胡艷平
（沈陽市裝備制造工程學校，遼寧 沈陽 110026）
路燈照明系統不但為人們的生活提供了巨大的便利，同時有助于美化城市環境，為人們的夜間出行提供保障，減少安全事故發生風險。不同城市的發展水平各不相同，對路燈照明的要求也有所差異。人口規模較小的中小型城市，受經濟發展水平影響，市政路燈照明系統的發展水平有待提高。因此，應結合實際，采取有效措施，解決節能問題。電氣系統補償技術具有較強的降能耗作用，通過電子器件發揮功能，采用自動無功補償裝置減少能耗，保證市政路燈電能供應質量。另外，該項技術具有明顯的應用優勢，低功率狀態下也可以保證路燈的穩定運行，有助于避免剩余功率輸出導致的資源浪費問題。同時，采取科學合理的節能設計方法，加強對電源的控制，實現輸出功率和應用功率的平衡，提高市政路燈的節能性與實用性。
1.1 概念
電氣系統補償技術也被稱作功率補償技術，屬于一種新型節能技術，在使用過程中，主要借助電容器等裝置，實現電能形式的轉化，在此基礎上改變電網運行的負荷功率。電能轉化時并不會消耗額外電能，有助于改善電網的電壓質量，減少能耗，提高電網系統的運行效益。目前，該項技術多用于電氣自動化系統，主要目的在于提高設備的電能使用效率。
通過該項技術，可以實現對電網中相關參數的有效控制，如電壓、電流等，為電網的穩定運行提供保障。通常情況下，電網的電力負荷與線路損耗程度呈負相關。因此，為提高電力運行效率和負荷程度，減少電路的損耗十分必要［1］。對自動化用電設備而言，電源的安裝與轉化，有助于促進電功率的流動，不但能保證電壓質量，同時能優化供電環境。將補償技術用于系統中，實現對運行電壓的有效控制，通過控制器滿足各項指令的要求。這一相互補償的手段有助于避免自動化運行時發生沖突，為電網的穩定運行提供保障。
1.2 應用優勢
將補償技術應用于市政路燈照明系統中具有明顯優勢，不但可以保證照明系統的穩定運行，同時有助于減少電能輸送過程中的損耗，且不同的補償技術，其優勢、特點各不相同。目前小型補償箱在市政路燈照明系統中應用頻率較高，具有安裝簡單、操作便捷等優勢，能與電氣系統直接連接，且補償距離較短，有助于減少電能的消耗［2］。除此之外，補償箱設備間的連接十分簡單，為后期維護管理提供便利。補償技術具有極高的應用價值和優勢，目前在市政路燈照明系統中應用廣泛。該項技術的應用不但有助于保證電網運行的穩定性，同時也能延長電氣系統的使用壽命，最大程度減少電能輸送時產生的能耗，進而提高市政路燈的節能性，推動城市可持續發展。
1.3 類型
將補償技術用于市政路燈照明系統中，有助于降低能耗，提高照明效果，其主要方式包括單燈補償和集中補償。結合實際情況，如果三相或單相電源的燈具與實際不符，明顯低于正常范圍，應采用專門的路燈變壓器，順利加載功率因數，同時在系統上進行調節，利用三相或單相功率電容器進行補償。
1）單燈補償技術。該項技術較為常用，主要指在路燈照明系統中配置專門的補償電容器，其系列型號較多，需結合應用需求合理選擇。該項技術不但具備良好的照明效果，同時能顯著降低配電線路的電流，提高路燈照明系統的功率因數［3］。例如，采用400 W的高壓鈉燈，補償電容器和單燈連接前，功率因數和電流分別為0.42 A和4.5 A。與補償電容器連接后，功率因數與電流分別為0.92 A和2.20 A。通過單燈補償技術，電流較之前明顯降低，而功率因數顯著提高。另外，因為在照明系統中設置電容器，配電柜、配電線路以及變壓器的性能也得到了明顯優化，有效減少照明電路系統中的能源損耗。因此，單燈補償技術能滿足節約能耗的要求，且有助于提高相關電氣設備的使用效率，延長使用壽命，為系統的穩定運行提供了支持。雖然該項技術前期安裝及后期維護管理較為復雜，但對于提高系統照明效果及節能性具有重要作用。
