摘 要 本文针对目前城市照明节能技术进行分析，旨在帮助城市照明管理者提高对照明节能产品的认识，选择合适的城市照明节能产品。文章还分析了城市照明管理对节能的重要意义，并对照明管理的技术实现进行了一些详细的介绍。
关键词 城市照明 节能管理 监控系统 集中控制 分布式路灯控制
节能降耗作为我们国家今后经济发展的主要目标之一，作为城市用电大户的城市照明，同样面临这样的问题。城市照明也是展示一个城市经济实力的窗口，许多城市投入了大量的财力和物力，城市照明节能正是基于此提出来的，它的出现，立即受到社会的关注，许多城市纷纷投入巨资进行节能改造。同时，由于城市照明节能市场的存在，社会上出现了大量制造节电器材的企业，由于技术水平的不同，出现的节能产品良莠不齐，取得的节能效果也不同，有些节能产品不但不节能，还存在着能源浪费；有些虽然能够节能，但却造成对灯泡的使用寿命的影响，其所谓的节能不节钱。究其原因，是因为对城市照明的不了解。
城市照明节能原理其实是非常简单，在正常照明时，保持道路照明正常的照度，而在夜深人静时，适当降低路面照度，实现节能。主要有以下几种方式：
1）用双回路或多回路供电，在要求低照度时，切断部分供电回路，实现隔盏关灯或开一边关一边；
2）控制路灯两端（包括灯泡和镇流器）的电压；
3）控制流入灯泡的电流；
4）电压电流同时控制，即功率控制。
下面就以上城市照明节能方式作一些简单的分析:
方式1是目前国内城市照明节能普遍采用的形式，其特点是控制简单，节能效果明显，但也存在着一些不足，如：照度分布不均，且容易形成治安死角。其实，从投资来说，采用这种方式并不合算，采用多回路供电时，需要布多路电源线路，存在电源线路的浪费，而路灯杆距一般在35～40米左右，即使采用双回路供电方式，也将增加线路一倍的投资。
方式2是目前城市照明节能控制主要方式，相对于其它方式来说，它具有控制简单，易于实现。其控制形式主要有集中控制和分布式控制。
集中节能控制器，主要安装在城市照明专用变压器旁，控制对象为整个配变区，类似一个电压可调交流稳压电源，输出功率的调节主要通过调节控制器的输出电压来实现。由于目前普遍采用的是高压钠灯和金属卤化物灯，其对电压的要求比较高，一般要求供电电压不低于200V，由于道路照明线路一般较长(半径500m左右)，在路灯运行时，灯与灯之间的电压不一致，一般每盏灯的压降大约0.1～0.2V左右，设计时一般选择路灯中部电压为额定电压（220V），因此，线路首端电压高于额定电压，而尾端电压低于额定电压，典型值为首端230V，尾端210V。因此，采用集中控制的节能器电压下调空间将十分有限，考虑到电网波动等因素，一般是将首端电压降低到额定值220V尾端200V左右。从节能角度来看，集中式节能器主要节省两部分：
1)在电力负荷降低后导致电网电压升高所引起的电能损耗；
2)节能运行时通过降低电压来实现降低电能损耗;
集中式控制器的电压调节有许多方式，主要有两种方式，自耦变压器调压方式和变压器补偿调压方式，它们都是有级调压方式，在调节电压时，可能出现瞬时断电或电压变化剃度过大，使路灯出现灭灯现象；集中控制方式还可能出现尾端路灯的灭灯现象，造成灯泡寿命缩短; 就集中控制方式的特点来说，它主要适用安装在灯距较近的场所，如：隧道灯。
分布式控制器，主要安装在每个路灯杆或灯具内，控制对象为每一盏路灯，类似在每盏灯上安装一个电压可调交流稳压电源，由于它采用分布式方式控制，因此可以对每一盏灯的电压进行控制，有效地避免了线路的首端、尾端电压的不一致现象，这样，整条线路在任何情况下都不会出现电压过高过低的现象。在进入节能状态时，能保证每盏灯电压降低到200V，因此节能空间比集中式大的多。特别在夜间，线路电压较高（一般在晚间达到240～250V），电压的降低是在负载(灯泡)附近，可以有效地降低线路损耗（变压器升压供电原理）。总的来说，分布式节能控制节电主要有以下四部分：
1)路灯正常照明时，避免了出现首端电压高于220V，从而节省了电能；
2）在电力负荷降低后导致电网电压升高所引起的电能损耗；
3）节能运行时通过降低电压来降低电能损耗；
4）降低线路电流，减少线路损耗达到节能目的。
