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我国电力工业发展速度很快,据电力部门提供的数据,2007年全国发电量达到3.2559万亿kw·h,较2006年增长14.4%,其中照明用电约占全部用电量的10%~15%。但是,照明用电仍以低效照明为主,用电浪费和电耗高的问题依然比较严重。专家初步估计照明节电率至少可以达到20%,可节约电量相当可观。国家“十一五”规划纲要明确提出了到2010年单位GDP的增长,能源消耗要降低20%,污染物的排放要降低10%的指标。因此,照明节电对改善电力负荷紧张、缓解高峰用电、提高企业经济效益和保护环境具有重要的现实意义。
长期以来,照明节电产品存在谐波污染严重、节电效果不明显等缺陷,难以实现电流的连续和电压的无级调节。针对这一问题,本文对基于双PWM变换器的智能照明节电控制系统进行了深入研究。主要研究内容如下:
分析了造成照明用电设备电能浪费的原因,根据供电电压与灯具照度、寿命和功耗的关系,证明了采用降压节电方案的可行性,提出了照明节电控制系统的整体方案,并根据灯具负载特性确定了节电控制系统的工作方式和控制功能。
针对输出到灯具负载的电压既能满足幅值恒定,又可平滑调节的技术要求,构建了能够满足技术要求的双PWM变换器的电路拓扑结构。对双PWM变换器工作原理进行了深入分析,单相PWM整流器和PWM逆变器均采用了电压电流双闭环控制策略。为改善输出电压波形,逆变器采用了倍频式PWM调制。设计了电路主要参数,包括交流侧滤波电感、直流侧储能电容和输出滤波器等。阐述了双闭环PI控制算法的实现方法。
建立了PWM整流器和PWM逆变器控制系统的Matla/Simulink仿真模型,对所采用的电路结构和控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明:PWM整流器输出电压稳定,网侧电流稳态畸变小;PWM逆变器输出电压稳态精度高、动态响应快、输出电压总谐波畸变率低且鲁棒性强;基于双PWM变换器的照明节电控制系统能够为灯具负载提供稳定的最佳照明工作电压,可以提高网侧功率因数至0.999。
设计了系统的硬件电路,主要包括控制驱动电路、同步信号检测电路、采样电路、辅助电源以及保护电路,对电路进行了特性实验。实验结果表明:电路设计方案正确、合理、可行。