公共照明用直流集中供电调光监控系统及方法
【专利摘要】本发明涉及电力调控设备【技术领域】，具体地说是一种公共照明用直流集中供电调光监控系统，其特征在于设有AC/DC变换模块、交流电源检测模块、控制模块、直流电源检测模块、调光模块以及中央控制器，本发明与现有技术相比，特别适用于公共场所照明用、降低照明装置的能耗，提高灯具的使用寿命，减少照明装置的日常维护成本，并可使照明装置配电三相负载均衡。
【专利说明】公共照明用直流集中供电调光监控系统及方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及电力调控设备【技术领域】，具体地说是一种特别适用于公共场所照明用、降低照明装置的能耗，提高灯具的使用寿命，减少照明装置的日常维护成本，并可使照明装置配电三相负载均衡的公共照明用直流集中供电调光监控系统及方法。
【背景技术】
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[0002]公共照明比如道路照明、公园照明、广场照明、以及楼堂馆所公用部分照明等，其作为城市中密度最大、数量最多的公用设施之一，关系到道路交通安全和百姓生活便利，并成为现代城市景观和百姓日常生活的重要组成部分。在公用照明体系中推行直流供电——集中调光装置，对于节能减排，减少无效照明，节约电能具有重要的意义。一般来说，公共照明装置的供电网络是相对独立的，比较适合直流供电技术的应用。相比较交流供电，直流供电具有多方面的潜在优势，效率更高，其主要体现在以下几个方面:(I)在直流输配电装置中，没有因传递无功功率引起的网络损耗，也没有因集肤效应产生的损耗，具有远低于交流输配电的线路损耗；(2)没有频率稳定、无功功率和交流充电电流等问题；(3)直流配电网还具有电能配送能力强、供电半径大、可提高电能质量、易于实现分布式电源互联等优点；(4)可解决公用照明装置常见的三相负载不均衡问题。
[0003]另外，随着LED光源技术日臻成熟，LED灯具应用越来越广泛。但是LED灯具电源驱动部分的使用寿命远低于LED光源本身的使用寿命，差不多是其1/2到1/3。以LED路灯为例，LED灯具的故障90%以上发生在电源驱动器AC/DC转换部分。
[0004]公共照明目前广泛存在过度照明和照明无效能耗大的现象。往往夜深人静时，被照明场所空无一人，却灯火通明，浪费了大量电能。以城市道路照明为例，针对这种情况，很多地方都在执行“半夜灯，隔盏亮”模式，但此举造成路面亮度不均匀，容易引起人视觉疲劳，诱发事故，也违背现行的道路照明规范要求。
【发明内容】
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[0005]本发明对目前公共照明装置存在的问题，提出一种特别适用于公共场所照明用、降低照明装置的能耗，提高灯具的使用寿命，减少照明装置的日常维护成本，并可使照明装置配电三相负载均衡的公共照明用直流集中供电调光监控系统及方法。
[0006]本发明采用如下技术方案达到:
[0007]—种公共照明用直流集中供电调光监控系统，其特征在于设有AC/DC变换模块、交流电源检测模块、控制模块、直流电源检测模块、调光模块、通讯模块以及中央控制器，其中AC/DC变换模块的输入端与外部三相交流电源输入支路相连接，输出端经直流输出支路直流负载供电，AC/DC变换模块中设有至少一个AC/DC变换器，AC/DC变换器通过总线的方式与中央控制器相连接；
[0008]用于检测AC/DC变换模块的输入交流电参数的交流电源检测模块的信号采集端与AC/DC变换模块的交流电源输入支路上的交流接触器以及交流电流互感器连接，并与中央控制器相连接；
[0009]用于接收中央控制器的指令并控制外设电路工作状态的控制模块，与AC/DC变换模块输入/输出端接触器的控制线圈连接，并与中央处理器相连接；
[0010]用于检测AC/DC变换模块输出直流电相关参数的直流电源检测模块与直流输出支路上的直流接触器以及直流电流互感器连接，并与中央控制器连接；
[0011]用于接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备(比如监控中心服务器、指定手机等)传送系统的实时状态以及检测的数据的通讯模块，与中央控制器连接；
[0012]用于产生调光指令并发送给可调光负载的调光模块，在逻辑上，与负载上可调光驱动器连接，并与中央控制器相联；
[0013]用于接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备(比如监控中心服务器、指定手机等)传送系统的实时状态以及检测数据的通讯模块，与中央控制器相联；
[0014]用于协调系统各部件的协同工作，实现系统功能的中央控制器与AD/DC变换模块连接、交流电源检测模块连接、控制模块连接、直流电源检测模块连接、调光模块连接、通讯丰吴块连接；
