专利名称：智能节电最优控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种节能技术领域的自动控制方法，具体是一种智能节电 最优控制方法。
背景技术：
众所周知，地球的能源和资源是有限的，为了最大限度地保障经济的可持 续增长，人们在积极寻找新能源和开发可再生能源的同时，时刻不可放松对现 有能源的节约，这是全人类共同关心的议题和共识。为了有效和最大限度地节 约利用能源，最根本的办法在于先进科学与技术的应用。其中，如何使气体放 电灯达到有效使用而又节能的效果就是一项当前十分突出而又紧迫的技术任 务，因为利用气体放电灯的优越光通量特性作为路灯使用，其数量之大已经遍 及城乡各地道路。当气体放电灯作为道路照明时，在保证有效照明的情况下， 如何实现最大限度的节电，这对国家社会经济发展的意义不言而喻，然而，要 使得气体放电灯实现真正意义上的节电，至今为止仍然存在着诸多技术难题。 就当前已被采用的诸多技术来看，概括地说，基本上是利用降压装置或相类似 的技术来实现照明节电，这是气体放电灯照明节电的技术误区。
经对现有技术文献的检索发现，张万奎、丁跃浇"高压钠灯的技术特性及 降压节电应用"(《照明工程学报》2005年第4期)，该文"从高压钠灯的技术性 能入手，分析其降压供电节能的可行性"，提出了 "照明灯具从承受相电压变 至线电压一半的自动转换降压方式，从而实现最优道路照明节电模式"。上述文 献对气体放电灯之一高压钠灯的技术特性分析显然是偏面的，仅仅考虑高压钠 灯在放电状态下伏安特性曲线的负斜率性质，而没有考虑其功率特性，更没有 考虑其附带镇流器时的功率特性，如此"节电"方式是以牺牲气体放电灯有效 照明和正常使用寿命为代价的纯商业性节电，缺乏理论依据，是不科学的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种智能节电最 优控制方法，使其能够在有效照明前提下实现气体放电路灯的高效、安全节电 的最优效果，以下将由气体放电灯配接镇流器及触发器后所构成的气体放电路 灯简称为气体放电路灯。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤
(
1) 在同一路段上，选用同一技术特性规格的气体放电灯；
(2) 根据所选用气体放电路灯中气体放电灯的设计灯电压C/,和设计灯功率
M，计算出气体放电灯在设计工况下的工作电流/,;
(3) 根据气体放电灯在设计工况下的工作电流/,和与其配接的镇流器在设
计工况下的工作阻抗Z,,计算出气体放电灯在设计工况下的输入电压c4;
(4) 由气体放电灯最低灯电压一功率特性曲线7V-M7 + A^、气体放电灯 最高灯电压—功率特性曲线iV = + iVAg 、气体放电灯最高允许功率线iV = iVg 、 气体放电灯最低限定功率线iV =构成气体放电灯节电安全控制四边图，j、、
7V,g分别为气体放电灯最低灯电压一功率特性曲线与最高灯电压一功率特性曲
线在灯功率坐标上的截距；
(5) 建立气体放电灯的灯电压一功率特性曲线集和灯电压一功率特性曲线 集和配接镇流器后的灯电压 一 功率特性曲线集数据库；
(6) 选择节电水平^;
(7) 依据节电水平G，选取镇流器特性曲线，获取目标灯电压，进而确定
气体放电路灯的输入电压，即交流输出电压目标值；
(8) 气体放电路灯作为被控对象进入全程最优控制状态，包括路灯冷启 动控制、路灯节电最优控制、路灯热启动控制、路灯关闭控制；
(9) 路灯冷启动控制，从白天进入夜间时，依据天空光照度确定路灯冷启 动的最佳时刻，无论春夏秋冬，均能在最合适的环境亮度下开启路灯照明，既 保证了道路行车安全，又最大限度地节省电能，在开启时间段就彻底杜绝"白
天亮灯、夜间不亮"的不正常现象发生；
(10) 路灯节电最优控制，具体步骤如下-
① 进入夜间照明，在线检测路灯工作状态参数信号，包括交流输入电压、 电流、交流输出电压、电力电子开关器件温度、天空光照度；
② 由节电水平g，确定灯目标功率A^;
