基于自动调压及无功补偿的路灯配电网节能系统设计

摘要

随着我国经济的快速发展、新型城镇化建设的深入推进，城市路灯建设规模越来越大，消耗的大量电能在增加环境污染的同时，致使各城市路灯电费不断攀升，而且，路灯配电网电压的偏高会产生更多的发热量及额外电费支出、加速灯具损坏，光源功率因数的偏低，使回路电流较大，在线路和配电变压器上产生大量的电能损失。为实现节能减排、延长灯具使用寿命、降低综合运营费用、提高城市路灯管理的精细化、自动化管理水平、减少交通事故，本文设计实现一种基于自动调压及无功补偿的路灯配电网节能系统，由路灯配电网节能系统监控主站、通讯网络、自动调压及无功补偿节能装置组成。在国内首次运用自动调压及无功补偿技术相结合的方式进行路灯节能，且系统监控主站具有实时监控与调配等功能，不仅实现了路灯的按需照明，节能降耗效果显著，同时满足了路灯精细化管理的需求，提高了路灯管理部门对城市照明的实时控制和科学管理水平。
　　本文首先阐明了课题研究背景和意义，对城市路灯监控节能系统研究现状展开深入调研，分析高压钠灯电气特性，研究了自动调压节能原理、无功补偿节能原理，在充分了解市场需求、国家标准要求的基础上，设计提出了节能系统功能要求和总体设计方案。
　　其次，以Mega128L单片机为控制核心展开自动调压及无功补偿节能装置的硬件设计。设计了节能装置的单片机最小系统电路、实时时钟电路、人机接口电路、电压电流采样电路，存储模块接口电路，实现了路灯调压功能、无功补偿功能，针对系统通讯需求，设计完成了GPRS通讯接口、RS485通讯接口电路。
　　再次，完成了路灯节能系统的软件设计。针对自动调压及无功补偿节能装置的主要功能，设计了主程序流程图、GPRS通讯流程、电压调节流程、无功补偿程序流程，给出了RS485通讯核心程序段，针对节能装置的实时时钟功能，给出了实时时钟读取的程序流程;对于节能系统监控主站的软件设计部分，完成了系统功能架构和监控主站客户端功能界面。
　　最后，实现了系统实际运行和节能效果分析。针对济南市大部分路灯，给出了现场安装方案并予以实际运行，针对部分路段路灯，进行了节能计算与分析，系统节能效果显著。
　　本路灯配电网节能系统除具备基于GPRS的远程监控功能外，还实现无功功率补偿、电压调节等功能，在保证正常照明前提下，节能效果显著，提高路灯综合管理水平，具有广阔的市场前景，目前已经批量装备在济南、沈阳等地。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 路灯节能技术国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 系统原理及总体方案设计

2．1 高压钠灯特性分析

2．2 自动调压及无功补偿节能原理

2．2．1自动调压节能原理

2．2．2 无功补偿节能原理

2．3 节能系统功能设计

2．3．1自动调压及无功补偿节能装置功能设计

2．3．2 主站系统功能规划

2．4 总体设计方案

2．5 本章小结

第3章 自动调压及无功补偿节能装置硬件设计

3．1 单片机最小系统

3．2 电压电流采样电路设计

3．3 路灯调压功能设计

3．3．1 调压器

3．3．2 调压器驱动电路

3．4 无功补偿功能设计

3．4．1 补偿电容选择

3．4．2 补偿电容接线

3．5 通讯接口设计

3．5．1 GPRS接口设计

3．5．2 RS485通信接口设计

3．6 存储器模块

3．7 人机接口

3．8 系统时钟

3．9 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 自动调压及无功补偿节能装置软件设计

4．1．1 主程序流程设计

4．1．2 GPRS通讯实现

4．1．3 电压调节

4．1．4 无功补偿

4．1．5 RS485通讯

4．1．6 日历时钟模块子程序设计

4．2 路灯配电网节能系统监控主站软件设计

4．2．1 系统监控主站功能架构

4．2．2 系统监控主站客户端功能实现

第5章 系统实际运行及分析

5．1 系统实际运行状况

5．1．1 现场安装方案

5．1．2 系统功能性能运行界面

5．2 路灯配电网节能系统节能验证方案及效益计算

5．2．1 工业南路数据采集及分析

5．2．2 燕子山路试点数据采集及分析情况

5．2．3 效益分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

致谢