2）集中補償技術。集中補償主要指在系統中安裝大功率無功補償的三相低壓電容器。該項技術不但操作便利，且后期維護管理簡單，綜合成本較低，補償效果理想，有助于減少能源損耗。相較于單燈補償技術，集中補償技術更為便捷、高效，應用頻率更高［4］。集中補償主要由平衡電網、并聯電容器等組成（見圖1），能顯著提高系統的功率因數。
圖1 集中補償電路
雖然集中補償技術的應用優勢已得到廣泛認可，但應考慮多方面因素的影響，針對部分城市而言，單燈補償技術更能滿足照明系統的要求。以上兩種技術可應用于路燈照明系統中，且對于提高線路利用率及減少能耗均具有明顯作用。通常情況下，針對已完成施工建設的市政路燈照明系統，采用集中補償技術的效果更為理想，且后期維護成本較低。當系統使用對稱三相負載，則需要采用三相補償設施進行集中補償；
如果為非對稱三相復雜，多采用混合補償設施進行補償，以提高應用效果。針對新建市政路燈照明系統，單燈補償技術的應用效果較好，這一條件下操作便捷，能實現現場補償，保證應用效果［5］。
為提高市政路燈照明系統的補償效果，應積極引進前沿、先進技術，注重技術創新。例如，可將自換相變流電路應用于系統中，并采用靜止發生器，實現對系統連續動態化補償的有效控制［6］。同時，還可以采用觸發晶閘管進一步提高系統的補償效果，保證其具有良好的可控性，為系統的穩定運行提供保障，減少故障發生概率。
2.1 總體結構設計
無功補償系統主要由一系列元件、設備構成，具體包括開關、雙向晶閘管、熔斷器、三相電容器等，如圖2所示。
圖2 無功補償系統結構
為進一步明確系統所需的無功功率，首先應采樣供電系統中的相關參數，如三相電源電流值、電壓值，收集的信號及時遷移至控制器。基于對無功功率的準確結算，控制器根據計算結果進一步確定電容器的實際投入量，將其作為主要指令，遷移至晶閘管并執行指令。
2.2 控制電路設計
人機交互模塊是控制電路設計的重點，主要設備為液晶顯示器，其型號為1602，能充分、直觀顯示系統檢測到的相關參數信息，如電流值、電壓值和功率因數等。該模塊與可調電位器連接，能對字體灰度進行合理調節。
投切控制電路的設計。控制器是整個系統中最為關鍵的裝置，其作用為分析處理采樣信息，計算無功功率，之后明確投切電容器的數量，在此基礎上發送相應指令［7］。在投切時如何使電容器避免電流沖擊是系統設計應關注的要素。為避免出現故障，應確保晶閘管觸發電路互為獨立，避免其互相干擾，雖然存在切斷等情況，也能避免電流沖擊。路燈照明系統為人們的生活提供了巨大的便利，有助于美化城市環境，為人們夜間出行提供安全保障，減少安全事故發生。各地區城市經濟發展水平有所差異，且對路燈照明的要求各不相同。例如，中小城市的人口規模較小，且經濟發展水平較低，需要加強市政路燈照明系統的建設。在系統設計階段，應充分結合城市發展實際，制定科學合理的設計方案，提高系統的節能性。對路燈照明系統進行設計時，能耗補償設計是應用頻率較高且有效的設計手段，運用補償技術有助于降低能耗。而相應的電子器件、設備可以實現電路補償，例如，采用自動無功補償設備可有效降低能耗，進一步提高路燈的供應水平，在額定功率下滿足其運行要求。無功率損耗補償能保持路燈的低功率穩定運行，有助于避免能耗較大的問題［8］。除此之外，還需要積極采用節能設計手段，加強對路燈電源的控制，保證輸出功率與應用功率處于平衡狀態，避免發生燈具損壞等問題。實際設計階段，應做好投切控制電路芯片的選型工作，目前多采用MOC3061型號芯片，具有零觸發的特點，屬于一種光耦合芯片。通過傳輸脈沖信號，控制器能有效控制觸發晶閘管，這一過程中產生的信號通過芯片遷移至晶閘管模塊，之后由投切控制電路執行相應的指令。圖3為具體原理圖，電阻R1具有限制觸發器電流的作用，主要由系統電壓峰值和觸發器終端的重復沖擊電流峰值決定。R2為晶閘管的門極電阻，能強化抗干擾性能。R3和電容構成浪涌吸收電路，能避免涌流電壓對晶閘管造成損壞。