③ 重复第(7)步骤，在交流输出电压目标值下，气体放电路灯能够利用气 体放电灯的"伏一安"负阻特性与镇流器的正阻限流特性形成阻抗"互补"，使 得气体放电灯始终能够稳定在灯目标功率附近工作；
④ 通过在线实测，交流输出电压一旦偏离目标值，被测信号经处理、决策 后，系统向无触点电压调节器发送电压调节指令，改变交流输出电压使其重新 回到目标值；
⑤ 计算节电效果，包括节电率与累计节能； (D输出路灯工作状态信息与节电效果数据；
(11) 路灯热启动控制，夜间因电网线路故障或者人为原因造成路灯中断 照明，当线路恢复供电后，本发明技术会同时根据天空光照度和气体放电灯的 玻壳温度选择热启动的最佳时刻，因此，不仅能够保障路灯的技术性能不因在 热状态下再启动而损坏，也不会将白天来临时正常关闭路灯误判为"事故中断"， 因此使路灯能够工作在良好的工作环境，确保其使用寿命得到维护；
(12) 路灯关闭控制，从夜间进入白天时，依据天空光照度确定路灯关闭 的最佳时刻，无论春夏秋冬，均能在最合适的环境亮度下关闭路灯照明，既保 证了道路行车安全，又最大限度地节省电能，同样从关闭时间段，彻底杜绝"白 天亮灯、夜间不亮"的不正常现象发生。
本发明具有以下有益效果确保气体放电灯在标准灯电压下实现科学节电 20 45%;气体放电灯光通量不低于90%;能够根据自然光照度，自动、科学、 合理地开启/关闭路灯，节约电网电能消耗，并确保了夜间行车安全；确保了热 启动状态下气体放电灯的使用安全；因为避免了气体放电灯在〉220V或〈180V的 电压上工作，因此能够从气体放电灯寿命预测资料中证实其使用寿命得到延长。
图1为本发明实施例采用的气体放电灯供电主电路构成示意图
图中交流输入滤波器l、无触点电压调节器2、交流输出滤波器3、气体 放电灯4、镇流器5和触发器6、交流输入电压传感器7、电流传感器8、交流 输出电压传感器9、温度传感器IO、光照度传感器ll。
图2为本发明实施例检控流程图
图3为本发明实施例节电最优控制四边形图
图中最低灯电压一功率特性曲线12、最高灯电压一功率特性曲线13、最 髙允许灯功率线14、最低限制灯功率线15，构成路灯节电最优控制四边形图， 以及镇流器特性曲线集16。
图4为本发明实施例节电最优控制决策流程图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例采用的气体放电灯供电主电路，包括交流输入滤 波器l、无触点电压调节器2、交流输出滤波器3、气体放电灯4、镇流器5、触 发器6、交流输入电压传感器7、电流传感器8、交流输出电压传感器9、温度 传感器10、光照度传感器11。交流输入滤波器1的输入端口连接50 Hz单相交 流电源输出端口，交流输入滤波器1的输出端口连接无触点电压调节器2的输 入端口，无触点电压调节器2的输出端口连接交流输出滤波器3的输入端口。 交流输入滤波器1采用r形电路，即由一个50 Hz低通电感和一个电容组成。 交流输出滤波器3采用双n形电路，艮p，滤波电路由一个lkHz高阻电感、 一个 50 Hz低通电感和三个电容组成，50 Hz低通电感的输入端接无触点电压调节器 2的输出相线，50 Hz低通电感的输出端接lkHz高阻电感的输入端，lkHz高阻 电感的输出端接气体放电灯4的第一个电极，第一电容的一端接50 Hz低通电 感的输入端，第一电容的另一端接交流电源零线，第二电容的一端与50 Hz低 通电感的输出端和lkHz高阻电感的输入端连接，第二电容的另一端接交流电源 零线，第三电容的一端接lkHz高阻电感的输出端，第三电容的另一端接交流电
源零线，即，第一电容并接于交流输出滤波器的输入端口，第二电容并联于交
流输出滤波器双n形电路的中间，第三电容与交流输出滤波器的输出端口和气