[0015]一种公共照明用直流集中供电暨调光监控方法，其特征在于包括以下步骤:
[0016]步骤1:系统上电，处于待机状态。
[0017]步骤2:系统待机状态下，通过交流电源检测模块与直流电源检测模块监测照明系统状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0018]步骤3:系统监测是否有开灯命令，若没有，则系统继续保持待机状态，若有开灯命令，则执行下一步骤。开灯命令是由系统满足预先设定好的开灯条件产生；
[0019]步骤4:系统通过控制模块发送交流接触器吸合命令，控制交流电源输入支路的交流接触器吸合，使交流电源供入AC/DC转换模块，并执行下一步骤；
[0020]步骤5:系统通过AC/DC转换模块的通讯端口，监测AC/DC转换模块工作是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，控制模块关断交流接触器，停止开灯程序，并发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0021]步骤6:系统通过控制模块发送直流接触器吸合命令，使直流电源输出支路导通，并执行下一步骤；
[0022]步骤7:负载得电，亮灯运行，并执行下一步骤；
[0023]步骤8:系统在亮灯运行状态下，通过交流电源检测模块和直流电源检测模块监测亮灯运行状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则系统根据不正常现象类别的不同，按照预先设定好的程序作相应的处理，同时发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0024]步骤9:系统监测是否有调光命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则执行步骤12 ;调光命令可以是程序预先设定，也可是外部指令。
[0025]步骤10:系统通过调光模块发送调光信号给负载的可调光驱动器，并执行下一步骤；负载可调光驱动器根据接收到的调光信号，调节输出电流，控制灯具负载的输出功率，达到调光的目的；
[0026]步骤11:系统通过直流电源检测模块等监测调光命令执行情况，若已执行，则回到步骤7，若未执行，或者执行不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0027]步骤12:系统监测是否有关灯命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则返回到步骤七；关灯命令可以是程序预先设定，也可是外部指令；
[0028]步骤13:系统通过控制模块发送断开直流接触器命令，控制直流接触器关断，系统灭灯，延时，执行下一步骤；
[0029]步骤14:系统通过控制模块发送断开交流接触器命令，控制交流接触器断开，系统重新回到步骤I待机状态。
[0030]本发明的应用，具有以下优点:(I)可以降低照明系统的能耗。本发明通过两个途径来降低照明系统能耗，一是通过直流集中供电减少输电环节的电能损耗；二是根据实际照明需要，利用本发明按需对灯具负载进行调光，节约电能；(2)提高灯具的使用寿命。由于易损坏的AC/DC部件集中在AC/DC变换控制模块，灯具驱动电源的寿命能够得到大幅度提高，从而提高灯具的使用寿命；(3)减少照明装置的日常维护成本。由于灯具寿命的提高，照明装置的维护量大幅降低，从而减少公用照明装置的日常维护成本；(4)另外还可使照明装置配电三相负载平衡。本发明可以均衡分配三相负载，减少对交流电网的污染。
【专利附图】
【附图说明】
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[0031]附图1是本发明的结构框图。
[0032]附图2是本发明的一种实施方式系统图。
[0033]附图3是本发明工作流程图
[0034]附图标记:AC/DC变换模块1、交流电源检测模块2、控制模块3、直流电源检测模块
4、调光模块5以及中央控制器6、通讯模块7、AC/DC变换器8。
【具体实施方式】
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[0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0036]如附图1及附图2所示，本发明提出了一种公共照明用直流集中供电调光监控系统，其特征在于设有AC/DC变换模块1、交流电源检测模块2、控制模块3、直流电源检测模块4、调光模块5以及中央控制器6、通讯模块7，其中AC/DC变换模块I的输入端与外部三相交流电源相连接，输出端经直流电缆为直流负载供电，AC/DC变换模块I中设有至少一个AC/DC变换器，AC/DC变换器8的通过总线的方式与中央控制器6相连接；