分布式路灯节能控制的实现主要有采用两种方式:一种是孤立的分布控制，即：节能控制器安装在每个灯杆内，其具有定时、调压功能，性能好的控制器还具有过流过压保护功能，其特点是控制简单、投资小，缺点是维护量成倍增加；另一种为具有联网控制功能的控制器，联网方式则是多种多样的，目前，比较合理的网络组成是采用监控中心、监控终端、控制器三层设备的两级网络的形式，监控中心与监控终端构成监控管理网络。至于通讯方式可根据城市的实际情况选择有线、光纤、无线及电力线，如新建工程项目，可采用有线、光纤通讯方式；而对于老线路的节能改造项目，由于不能开挖路面埋设线路，可采用无线通讯方式。对于采用电力线通讯方式，如果能提高其通讯的可靠性，则路灯控制的最佳通讯方式非它莫属。
方式3为控制灯泡电流控制，一般是在电路中串接电感，通过改变串接电路中电感量大小来控制灯泡电流，达到节能的目的。电感串接方式有两种，一种为有级的电感，通过开关切换改变电感；另一种方式是电调方式。但不管怎样，串电感方式也存在着缺陷，由于气体放电的灯泡一般都串接一个镇流器，对应的功率因数一般在0.4～0.5之间，这样，再串接电感，其功率因数将更低，其结果将是线路损耗增加，但不管怎样，其节能的效果还是比较明显的，如果要在不计照度损失的前提下追求节能效果，应该采用该方式比较好。串电感节能方式只能适用分布式，对于集中方式来说，由于每盏路灯的特性不同，可能造成电流分配不均，造成有些很亮，有些很暗的现象。此外需要注意的是：串接在电路中的补偿电容与串接的电感在一定的条件下容易出现（特别在改变电感量的开关切换时）过度过程的振荡，造成设备损坏。
可以拿一条自来水管来比喻分布式控制和集中控制，自来水用户相当于每盏路灯，分布式控制相当于在每个用户上安装一个大小可调阀门；而集中式相当于在自来水总管处安装一个大小可调的阀门，用户处只是一个开口的出水口。由此可见分布式的优势，从目前我们了解的情况来看，集中式的节能效果大约10%～18%，而分布式方式可高达30%以上，分布式可以实现对每盏灯的控制，如配合其它节能策略，其节能效果可想而知。
方式4是采用电力电子技术的电子镇流器节能，应该是路灯节能控制的最佳选择。由于现在的电子镇流器多采用带功率因数校正装置，可使路灯运行时的功率因数接近于1，且不需要采用寿命较短的补偿电容,这样既减少线路损耗,又提高了路灯的可靠性。一般来说,传统的电感式镇流器自身能耗一般为灯泡的30%左右，而电子镇流器自身能耗一般为灯泡的10%左右，采用电子镇流器取代传统的电感式镇流器，可节约20%灯泡的功率损耗。此外，电子镇流器中高频电压或电流能提高气体放电灯的发光效率。电子镇流器的节能效果如此好，但实际的使用率并不高，究其原因，主要是存在以下几个方面：
1）可靠性: 电子镇流器主要由电力电子器件、高导磁的磁性材料组成及电阻电容组成，由于采用的高频，电力电子器件的开关损耗及磁性材料组成的线圈损耗发热，使电子镇流器的温升增高，控制器可靠性下降。此外，组成电子镇流器的高电压大容量的电解电容由于介质损耗，其可靠性也下降，造成电子镇流器应用受到限制。
2）价格: 电子镇流器技术复杂，元器件成本高，造成整个控制器成本升高。
3）体积: 电子镇流器大量使用电子电力开关器件，这些器件的开关将产生开关损耗，造成控制器发热厉害，因此需要大量的散热器件，造成体积大、安装不方便。
4）维护费用高：目前采用的电子镇流器基本上采用独立控制方式，这样，控制器出现故障或故障征兆时无法预知，加上控制器本身的可靠性差，造成维护费用高。
值得注意的是，人们关注城市照明节能，主要关注的是节能的方法的实施，如上面提到的各种节能方法，而忽视了节能的另外一种途径：城市照明日常运行维护管理。如：路灯的开、关灯时间和节能的时段设置，不合理的路灯开、关灯时间是最大的浪费。我们在这里提倡的节能是在符合城市道路照明设计标准合理的照度下的节能。城市照明运行维护管理还包括用电管理、灯具的管理（包括灯泡使用寿命的预测等）、维修管理、供电线路的管理（目前主要是线路防盗）及供电变压器及其配电管理等，通过加强管理可以大大降低城市照明运行的费用。
从目前市面上带管理功能的节能系统来看，基本上采用三层设备构成两级网络进行控制，其主要的功能有：能合理的控制路灯的开、关灯；能采集到运行中的每一盏路灯的工作状况，如：工作电流、输入/输出电压、功率因数、开关状态等，在监控中心内通过人工干预，可以控制网内的任意一盏路灯的开、关灯，可以监视任意一盏路灯的工作状况。比较先进的控制系统对管理系统中的功能进行了提升，如路灯的故障诊断与维修、线路的防盗、配电系统的数字化管理等。
从以上分析来看，今后城市照明控制的发展方向是: 控制方式将以联网控制，节能控制将采用电子镇流器，通过这两个技术的有机结合，可以降低系统的运行成本，提高其自动化程度和可靠性。