体放电路灯4的输入端口并联。气体放电灯4的第二电极连接镇流器5的第一 端头，镇流器5的第二端头连接至交流输出滤波器3的零线端，触发器6的第 一端头与气体放电灯4的第一电极连接，触发器6的第二端头与气体放电灯4 的第二电极连接。交流输入电压传感器7的输入端与交流输入滤波器1的输入 端口相并接，交流输入电压传感器7的输出端与第一信号采集通道的输入端口 连接；电流传感器8的输入感应圈套于交流电源相线上，其输出端口与第二信 号采集通道连接；交流输出电压传感器9的输入端口与交流输出滤波器3的输 出端口连接，其输出端口与第三信号采集通道的输入端口连接；温度传感器10 的热电阻感温片粘贴在无触点电压调节器中电力电子开关开关器件的散热片 上，其输出端口与第四信号采集通道的输入端口连接；光照度传感器ll的光照 度感应片垂直向上安装，正面无障碍物阻挡，能够正确感应天空光照度，其输 出端口与第五信号采集通道的输入端口连接。交流输入滤波器1的输入端口首 先接受50 Hz单相交流电源供电，在滤除来自电网的杂散高频信号的同时，防 止电压调节后所输出交流信号中的谐波成分反馈至电网。经过交流输入滤波器1 滤波后的交流电源信号送至无触点电压调节器2，无触点电压调节器2根据控制 输入端口所收到的触发脉冲信号确定其中电力电子开关的导通状态以调节其输 出的电压值。交流输出滤波器3阻挡电子触发器在气体放电灯4启动前瞬间所 产生的脉冲高电压对交流调节电源输入回路的"反冲"，也能阻隔镇流器的高压 感应电动势对交流调节电源输入回路的影响，因此起到保护无触点电压调节器2 中电力电子开关器件安全的作用，并防止脉冲高电压对电网的污染。
本实施例采用的气体放电路灯状态检控硬件系统，包括供电主电路、信 号传感器、状态检测器、信号处理器、控制驱动器、GPRS远程监控系统。信号 传感器包括交流输入电压、电流、温度、光照度、交流输出电压传感器，传 感器的信号输出端口与状态检测器的信号输入接口的第一至第五信号采集通道 连接，状态检测器的输出接口连接至信号处理器的信号输入接口，信号处理器 的控制输出接口连接至控制驱动器的输入接口，信号处理器的RS232串行接口与GPRS远程监控系统中的远程终端GPRS模块的RS232串行接口相连接，控制 驱动器的输出接口与供电主电路的控制输入接口连接。供电主电路接受50 Hz 单相交流电源供电作为气体放电灯的能量来源。交流输入电压、电流、温度、 光照度、交流输出电压信号经过状态检测器预处理后交由信号处理器处理、分 析，信号处理器根据信号分析结果做出控制决策向控制驱动器发送控制指令， 控制驱动器将控制指令转换成触发脉冲信号输出至供电主电路中的控制输入接 口用以调节供电主电路的电压输出。信号处理器将供电主电路的状态信息及其 控制决策通过RS232串行接口与GPRS远程监控系统进行信息交互。信号处理器 对状态检测器所提供的信息数据通过科学的处理与分析，然后才输出相应的控 制指令，因此，能够使气体放电灯始终是在最合理的工作条件下冷启动和最安 全的工作条件下热启动，能够使气体放电灯始终处于最优控制区内接受最佳灯 电压供电和最高电光转换效率下的功率输出，进而确保气体放电灯的最佳照 明效果和安全使用寿命条件，真正达到节电节能的科学目标。
如图2所示，本实施例包括气体放电灯工作状态检测与控制两个部分。其 中，被检测参数包括交流输入电压、电流、交流输出电压、电力电子开关器 件温度、天空光照度；控制方式包括:'气体放电路灯冷启动、气体放电路灯热 启动、气体放电路灯最优节电控制、气体放电路灯关闭控制。
上述硬件系统安装于一个控制柜内，可以单相供电，也可以三相供电。前 者称为单相路灯智能节电控制器，单相输入单路输出，控制柜的输入插座连接
单相交流电源输出，控制柜的输出插座即交流输出端口连接一组气体放电路灯 的输入端口；后者称为三相路灯智能节电控制器，三相输入三路输出，控制柜 的输入插座连接三相交流电源输出，控制柜的输出插座分三路交流输出端口分 别连接三组气体放电路灯的输入端口，三路交流输出的电路拓扑完全一样，每 路输出所能"拖带"的路灯负载由每路额定输出电流确定，如某路输出额定电 流为200A,每盏气体放电路灯额定功率为250W，则该路输出最多能够"拖带" 150盏。
以下结合实施例阐述智能节电最优控制方法的具体步骤 (1)所有路灯选用具有同一技术特性规格的高压钠灯+镇流器+触发器作
为气体放电路灯；