[0037]用于检测AC/DC变换模块I的输入交流电参数的交流电源检测模块2的信号采集端与AC/DC变换模块I的交流电源输入支路上的交流接触器以及交流电流互感器连接，并与中央控制器6相连接；
[0038]用于接收中央控制器6的指令并控制外设电路工作状态的控制模块3，与AC/DC变换模块I输入/输出端接触器的控制线圈连接，并与中央处理器6相连接；
[0039]用于检测AC/DC变换模块I输出直流电相关参数的直流电源检测模块4与直流输出支路上的直流接触器以及直流电流互感器连接，并与中央控制器6连接；
[0040]用于产生调光指令并发送给可调光负载的调光模块5，与中央控制器6相联；
[0041]用于接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备(比如监控中心服务器、指定手机等)传送系统的实时状态以及检测数据的通讯模块7，与中央控制器相联6 ；
[0042]用于协调系统各部件的协同工作，实现系统功能的中央控制器6与AD/DC变换模块I连接、交流电源检测模块2连接、控制模块3连接、直流电源检测模块4连接、调光模块5连接、通讯模块7连接；
[0043]实施例:
[0044]如附图2所示，给出了本发明的一个具体应用案例，其特征在于设有一路交流输入支路，四路直流输出支路，以及应用本发明针对本案例设置的监控系统。
[0045]交流输入支路设有断路器QF、交流互感器TA/TB/TC、交流接触器KM。外界引入的三相交流电源L1/L2/L3经断路器QF、交流互感器TA/TB/TC、交流接触器KM分别连接本发明交流输入端子U/V/W。
[0046]直流输出支路设有直流母线DC+/DC-，直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4，以及直流电流互感器DTA1/DTA2/DTA3/DTA4。直流母线DC+/DC-与本发明直流输出0UT+/0UT-连接，直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4输入端与直流母线DC+/DC-连接，输出端经过直流电流互感器 DTA1/DTA2/DTA3/DTA4 输出。
[0047]附图2所示的应用案例中，监控系统同样设有AC/DC变换模块、交流电源检测模块、控制模块、直流电源检测模块、调光模块、通讯模块以及中央控制器，其中
[0048]AC/DC变换模块设有三个AC/DC变换器，变换器上的三相输入端U/V/W与监控装置交流输入端子连接，输出端0UT+/0UT-与监控装置的直流输出端子连接。AC/DC变换器的通讯端口以总线的方式互联，并与中央控制器连接，中央控制器通过总线监控AC/DC变换器的运行。
[0049]交流电源检测模块设有交流电压检测端子Ua/Ub/Uc，交流电流检测端子(Ial、Ia2)/(Ibl、Ib2)/(Icl、Ic2)，以及交流接触器状态检测端子KM。Ua/Ub/Uc分别与QF的三相输出连接，(Ial、Ia2)/(Ibl、Ib2)/(Icl、Ic2)分别与TA/TB/TC的二次侧端口连接，检测交流输入支路的电流大小?’端子KM连接交流接触器的辅助触点，检测接触器的状态。
[0050]控制模块设有交流输入支路控制端口 K，直流输出支路控制端口 DK1/DK2/DK3/DK4。K与交流输入支路的交流接触器KM的控制线圈连接，控制KM的吸合/断开；DK1/DK2/DK3/DK4分别与直流输出支路的直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4的控制线圈连接，控制直流接触器的吸合/断开。
[0051]直流电源检测模块设有直流电流检测端子(Dill、DI12)/(DI21、DI22)/(DI31、DI32) / (DI41、DI42)，以及直流接触器状态检测端子 DKM1/DKM2/DKM3/DKM4。(DI11、DI 12) /(DI21、DI22)/(DI31、DI32)/(DI41、DI42)与直流输出支路上的直流电流互感器DTAl/DTA2/DTA3/DTA4的二次侧端口连接，检测直流输出支路的电流大小；端子DKM1/DKM2/DKM3/DKM4分别与直流输出之路上的直流接触器辅助触点连接，检测直流接触器的状态。
[0052]调光模块与中央控制器连接，接收中央控制器的指令，产生调光信号，发送给可调光灯具负载。
[0053]通讯模块与中央控制器连接，接收外界传送来的指令，以及向外界指定系统或设备(比如监控中心服务器、指定手机等)传送系统的实时状态以及检测数据。
[0054]中央控制器AD/DC变换模块连接、交流电源检测模块连接、控制模块连接、直流电源检测模块连接、调光模块连接、通讯模块连接；与用于协调系统各部件的协同工作，实现系统功能。
[0055]如附图3所示，在本应用案例中的直流集中供电暨调光监控方法，其特征在于包括以下步骤:
[0056]步骤1:系统上电，处于待机状态。
