关键词 稳压 节能 变压器 道路照明
1 引言
在道路照明中，电网电压受负荷的影响较大，在用电高峰期，电压偏低；用电低谷期，电压偏高。午夜后，道路交通量很低，此时电网负荷却处于低谷，电网电压较高，路面照度高。太强的路灯照明，不仅浪费电能，而且降低识别目标的对比度，对行车安全不利[1]。
人眼具有明暗适应的视觉功能。虹膜通过控制瞳孔大小来调节进入眼球的光量，以适应外界环境。因而，光线弱时，瞳孔扩大，人们仍能较容易地分形变色。午夜后，若适当降低回路电压，不但能够保证正常的道路照明，而且能节约大量的电费开支。
关于夜晚照明稳压和节能的问题，人们已经进行了很多的探讨和研究[2,3]。近年来，越来越多的道路照明供电系统采用电力稳压的方法[4～6]，其中最常见的有可控硅稳压器[7]、自耦调压器[8,9]和带有伺服机构与碳刷的补偿式稳压器[10～13]。这些方法取得了一定的节能效果，但也存在着一些问题。
2 几种电力稳压方法的比较
可控硅稳压器采用功率电力电子器件，成本低廉。但在运行过程中，导致正弦波畸变，产生大量谐波，污染电网[14]; 输出的电压不稳定，引起光源闪烁不停甚至熄灭，严重影响照明质量，减损灯具寿命；元件发热易烧坏，可靠性差。
自耦调压器的电压输出端有几组抽头，每组抽头的降压值是固定不变的。产品应用时，视具体情况选择一组较为合适的抽头作降压控制。由于电网电压的波动性，在用电高峰期，电网电压过低，易造成灯光闪灭；而在用电低谷期，节电又不到位。
补偿式稳压器虽然克服了上述两种稳压器的缺点，但由于它采用伺服电机和电刷动态调节电压，不免存在反应不迅速、电刷摩擦损伤、接触不良易产生火花，甚至烧坏电刷和调压器。
本文提出的动态稳压节能系统采用单片机技术，具有调压精度高，反应迅速，无谐波产生，输出电压稳定，安全可靠等特点。实现了无电刷、无伺服电动机和无机械传动的快速稳压，实现了稳压器的自动控制[15]。
3 动态稳压原理
为了避免重复和繁琐，仅以A相为例进行阐述。图1为A相动态稳压原理图，Ui为电网电压，U0为输出电压，T为变压器，其原边绕组的电压U1，副边绕组电压为U2，变比为n:1，副边与负载串联，起补偿作用。
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图1 A相稳压原理
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图2为Ａ相稳压等效模型，变压器原边等效为受控电流源，副边等效为受控电压源，起补偿作用。
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图2 A相稳压等效模型
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受控电压源:
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受控电流源：
输出电压：
状态1：
k1闭合时，k2打开，K=1。此时，
状态2：
k2闭合时，k1打开，K=0。此时，图1中变压器的原边短路，从图2看，是受控电流源短路，两端电压为0，电流为IS，故：U0=Ui
从上面的分析知，当k1闭合、k2打开时，补偿电压为US=—U1;当k2闭合、k1打开时，没有补偿作用。也就是说，如果稳压器输出电压为U0，当Ui>U0且△U=Ui-U0=US时，闭合k1、打开k2，可使输出电压保持U0，那么依此原理，对于任意的△U≥0时，
△U=K0×US0+K1×US1+LKj×USj
其中 △U=Ui-U0
USj=2j V( j=0,1,2L)
这样，把20、21、L 2j伏的变压器的副边串联起来，那么对所有的偏差△U,通过选取合适的Kj，都可以得到对应的补偿，调压精度高。
若△U<0，只需改变变压器线圈的同名端，即可实现升压稳压。
4 动态稳压系统
动太稳压控制系统克服了以往电力稳压方法中所存在的缺点，能动态跟踪电网电压变化，用矩阵开关代替伺服机构，用变压器组代替调压器，主回路无触点，无谐波污染，安全可靠。
图3为动态稳压系统结构图。该系统由变压器组、矩阵开关、控制模块、采样模块、检测模块、和人机接口等部分组成。
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图3 动态稳压系统结构图
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控制模块采用PIC16F87X微处理器作为系统的核心，负责来自相邻模块输入信息的处理，并输出相应指令，控制系统其他部分的动作。
