摘 要：节能减排、绿色低碳照明的理念已是全民的共识，作为城市用电大户的城市照明行业，认真贯彻落实国家“十二五”节能减排的目标是行业的应尽职责。本文主要浅析了变功率电感和电子镇流器的节能基本原理，并通过对单灯监控功能的研发和生产，既降低了产品生产成本，又提高了单灯控制、节能系统在城市道路照明系统中应用的可靠性。
关键词：单灯监控节能 可变功率镇流器 电流环路通信
单灯监控、节能系统，是建立在城市灯光监控系统之上，将节能、监控等智能控件安装到路灯杆上，对路灯进行开关、功率输出（节能、电压、电流）控制、电参数采集、功率因数调节等一系列精确操作，真正实现对每一盏灯进行远程监控。对于这种方式的监控，其最基本的要求和实现可能，就是通信的可靠和低成本。如不能克服通信的不可靠性和降低成本，大谈单灯节能与监控，是没有多大的实际意义的。
一、单灯节能原理
图一是高压钠灯传统的电感式和电子镇流器的电路图。要进行单灯节能，一定要使得灯的输出功率是可根据需要而发生变化，这种变化可以随输入电压变化而变化，也可以人为规定而随时间段变化，甚至随监控中心的指令而变化。为了能达到这个功能，镇流器一定要设计成为“智能镇流器”.
“智能镇流器”可以是电子镇流器和电感镇流器，它们都在单片机的控制下进行工作。要进行单灯节能，主要采取“变功率输出”方式，例如：钠灯电感镇流器变功率输出、电子镇流器变功率输出。“变功率输出”顾名思义，镇流器的输出功率是可调的，是根据电压而变化的，由于其控制方式的不同，就演变出不同的产品和控制技术。我们知道：一条支路上的灯电压不是都相同的，在线路的末端，电压最低（最低可比首端少20V左右）；如果镇流器的功率不可调，钠灯得到的电压最低，发出的亮度也低，要使得钠灯的亮度均匀，就必须使得镇流器能根据电压大小自动调节功率输出（俗称：调压）；但要进一步的节能，还需按时间段进行功率调节和远程监控，传统的镇流器往往又不是可以远程监控的，不可能发挥最大效果的节能。要更好的节能，必须给它安装一种廉价的、可靠的通信器和单片机，使之成为可遥控的“智能镇流器”.在此基础之上，再附加一些电量采集（类似远程抄表系统）、灯具防盗报警、智能开关灯、功率因数调节等功能，完全形成了“新”的路灯节能、监控系统，使城市路灯完整地、精确地受控于监控中心，甚至于称之为城市灯光监控系统的最高层次吧。
二、电子镇流器变功率控制原理
传统的电感式镇流器存在功率因数低和自身损耗大的缺点，并对电网造成谐波污染，不但增加了供发电设备的负荷，使供发电设施得不到充分利用，而且严重影响其它用电设备的正常运行。绿色照明事业在世界范围的蓬勃发展，推进了电子镇流器的广泛使用。电子镇流器不但可以做到很高的功率因数（接近1），具有显著的节能效果，还能在很宽的电压范围内正常工作，很好地解决了电感式镇流器的缺点。因为，高强度气体放电灯的功率相对较大，用量也大，所以，高强度气体放电灯电子镇流器的开发应用，具有更加深远的意义。
电子镇流器从理论上说是很成熟的东西，在此不做讨论。要做成可变功率的电子镇流器，电路中需加入单片机和载波通信电路，使电子镇流器中的单片机接收控制中心的指令，实时监控调整灯的功率或开关灯（控制原理图见图二）。要在实际当中得到广泛的应用，其可靠性是最重要的影响因素，其次是通信模块的价廉物美，目前，高压钠灯电子镇流器如何能做到使用寿命达1万小时以上的成品，已经成为大家攻关的课题。
电子镇流器是将交流220伏电整流为310伏直流电，再通过电子电路转变成为高频100伏左右的交流电供给钠灯进行工作，其可靠性主要决定于其中功率半导体器件的可靠性，而要得到高质量的功率半导体器件，是要付出较大成本的，这也是制约电子镇流器广泛应用于路灯的主要原因，只有攻克了这个“难题”,电子镇流器在路灯系统中才会有较大的发展。针对这个难题，我们专门开发一种“新颖”的电子镇流器电路，这种电路使得电子镇流器对功率半导体器件的依赖程度有很大程度的降低，从而大幅度提高电子镇流器的可靠性，为单灯监控、节能系统奠定了坚实的基础。
三、电感镇流器变功率控制原理
电感镇流器的优势在于它价格便宜、寿命长、可靠性高，目前还是在大量使用，因此，对电感镇流器进行“可变功率”具有一定的现实意义，原理图详见图三。
电感镇流器设计为可变功率的镇流器，最为关键的是：电感镇流器的电感值要成为可连续改变的。一般做法是使用线圈抽头方式实现电感值可变，但这种方式显然是不科学，我们采取的方式是：在镇流器的控制线圈中通过直流电流，控制镇流器铁芯的导磁率，导磁率改变了，电感值自然会改变，高压钠灯的功率就会随之发生变化，达到变功率输出的目的。
在电感镇流器的控制线圈接入电子控制电路和通信电路完成单灯节能、监控功能，镇流器也就变成“可变功率镇流器”了。在这里还有一个问题要说明，为了用小电流、低电压控制镇流器，控制端的绕组匝数要比主匝数大许多，当镇流器通过交流220伏电流时，控制线圈中会产生很高的电压，不克服这个“高压”的产生，是不能实现以上功能的；因此，我们采用了一种特殊的方式--“自去高压可调电抗器”方式（已获得国家专利授予），很好的解决这个问题。
四、廉价通信模块的实现原理
大家都知道重新布线构成通信网是没有什么技术问题的，关键是成本不能降下来，要降低成本，只有从电力电缆做文章，电力载波是一种好方法，但由于电缆是传输电力专用的，就给通信带来许多限制和不良影响，我们必须“继承”电力载波通信的方式，但又不能一成不变的使用原来的思路。我们发现：作为单灯监控系统与基站的通信速率可以不需要很高，120Bit/S足够了，即使有1~2分钟的延时也是可以允许的。有了这个前提，就可以把通信的载频大大的降低，这样通信回路就可以通过电缆的中性线（即零线）和大地构成环路，实行低速率的数字通信，其中的好处：成本低、干扰小、可靠性高、实施容易、几乎不受补偿电容的影响等。中性线在变压器端是接大地的（接地电阻一般小于4欧姆），灯杆的金属外壳也是需要接地的，如果想办法让中性线与大地之间有一几十毫安电流流过，形成电流环，就能构成数字电流环通信的方式，实现低成本、高可靠的数字通信，为实现单灯监控、节能打下坚定的基础。（在此特别提醒：中性线与大地的接线、接点等是不能进行任何改装或变动的，要构成电流环需要特别的技术处理，该技术属公司专门保密技术，在此不进行叙述。）