(2) 根据高压钠灯的设计灯电压t/,和设计灯功率iV,，计算出高压钠灯在 设计工况下的工作电流/,, /,=^;
(3) 根据髙压钠灯在设计工况下的工作电流/,和与其配接的镇流器在设计 工况下的工作阻抗Z,，计算出髙压钠灯的气体放电路灯在设计工况下的输入电
压C/"即交流输出电压，[/,:= C/, +
(4) 由高压钠灯最低灯电压一功率特性曲线^ = ^/ + ^&、髙压钠灯最高 灯电压一功率特性曲线^ = ^/ + ^^、高压钠灯最高允许功率线7V-iVg、高压 钠灯最低限定功率线W-iV,构成高压钠灯节电安全控制四边图，如图3所示，
四根曲线12、 13、 14、 15构成四边图，高压钠灯内不仅有汞，还充有钠，在灯 工作期间，钠和汞以液钠汞气的形式贮藏在放电管的冷端部分，高压钠灯的灯 电压和灯功率的关系是基于在放电管内包含着过量的钠汞气而造成的，只有部 分的汞和钠形成蒸汽压，蒸汽压的高低也即反映在灯电压上，它取决于放电管 "冷端"处的温度，冷端温度的变化造成蒸汽压的变化，产生灯电压的变化， 从而发生灯功率的变化，也就是说，高压钠灯在寿命期间，灯功率随着灯电压 的变化而发生变化，但在在一定的功率范围内灯电压和灯功率的关系近似于线 性关系，当灯电压等于设计电压时，灯功率将达到设计目标功率，对相同型号， 相同功率的灯有近似平行的特性曲线，对于那些有较高灯电压的灯，其特性曲 线斜率的陡度会减小，四边形图的上部代表着高压钠灯最大功率的极限，最大
功率的极限取决于放电管最大可允许的工作温度，最大功率线通常设置在超过 灯泡标称功率的20 30%左右，四边形图的下部代表着高压钠灯最小功率的极 限，设置最小功率线以确保能满足灯泡的升温特性、灯泡工作的稳定性、可接 受的光的输出效率，以及光色性能等，最小功率线通常设置在低于灯标称功率 的20 30%附近，四边形图左边的最小灯电压线为灯可接受的最小灯电压的灯 特性曲线，即最低灯电压一功率特性曲线，对于每种规格的高压钠灯所认同的
最小灯电压都已规定在灯的性能参数表中，四边形图右边的最大灯电压线表示 为灯可允许的最高灯电压时的灯特性曲线，即最高灯电压一功率特性曲线，该 曲线考虑了灯中可能出现的最大灯电压、灯寿命期间灯电压的上升、密封式灯 具内灯电压的上升，以及其他变化因素，如果灯电压超出最大灯电压曲线之外， 这时镇流器将不能确保灯能稳定地或持续地工作，因此，上述四边形图可作为 髙压钠灯工作系统的一个规范，它包含了灯和镇流器两者的要求，也考虑了其 他因素的影响；
(5)建立气体放电路灯的灯电压一功率特性曲线集数据库，对于一个特定 的灯特性曲线，可通过在一定范围内改变电源电压或镇流器的阻抗，从而改变 灯的电压和功率得到一组近似平行的特性曲线，即7V^H7 + iV,，随着A^值的
不同变化形成一组灯电压一灯功率特性曲线集，当高压钠灯配接镇流器在恒定 的输入电压下连续工作时，灯电压和灯功率的变化会遵循着镇流器的特性曲线， 简称镇流器特性曲线，如图3所示16曲线集，该曲线通过使放电管的冷端温度 升高来变化灯电压和灯功率而得到，当电源电压变化时可得到一组镇流器特性 曲线，试验曲线能够运用曲线拟合法获得解析表达iV = 正确设计的镇流
器，其特性曲线落在节电安全控制四边图内，由镇流器特性曲线的连续特性能 够通过一阶导数求取灯功率最大值，并连同对应镇流器特性曲线存放于数据库 中，因此在数据库中，灯功率最大值与镇流器特性曲线建立了一一对应关系， 在高压钠灯的使用系统中存在着各种因素的变化，如电源电压的变化、灯性 能随时间的变化、灯具内反射器效率的变化、使用环境的变化等，高压钠灯的 国际标准中以第(4)步骤的四边图的形式，要求镇流器能确保灯在寿命期间及 任何动态变化的状况下，其电气性能参数变化限制在上述特定范围内，四边形 图概括性地规定了镇流器设计的条件
① 镇流器的特性曲线应与两条灯电压线相交，并在灯的寿命期间保持在灯 功率的极限线W = JVg与TV = iV,之间；
② 镇流器的设计应使灯不仅在额定电源电压K下，而且在可允许的最低电源电压[/ = 士(^-4)或最高电源电压[/ = 士(^- )下，即，总是工作在四边 形图的区域内；