当电网电压Ui发生扰动时，输出电压U0相应发生变化，反馈回路通过检测模块和A/D转换，将信号送达控制模块，采样值与给定值进行比较，根据计算所得偏差信号向矩阵开关发出控制信号，通过调整变压器组的运行方式，使输出电压不断接近给定值。
控制板采取“绝对电隔离”策略和“多地线”技术，不同的电压系统设置了不同的地线，相互之间只通过光耦进行信号交流，将干扰信号限制在最小范围，将其影响限制到最低点。
5 动态稳压方案
动态稳压方案可根据当地当时的具体日照情况由专业技术人员通过人机接口预先设定于微处理器的控制软件中。
图4为一例时变稳压控制曲线。如图所示，电网电压20时后由原来的220V开始缓慢上升，午夜后升至230V。17时至19时，灯具恒压供电210V，照度较高；19时至24，使用最优照明电压200V；24时至凌晨5时，照度需求不高，电压设定为190V。
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图4 时变稳压控制曲线
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6 结论
动态稳压控制系统能克服以往电力稳压方法中所存在的缺点，实现交流调压、稳压的数字化、智能化，向抗干扰、净化的电网迈进了一步。
调压范围扩展简便，每增加一组2V变压器，稳压精度提高一倍，可以满足各种情况的需要。
稳压节能方案可以根据各地不同时节的具体情况制定，通过人机接口设定，也可各种方案写入微控制器中，由软件实现方案选择。
目前，基于该设计方法的动态稳压控制器已在一些城镇的道路照明系统应用，光源照度稳定，平均节电率可达13%以上。
由于该装置可实现动态调压稳压，即其输出电压可依用户需求按不同时间段改变，目前，被广泛应用于电网的用户端，以提供更优质和更个性的电源。
参考文献
1.朱绍龙.视觉与夜间道路照明.灯与照明.2001.5:11～13
2.Leng, H Yuan.Urban night-lighting planning and designing in northern climatic cities. Journal of Harbin Institute of Technology. 2004. 36(11):1543～1546
3.To,D.W.T., Tse, S.H.S. Potential lighting energy saving for top-lit atrium. Transactions Hong Kong Institution of Engineers.2003. 10(2):26～33
4.Tian, M., Li, et al. A controllable reactor of transformer tye. IEEE Transactions on Power Delivery. 2004. 19(40: 1718～1726
5.Mishra, M.K., Ghosh, et al. Operation of a DSTATCOM in voltage control mode.IEEE Transactios on Power Deivery. 2003. 18(1):258～264
6.Ｐaziuk,Larry A., Chikhani, al. Expert microprocessor controlled voltage regulator for eergy conservation and demand reduction in distribution feeders.IEEE Transactions on Power Delivery.1989.4(4):2222～2228
7.邹鹏程，刘大凤.自激式开关稳压电不源.专利号90106164.6,1991.04.10
8.单祖良.交流稳压电源.专利号 8207483.0,1989.04.26
9.刘鸿斌，凌繁荣。一种交流稳压器。专利号87214824.6,1989.05.31
10.重庆第二电器厂.全自动交流调压稳压器.专利号 85201324,1986.06.25
11.李炳者.一种补偿式交流稳压器.专利号95206911.3,1996.03.27
12.张元国，张学义，徐仁贵.双碳刷补偿式交流稳压器，专利号 95234678.8,1997.06.18
13.宝应企业有限公司.全自动交流电源稳压器.专利号 00207052.9,2008.08.5
14.张树华.波形畸变对自动补偿式稳压器稳压精度的影响及消除的研究.变压器.1996.8:23～27
15.谈必礼.交流调压和稳压电源的发展动向.变压器.2004.5(41):29～31