网络化港口照明节能方法研究与应用

【摘要】：人类社会发展的步伐越来越受到能源危机和环境污染的威胁,解决未来可持续发展难题可从开源(新能源)和节流(节能降耗)着手。但是新能源技术目前还无法作为能源供应的主力,而节能降耗技术在当前化石能源时代和未来的新能源时代都有着重要意义。 在港口行业,对照明系统引入节能降耗技术,亦对港口节能有着积极的意义。本课题研究在港口照明系统中,使用电子镇流器代替传统的电感镇流器,提升能效水平,提供调光功能；同时,研究网络控制技术,实现电子镇流器的远程监测和控制功能。 本文设计的网络化港口照明系统,采用电子镇流器和网络控制器分立设计方案,以实现在远程控制中心与高压钠灯电子镇流器之间灵活地组建多种类型网络,以最优的成本,满足港口照明系统的多样化网络需求。本文研究对象为1KW高压钠灯电子镇流器,满足港口大功率照明需求。 本文首先调研港口照明系统中,现有照明设备及其控制技术的应用现状,并对比分析了网络化电子镇流器照明方法的优越性能,提出了网络化电子镇流器的设计指标；然后提出照明系统的总体网络结构方案,即分别实现电子镇流器和网络控制器,以组建相应的网络拓扑结构。然后,本文针对电子镇流器的电路功能要求,论证确定其电路实现方案,详细阐述了电子镇流器的电力电子电路设计、控制器电路硬件和软件设计、以及网络控制器的设计。 电子镇流器的电力电子电路部分采用“整流和功率因数校正—直流斩波功率和功率控制—逆变”三级拓扑结构,以改善设备的功率因数,并提供良好的运行状态监测和恒功率控制功能。电子镇流器控制电路部分采用单片机电路提供电力电子电路的控制脉冲,同时实现运行状态数据的数字化,利用单片机软件实现控制精确、响应快速的恒功率控制器。 本文中,分别实现“以太网—电力载波网关”和“电力载波—RS485网关”两种网络控制器。针对前者的高速数据处理需求,以ARM作为核心微控制器,移植uC/OS及lwip实现数据快速中转。针对后者的低速数据特性,以C51单片机作为主控制器,以较低的成本实现系统功能要求。 【关键词】：高压钠灯 电子镇流器 以太网 电力载波通信
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM923.61
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10-12
• 1.2 照明设备12-14
• 1.2.1 照明设备性能指标12-13
• 1.2.2 照明设备分类13-14
• 1.3 国内外研究现状14-15
• 1.4 课题研究内容15-18
• 1.4.1 电子镇流器16
• 1.4.2 网络控制器16-17
• 1.4.3 设计指标17-18
• 第2章 网络化港口照明方案18-42
• 2.1 高压钠灯控制方法18-22
• 2.1.1 高压钠灯工作原理18
• 2.1.2 高压钠灯工作特性18-19
• 2.1.3 高压钠灯重要问题19-20
• 2.1.4 高压钠灯镇流器20-22
• 2.2 总体方案22-25
• 2.2.1 网络控制器-电子镇流器一体式22-24
• 2.2.2 网络控制器-电子镇流器分立式24-25
• 2.3 网络化港口照明系统网络结构25-26
• 2.4 电子镇流器26-41
• 2.4.1 电力电子变换电路26-40
• 2.4.2 电子镇流器控制器及其接口电路40-41
• 2.5 网络控制器41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 电子镇流器42-79
• 3.1 电子镇流器电力电子电路42-55
• 3.1.1 滤波和保护电路42-44
• 3.1.2 辅助电源电路44-46
• 3.1.3 整流和PFC电路46-49
• 3.1.4 DC-DC变换电路49-52
• 3.1.5 DC-AC逆变电路52-53
• 3.1.6 点火电路53-55
• 3.2 电子镇流器控制器硬件55-64
• 3.2.1 控制器信号流55
• 3.2.2 单片机选型55-57
• 3.2.3 单片机核心电路57-58
• 3.2.4 电压/电流调理电路58-61
• 3.2.5 输出信号隔离电路61-63
• 3.2.6 RS-485接口电路63-64
• 3.3 电子镇流器软件64-78
• 3.3.1 电子镇流器软件流程64-66
• 3.3.2 电子镇流器基础软件66-75
• 3.3.3 高压钠灯启动控制75-77
• 3.3.4 高压钠灯恒功率控制77
• 3.3.5 电子镇流器通信处理77-78
• 3.4 本章小结78-79
• 第4章 网络控制器79-92
• 4.1 网络控制器设计79-80
• 4.2 以太网-电力载波网关硬件设计80-86
• 4.2.1 电源电路设计81-82
• 4.2.2 CPU周边电路设计82-84
• 4.2.3 以太网接口电路设计84-85
• 4.2.4 电力载波接口电路设计85-86
• 4.3 以太网-电力载波网关软件设计86-88
• 4.4 电力载波-RS485网关硬件设计88-91
• 4.4.1 CPU周边电路设计88-89
• 4.4.2 电力载波接口电路89-91
• 4.5 电力载波-RS485网关软件设计91
• 4.6 本章小节91-92
• 第5章 总结与展望92-94
• 5.1 总结92
• 5.2 展望92-94
• 致谢94-95
• 参考文献95-98
• 攻读硕士学位期间参加的科研情况98

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