(D最佳的镇流器特性曲线必须是一根既没有拐点、也没有折点的连续光滑曲 线，而且仅存在一个处于最小与最大电压曲线之间的极值点，如M点的iV,，
或//点的7\^、 Z点的A^等。
(6) 选择节电水平g， 0可以取0 45%，如。=25% = 0.25 ;
(7) 依据节电水平g，选取镇流器特性曲线，获取灯目标电压，进而确定
气体放电路灯的输入电压，即交流输出电压目标值，具体方法
① 由(1 - 0)x AT,求取节电水平对应的灯控制目标功率7Ve ，
② 将^e作为待选镇流器特性曲线的灯目标功率最大值，从数据库中获取对 应的灯电压C/值，即^/ = ￡^,
③ 由A^与C/e求取/e，
将[/6与/2代入[>,, =t>e+/eze * +/!^/求得路灯输入电压^, ，即交
流输出电压，并将其转换为电压有效值[/,, ， R,"即为交流输出电压目标^t;
(8) 进入全程最优控制状态，包括路灯冷启动控制、路灯节电最优控制、 路灯热启动控制、路灯关闭控制；
(9) 路灯冷启动控制，从白天进入夜间时，依据天空光照度确定路灯冷启
动的最佳时刻，当^<￡。时，开启路灯照明，Z、丄。分别为当前实测天空光照
度和光照度阈值，环境亮度只有在低于该阚值时才开启路灯，因此无论春夏秋 冬，还是突然出现阴霾天气，本发明均能在最合适的环境亮度下既保证了道路 行车安全，又最大限度地节省电能；
(10) 路灯节电最优控制，具体步骤如下
①进入夜间照明，在线检测路灯工作状态参数信号，包括交流输入电压、 电流、交流输出电压、电力电子开关器件温度、天空光照度；
② 由节电水平2，确定灯目标功率A^，如0 = 0.25，则A^-0.75A^，即实 际控制灯功率为设计灯功率的75%;
③ 重复第(7)步骤中的① ④，当路灯输入电压稳定于[/,, 时，由于高压
钠灯在其放电过程的"伏一安"负阻特性与镇流器的正阻限流特性正好形成了 两者的阻抗"互补"，因此使得高压钠灯始终能够稳定在灯目标电压f/。与等目
标功率ATe对应的坐标点0(C/e,iVe)附近工作；
④ 通过在线检测，交流输出电压一旦偏离被测电压经信号处理、决策 后系统向无触点电压调节器发送电压调节指令，由输出控制量AC/^改变^/,,"的
值，使气体放电路灯输入电压重新回到目标电压[/,, ;
⑤ 计算节电效果
节电率"Z(^/^。-p,"V，、丽。
Z("'"/Z')cos0
累计节能『=/Z, )co一 - Zt/, /e cos^
这里，C/,"为交流电源单相输入电压，cospe、 cosp分别为对应灯目标功率
W。和不实施节电控制下的负载功率因数，f为分段工作时间； 输出路灯工作状态信息与节电效果数据
路灯工作状态信息与节电效果数据能够通过远程监控系统传输至网络监控 中心以供远程监控与高层管理使用；
(11)路灯热启动控制，夜间因电网线路故障或者人为原因造成路灯中断 照明，当线路恢复供电后，本发明技术会根据天空光照度和气体放电灯的玻壳
温度选择热启动的最佳时刻，当且仅当丄<丄。A0〈0。时，系统才会向气体放电
路灯发送热启动控制指令，e、 ^分别为电力电子开关的当前温度及其热启动
控制温度阈值，后者已经通过实验建立了与气体放电灯玻壳冷却温度的热力学 关系，即， 一旦0<&,气体放电灯玻壳温度也已降到了允许热启动的温度限值，
因此，不仅能够保障路灯的技术性能不因在热状态下再启动而损坏，也不会将 白天来临时正常关闭路灯误判为"事故中断"，因此使路灯能够工作在良好的工 作环境，确保其使用寿命得到维护；
(12)路灯关闭控制，从夜间进入白天时，当丄2丄。时，路灯关闭，因此，
无论春夏秋冬，均能在最合适的环境亮度下关闭路灯照明，既保证了道路行车 安全，又最大限度地节省电能。
实施例证实，本发明具有以下有益效果
① 由于路灯从夜间10点钟开始电网进入供电谷段，电压要比供电平段高出 10 20%，如果对路灯不实施节电智能控制， 一般情况下，路灯均在高于灯设 计功率10 20%的状态下工作，因此，实施本发明技术后的实际节电效果能够 达到20 45%;