[0057]步骤2:系统待机状态下，通过交流电源检测模块的电压检测端子Ua/Ub/Uc，电流检测端子(Ial、Ia2)/(IbUIb2)/(Icl、Ic2)和交流接触器状态检测端子KM分别检测交流电压是否正常/电流是否正常(为零)/交流接触器是否正常(断开)；通过直流电源检测模块的直流电流检测端子(DI11、DI12)/(DI21、DI22)/(DI31、DI32)/(DI41、DI42)和直流接触器状态检测端子DKM1/DKM2/DKM3/DKM4检测直流支路电流是否正常(为零)/直流接触器是否正常(断开)；若正常，执行下一步骤，若不正常，则根据不正常内容发出故障报警信号，且故障报警信号还实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0058]步骤3:系统监测是否有开灯命令，若没有，则系统继续保持待机状态，若有开灯命令，则执行下一步骤。开灯命令是由系统满足预先设定好的开灯条件产生；
[0059]步骤4:系统通过控制模块的K端子发送交流接触器吸合命令，控制交流电源输入支路的交流接触器KM吸合，使交流电源供入AC/DC转换模块，AC/DC转换模块开始工作，并执行下一步骤；
[0060]步骤5:系统通过AC/DC转换模块的通讯端口，监测AC/DC转换模块工作是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，控制模块通过端子K关断交流接触器，停止开灯程序，并发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0061]步骤6:系统通过控制模块DK1/DK2/DK3/DK4端子发送直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4吸合命令，使直流电源输出支路导通，并执行下一步骤；
[0062]步骤7:负载得电，亮灯运行，并执行下一步骤；
[0063]步骤8:系统在亮灯运行状态下，通过交流电源检测模块的电压检测端子Ua/Ub/Uc，电流检测端子(Ial、Ia2)/(Ibl、Ib2)/(Icl、Ic2)和交流接触器状态检测端子KM分别检测交流电压是否正常/电流是否正常(工作电流)/交流接触器是否正常(闭合)；以及通过直流电源检测模块的直流电流检测端子(DI11、DI12)/(DI21、DI22)/(DI31、DI32)/(DI4UDI42)和直流接触器状态检测端子DKM1/DKM2/DKM3/DKM4检测直流支路电流是否正常(工作电流)/直流接触器是否正常(闭合)；来监测亮灯运行状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则系统根据不正常内容，按照预先设定好的程序作相应的处理，同时发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备;
[0064]步骤9:系统监测是否有调光命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则执行步骤12 ;调光命令可以是程序预先设定，也可是外部指令。
[0065]步骤10:系统通过调光模块发送调光信号给负载的可调光驱动器，并执行下一步骤；负载可调光驱动器根据接收到的调光信号，调节输出电流，控制灯具负载的输出功率，达到调光的目的；
[0066]步骤11:系统通过直流电源检测模块通过直流电源检测模块的直流电流检测端子(DI11、DI12)/(DI21、DI22)/(DI31、DI32)/(DI41、DI42)检测直流支路电流是否正常(调光电流)，监测调光命令执行情况，若正常，则回到步骤7，若不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备；
[0067]步骤12:系统监测是否有关灯命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则返回到步骤七；关灯命令可以是程序预先设定，也可是外部指令；
[0068]步骤13:系统通过控制模块的DK1/DK2/DK3/DK4端子发送断开直流接触器命令，控制直流接触器DKM1/DKM2/DKM3/DKM4关断，系统灭灯，延时，执行下一步骤；
[0069]步骤14:系统通过控制模块K端子发送断开交流接触器命令，控制交流接触器KM断开，系统重新回到步骤I待机状态。
[0070]本发明与现有技术相比，具有以下优点:(1)降低照明装置的能耗。本发明通过两个途径来降低照明装置能耗，一是通过直流供电减少输电环节的电能损耗；二是根据实际照明需要，利用本发明按需对灯具进行开关灯和调光控制，节约电能；(2)提高灯具的使用寿命。由于易损坏的AC/DC部件集中在AC/DC变换控制单元，灯具驱动电源的寿命能够得到大幅度提高，从而提高灯具的使用寿命；(3)减少照明装置的日常维护成本。由于灯具寿命的提高，照明装置的维护量大幅降低，从而减少公用照明装置的日常维护成本；(4)另外还可使照明装置配电三相负载平衡。本发明可以均衡分配三相负载，减少对交流电网的污染。