圖3 雙向晶閘管控制電路原理
2.3 軟件設計
首先，有效值的采樣程序設計。系統可以實時收集各相的信號，如電流、電壓信號，在互感器的作用下，將完成收集的信號進一步轉換，之后經濾波處理，將其轉化為有效值的直流信號，通過模擬數字轉換器實現電路的轉換，將采集信號輸入至控制器分析處理［9］。
其次，功率因數采樣程序的設計。采樣單片機晶振，其頻率約11 MHz，運行周期為0.02 ms。經過定時器與中斷系統后，單片機可以有效檢出相關參數間的差異性，進而對電流值、電壓值等進行精準計算，得到準確的功率因數。采集電路信號的過程中，噪聲問題十分常見，極易影響檢測結果。為進一步提高檢測結果的準確性，應對獲取的信號實施濾波處理。目前應用較為廣泛的方法為算術平均濾波法，但僅能在一定程度上減少噪聲的影響，無法根本解決問題。為進一步提高采樣的準確性，以平均濾波法對其進行分析，將脈寬計數值信號的最大值與最小值去除，對剩余數值進行平均處理［10］。該方法有助于去除相對明顯的噪聲，使采樣值更為接近真實值。
最后，電容器投切程序的設計。對無功功率而言，如果系統存在欠補償情況，則無功功率為正，如果存在過償情況，無功功率為負。檢測獲得的無功功率為Qm，Qi為對應組合的投切量。如果電容器未投入運行，需要對其容量組合進行檢測，明確差值合理的組合，將其應用于設備中。如果該過程中電容器已處于應用狀態，電容容量為Qt，系統值缺的總無功功率為Qz，對電容器組容量進行搜索，尋找滿足差值最小的組合。
系統投切方法為：對應投切的電容器數量進行計算，如果需要投入的電容器已經運行，使其保持穩定運行狀態便可；
而無需投入的組合，應及時退出運行。實際工作時，應根據上述流程合理選擇電容器組合。
綜上所述，市政照明路燈系統為人們的日常生活提供了巨大的便利，在城市道路等基礎設施中普遍存在，因其數量繁多，能耗問題十分嚴重。在節約型社會發展背景下，應加強對路燈照明系統能耗問題的關注，積極引進無功補償技術解決這一問題。在電網功率因數與補償深度等方面，應進一步加大補償技術的推廣力度和研發力度，注重技術創新，進一步提高系統的節能性。
猜你喜歡單燈晶閘管功率因數勵磁整流柜可控硅故障模擬及分析四川電力技術(2022年6期)2023-01-31一種晶閘管狀態和極性的檢測方法及其應用現代信息科技(2022年20期)2022-11-17水下等離子體聲源放電開關及控制電路設計*艦船電子工程(2019年11期)2019-11-28高壓固態軟啟動裝置故障問題剖析及解決措施機電信息(2018年21期)2018-07-26基于單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統中國交通信息化(2018年10期)2018-02-16一種高精度功率因數測量電路電子制作(2016年1期)2016-11-07公路隧道LED照明智能單燈控制調光節能系統研究中國交通信息化(2016年10期)2016-06-08高速公路照明單燈管理系統研究中國交通信息化(2016年5期)2016-06-06單燈控制系統在EMC模式LED道路照明節能改造的應用照明工程學報(2016年3期)2016-06-01低壓大電流開關電源的功率因數校正技術通信電源技術(2016年6期)2016-04-20