② 在实施智能节电的情况下，高压钠灯光通量不低于90%;
③ 能够根据自然光照度，自动、科学、合理地开启/关闭路灯，节约电网电 能消耗，并确保了夜间行车安全；
④ 确保了热启动状态下气体放电灯的使用安全；
⑤ 因为避免了气体放电灯在〉220V或〈180V的电压上工作，因此能够从气体 放电灯寿命预测资料中证实其使用寿命得到延长。
权利要求
1、一种智能节电最优控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在同一路段上，选用同一技术特性规格的气体放电灯；(2)根据所选用气体放电路灯中气体放电灯的设计灯电压Ul和设计灯功率Nl，计算出气体放电灯在设计工况下的工作电流Il；(3)根据气体放电灯在设计工况下的工作电流Il和与其配接的镇流器在设计工况下的工作阻抗Zl，计算出气体放电灯在设计工况下的输入电压Ulin*；(4)由气体放电灯最低灯电压-功率特性曲线、气体放电灯最高灯电压-功率特性曲线、气体放电灯最高允许功率线、气体放电灯最低限定功率线构成气体放电灯节电安全控制四边图；(5)建立气体放电灯的灯电压-功率特性曲线集和灯电压-功率特性曲线集和配接镇流器后的灯电压-功率特性曲线即镇流器特性曲线集数据库；(6)选择节电水平Q；(7)依据节电水平Q，选取镇流器特性曲线，获取目标灯电压，进而确定气体放电路灯的输入电压，即交流输出电压目标值；(8)气体放电路灯作为被控对象进入全程最优控制状态，包括路灯冷启动控制、路灯节电最优控制、路灯热启动控制、路灯关闭控制；(9)路灯冷启动控制，从白天进入夜间时，依据天空光照度确定路灯冷启动的最佳时刻；(10)路灯节电最优控制；(11)路灯热启动控制，夜间因电网线路故障或者人为原因造成路灯中断照明，当线路恢复供电后，会同时根据天空光照度和气体放电灯的玻壳温度选择热启动的最佳时刻；(12)路灯关闭控制，从夜间进入白天时，依据天空光照度确定路灯关闭的最佳时刻。
2、 根据权利要求1所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(4) 中，所述气体放电灯节电安全控制四边图，具体为由气体放电灯最低灯电压 一功率特性曲线N=KU+Nbs 、气体放电灯最高灯电压一功率特性曲线N=KU+Nbs 气体放电灯最高允许功率线N=KU+Nbs 、气体放电灯最低限定功率线N=Ng构成气体放电灯节电安全控制四边图，四边形图的上部代表着气体放电灯最大功率的极限，最大功率的极限取决于放电管最大可允许的工作温度， 四边形图的下部代表着气体放电灯最小功率的极限，设置最小功率线以确保能 满足灯泡的升温特性、灯泡工作的稳定性、可接受的光的输出效率，以及光色 性能，四边形图左边的最小灯电压线为灯可接受的最小灯电压的灯特性曲线， 即最低灯电压一功率特性曲线，四边形图右边的最大灯电压线表示为灯可允许 的最高灯电压时的灯特性曲线，即最髙灯电压一功率特性曲线，该曲线考虑了 灯中可能出现的最大灯电压、灯寿命期间灯电压的上升、密封式灯具内灯电压 的上升因素，如果灯电压超出最大灯电压曲线之外，镇流器将不能确保灯能稳 定地或持续地工作。
3、 根据权利要求2所述的智能节电最优控制方法，其特征是，所述气体放 电灯最大功率线设置在超过灯泡标称功率的20 30%,气体放电灯最小功率线 设置在低于灯标称功率的20~30%。
4、 根据权利要求1所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(5)中， 所述特性曲线集，具体为对于一个特定的灯特性曲线，通过在设定范围内改 变电源电压或镇流器的阻抗，从而改变灯的电压和功率得到一组近似平行的特 性曲线，即N=KU+Nb,随着仏值的变化形成一组灯电压一灯功率特性曲线集，当气体放电灯配接镇流器在恒定的输入电压下连续工作时，灯电压和灯功 率的变化会遵循着镇流器的特性曲线，该曲线通过使放电管的冷端温度升高来 变化灯电压和灯功率而得到，当电源电压变化时得到一组镇流器特性曲线，进而能用曲线拟合法获得解析表达N=f(U)，正确设计的镇流器，其特性曲线落在节电安全控制四边图内，由镇流器特性曲线的连续特性能够通过一阶导数求 取灯功率最大值，并连同对应镇流器特性曲线存放于数据库中，因此在数据库 中，灯功率最大值与镇流器特性曲线建立了一一对应关系。