【权利要求】
1.一种公共照明用直流集中供电调光监控系统，其特征在于设有AC/DC变换模块、交流电源检测模块、控制模块、直流电源检测模块、调光模块、通讯模块以及中央控制器，其中 AC/DC变换模块的输入端与外部三相交流电源输入支路相连接，输出端经直流输出支路直流负载供电，AC/DC变换模块中设有至少一个AC/DC变换器，AC/DC变换器通过总线的方式与中央控制器相连接； 用于检测AC/DC变换模块的输入交流电参数的交流电源检测模块的信号采集端与AC/DC变换模块的交流电源输入支路上的交流接触器以及交流电流互感器连接，并与中央控制器相连接； 用于接收中央控制器的指令并控制外设电路工作状态的控制模块，与AC/DC变换模块输入/输出端接触器的控制线圈连接，并与 中央处理器相连接； 用于检测AC/DC变换模块输出直流电相关参数的直流电源检测模块与直流输出支路上的直流接触器以及直流电流互感器连接，并与中央控制器连接； 用于接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备传送系统的实时状态以及检测的数据的通讯模块，与中央控制器连接； 用于产生调光指令并发送给可调光负载的调光模块，在逻辑上，与负载上可调光驱动器连接，并与中央控制器相联； 用于接收外界传送给系统的指令，以及向外界指定系统或设备传送系统的实时状态以及检测数据的通讯模块，与中央控制器相联； 用于协调系统各部件的协同工作，实现系统功能的中央控制器与AD/DC变换模块连接、交流电源检测模块连接、控制模块连接、直流电源检测模块连接、调光模块连接、通讯模块连接。
2.根据权利要求1所所述的公共照明用直流集中供电调光监控系统，其特征在于可以安装在照明用控制箱、控制柜或箱变中。
3.—种公共照明用直流集中供电调光监控方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:系统上电，处于待机状态。 步骤2:系统待机状态下，通过交流电源检测模块与直流电源检测模块监测照明系统状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备； 步骤3:系统监测是否有开灯命令，若没有，则系统继续保持待机状态，若有开灯命令，则执行下一步骤。开灯命令是由系统满足预先设定好的开灯条件产生； 步骤4:系统通过控制模块发送交流接触器吸合命令，控制交流电源输入支路的交流接触器吸合，使交流电源供入AC/DC转换模块，并执行下一步骤； 步骤5:系统通过AC/DC转换模块的通讯端口，监测AC/DC转换模块工作是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，控制模块关断交流接触器，停止开灯程序，并发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备； 步骤6:系统通过控制模块发送直流接触器吸合命令，使直流电源输出支路导通，并执行下一步骤； 步骤7:负载得电，亮灯运行，并执行下一步骤； 步骤8:系统在亮灯运行状态下，通过交流电源检测模块和直流电源检测模块监测亮灯运行状态是否正常，若正常，执行下一步骤，若不正常，则系统根据不正常现象类别的不同，按照预先设定好的程序作相应的处理，同时发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备； 步骤9:系统监测是否有调光命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则执行步骤12 ;调光命令可以是程序预先设定，也可是外部指令。 步骤10:系统通过调光模块发送调光信号给负载的可调光驱动器，并执行下一步骤；负载可调光驱动器根据接收到的调光信号，调节输出电流，控制灯具负载的输出功率，达到调光的目的； 步骤11:系统通过直流电源检测模块等监测调光命令执行情况，若已执行，则回到步骤7，若未执行，或者执行不正常，则发出故障报警信号，且故障报警信号还应实时通过通讯模块发布到外界指定系统或设备； 步骤12:系统监测是否有关灯命令，若有，则执行下一步骤，若没有，则返回到步骤七；关灯命令可以是程序预先设定，也可是外部指令； 步骤13:系统通过控制模块发送断开直流接触器命令，控制直流接触器关断，系统灭灯，延时，执行下一步骤； 步骤14:系统通过控制模块发送断开交流接触器命令，控制交流接触器断开，系统重新回到步骤1待机状态。
【文档编号】H05B37/02GK104080257SQ201410334879
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】许金生, 谢道荣, 张晋 申请人:芜湖市政通市政工程有限责任公司