duì)>120V高電壓直流的正極、負(fù)極和地線)，也可以兩線(對(duì)應(yīng)于≤120V直流的正極、負(fù)極，且滿足安全特低電壓的各項(xiàng)要求時(shí))，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(dá)直流集中供電智慧照明監(jiān)控管理平臺(tái)

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桑達(dá)直流集中供電智慧照明監(jiān)控管理平臺(tái)采用可編程控制器控制和先進(jìn)通訊遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自我測(cè)試、自動(dòng)診斷、自動(dòng)控制，又實(shí)現(xiàn)了供電系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信、遙控。也可根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)燈；還可以分時(shí)段設(shè)定亮度值，實(shí)現(xiàn)定時(shí)分級(jí)調(diào)光功能，從而實(shí)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(yuǎn)程對(duì)路燈進(jìn)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(jī)、平板或電腦等客戶終端上的客戶端軟件，即可對(duì)照明燈具進(jìn)行管理

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（5）智能擴(kuò)展，開放兼容

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

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該平臺(tái)也可以隨需擴(kuò)充應(yīng)急報(bào)警、無線WIFI、壓力變送、燃?xì)庑孤┍O(jiān)測(cè)、井蓋異動(dòng)監(jiān)測(cè)、水位超限監(jiān)測(cè)、PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧停車、城市供水管道泄漏監(jiān)測(cè)、道路積水監(jiān)測(cè)、通訊監(jiān)測(cè)等智能模塊，平滑對(duì)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(shì)

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系統(tǒng)通過內(nèi)置模塊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離分級(jí)調(diào)光，實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能；管理人員也可以隨時(shí)通過平臺(tái)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控管。其穩(wěn)定抗擾、安裝簡易、可靠性高、驅(qū)動(dòng)電源與燈具使用壽命長等優(yōu)勢(shì)，比傳統(tǒng)LED照明更加安全可靠、節(jié)省可觀的經(jīng)濟(jì)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(jí)防雷安全配置。

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（2）維護(hù)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(jì)，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??；功率因素高于同檔AC驅(qū)動(dòng)；分級(jí)調(diào)光，按需照明，二次節(jié)能。

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（4）遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)低成本調(diào)光控制；DC-DC驅(qū)動(dòng)電源壽命長于LED芯片；

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（6）保護(hù)投資可升級(jí)現(xiàn)有的或已實(shí)施的項(xiàng)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(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警；遠(yuǎn)程對(duì)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(shí)管控道路照明、室內(nèi)外照明、景觀亮化照明等多種場(chǎng)景。

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? ? （10）防盜竊電 通過對(duì)路燈線纜進(jìn)行全天侯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)報(bào)警，防線纜被盜；竊電發(fā)生時(shí)，設(shè)備將數(shù)據(jù)上傳至平

臺(tái)，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)報(bào)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(diǎn)介紹桑達(dá)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(shì)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(yùn)營成本，管理智能化，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的用電理念，推動(dòng)智慧照明更理性更健康地發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)智慧城市低碳綠色。