5、 根据权利要求1所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(7)中， 所述交流输出电压目标值，具体为依据节电水平Q，选取镇流器特性曲线，获取灯目标电压，进而确定气体放电路灯的输入电压，即交流输出电压目标值， 具体为① 由(1 - Q)×V,求取节电水平对应的灯控制目标功率NQ ，② 将NQ作为待选镇流器特性曲线的灯目标功率最大值，从数据库中获取对 应的灯电压U值，即U=UQ,③ 由NQ与UQ求取IQ，IQ=NQ/UQ,④ 将UQ与IQ代入<formula>see original document page 4</formula>,求得路灯输入电压Ulin，即交流输出电压，并将其转换为电压有效值Ulin,Ulin即为交流输出电压目标值。
6、 根据权利要求1所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(9) 中，所述路灯冷启动控制，是指从白天进入夜间时，依据天空光照度确定路 灯冷启动的最佳时刻，当L〈L。时，开启路灯照明，L、L0分别为当前实测天空光照度和光照度阈值。
7、 根据权利要求l所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(10) 中，所述路灯节电最优控制，具体为① 进入夜间照明，在线检测路灯工作状态参数信号，包括交流输入电压、 电流、交流输出电压、电力电子开关器件温度、天空光照度；② 由节电水平2，确定灯目标功率i^;③ 重复步骤(7)交流输出电压目标值，当路灯输入电压稳定于Ulin时，气 体放电路灯始终能够稳定在灯目标电压UQ与等目标功率NQ对应的坐标点 Q(UQ,NQ)附近工作；④ 通过在线检测，交流输出电压一旦偏离Ulin,被测电压经信号处理、决策 后系统向无触点电压调节器发送电压调节指令，由输出控制量△Ulin 改变Ulin的 值，使气体放电路灯输入电压重新回到目标电压Ulin.
8、 根据权利要求1所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(11) 中，所述路灯热启动控制，具体为根据天空光照度和气体放电灯的玻壳温度 选择热启动的最佳时刻，当且仅当L<L。Aθ〈θ。时，系统才会向气体放电路灯发送热启动控制指令，L、L。分别为当前天空光照度与路灯启动所要求的光照度阈值，θ、 θ0分别为电力电子开关的当前温度及其热启动控制温度阈值，一旦θ< θ0 ，气体放电灯玻壳温度也已降到了允许热启动的温度限值。
9、 根据权利要求1所述的智能节电最优控制方法，其特征是，步骤(12) 中，所述路灯关闭控制，具体为从夜间进入白天时，当L》L。时，路灯关闭，L、L。分别为当前天空光照度与路灯启动所要求的光照度阈值。
全文摘要
一种节能技术领域的智能节电最优控制方法。本发明通过由气体放电灯最低灯电压-功率特性曲线、气体放电灯最高灯电压-功率特性曲线、气体放电灯最高允许功率线、气体放电灯最低限定功率线构成气体放电灯节电安全控制四边图、镇流器特性曲线和选择节电水平Q来确定气体放电路灯的输入电压，即交流输出电压目标值，使得气体放电路灯处于全程最优控制状态，能够根据自然光照度，自动、科学、合理地开启/关闭路灯，有效确保夜间行车安全的前提下节电效果能够达到20～45％。
文档编号H05B41/36GK101346028SQ20081004215
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者张秀彬, 林 徐, 涟 朱, 贺 王, 远 程, 董长城, 陆冬良 申请人:上海电机成套联合有限公司;上海交通大学