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摘要：现有地铁车站一般采用交流照明系统，但随着太阳能、风能等绿色能源的出现对对交流电的地位产生了新的质疑和挑战。本文提出了直流集中供电地铁智能照明解决方案，更有利于防止人身意外事故的发生，并提高了灯具可靠性。
关键词：直流供电；地铁车站；照明
在19世纪末，科学界对采用交流电还是直流电引发了激烈的争论。当年由于变压器的横空出世，使得交流电的输电电压变高，输电距离变远，从而让交流电在这场争论中胜出，在全世界飞速推广。
交流电的优点是无需整流、逆变转换，工程简单。在相同的功率下，交流变电站的造价比直流换流站更加低廉。但随着交流系统的日益壮大发展，其组织结构日益复杂，使得大面积停电的事故不可避免地出现，造成巨大的经济和社会影响。
太阳能、风能等新能源的发展给直流电的复兴带来了新的机遇。太阳能光伏电池板、风力发电机产生的是直流电，而大功率电力电子技术的发展使得远距离大功率直流输送成为可能，从而也给直接进行直流传输带来了希望。直流输电系统还提高了电力系统抗故障的能力，可以避免出现电网崩溃的风险。此外，全社会越来越重视节能环保，越来越多的家用电器采用直流供电，也使得直流电走上了历史舞台。
1、现有的地铁车站照明模式
地铁车站的用电负荷主要有牵引供电、通风空调、电扶梯、照明、给排水设备、弱电系统及其他用电负荷。其中地铁照明占到了10%，是地铁车站中的用电大户，需进一步找到解决方案进一步降低能耗，节约能源。
图1 地铁车站用电负荷分布图
目前，地铁车站常用的照明模式一般采用由变电所降压后馈电到照明配电箱，再由照明配电箱直接接至灯具，采用的是220V交流配电。其中，车站公共区的照明灯具采用调光控制和回路开关控制结合的模式。调光控制的灯具配置DALI调光驱动电源，采用DALI标准协议，DALI调光驱动电源采用DALI总线进行组网。
图2 地铁车站照明模式
2、直流集中供电地铁智能照明解决方案
2.1 直流的广泛应用
传统化石能源过度开发使用，太阳能、风能等绿色能源的出现对对交流电的地位产生了新的质疑和挑战，因为太阳能和风能产生的都是直流电。由于风力发电机速度的不稳定，从而给风力发电机的并网造成了一定的困难，但是转成直流是一个行之有效的解决方式。由于速度的不确定性给并网造成了一定困难，而转成直流是一个有效的解决方式。此外，将传统的交流发电机整流为直流后，发电机的效率可大为提高。
用电设备的结构也在发生变化。生活中常用的很多电机，如空调、冰箱的压缩机，都需要将交流电整流为直流后使用更加高效。LED电视机、计算机、手机等更多的电子产品采用的都是直流电。LED照明的直流化供电已经开始。
传统电网中的交流电是不能存储的。但是，直流可以储存在某些化学介质中。新型电池技术，例如高密度的锂电池，让大规模电的存储变成了可能。大量的电被存储在了电池中，以供需要的时候用。同时，与储能相关的电动汽车也开始进入人们的日常生活。
2.2 直流集中供电地铁智能照明解决方案
地铁照明系统将整流和驱动分开，采用集中整流+分布驱动架构。在整流柜中将交流集中整流为直流，再馈电到各个照明配电箱，再由各个照明配电箱直接接至灯具。直流集中供电照明方案图如下所示。
图3 直流智能照明解决方案
2.3 直流集中供电的优缺点
1）直流供电安全，防止人身意外触电事故发生。
下表是IEC标准中交直流的安全电压、电流。可从表中看出，直流供电系统的安全电压、电流及摆脱电流高于交流供电系统，更有利于防止意外触电事故的发生。
直流浮地（隔离）供电，与大地隔离无回路，安全性高，交流改为直流浮地供电从根本上彻底解决了用电安全性，防止线缆漏电导致人身意外触电事故发生。
直流照明系统采用浮地供电，输出对地隔离，可实现漏电流的精准检测。通过漏电检测、绝缘监察功能，实时采集线路漏电、绝缘数据，当出现异常漏电现象时，系统自动告警或切除照明供电线路，并有清障自恢复功能。极大保障了人身及财产安全，同时也保证了照明功能稳定可靠。而交流供电线路对地有分布电容，且该电容易受湿度而变化，导致泄漏电流随环境变化，漏电保护定值设定困难。
2）直流驱动电源创新设计，灯具可靠性高、系统易维护。将整流和驱动优化重组，采用集中整流+分布驱动架构，高空灯具驱动不存在易损件电解电容，灯具寿命显著提升。集中整流采用N+1冗余热备份，维护极其便利。
3）可实现照明系统0~100%的任意调光，可设置不同的照明模式按需照明二次节能，并可远程更改和设置。
3、展望
直流智能照明系统可与新能源如光伏、储能系统无缝对接，构成直流微网系统，绿色环保。结合分布式光伏发电和清洁储能，提出由光伏低碳发电、清洁储能、LED高效照明构成“发-储-用”新能源微电网铁三角，再由直流母线连接，构成“泛新能源微电网”，为智慧城市能源建设提供一种最佳的组合设计方案。
参考文献
[1]卢茜.直流集中供电LED智能照明系统的设计及应用[D].华北电力大学,2016.
[2]袁建红.地铁应急照明电源供电模式及光源的选择[J].城市轨道交通,2008,(5):41-42.
论文作者:阙帆
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/11
标签：调光论文; 地铁论文; 交流电论文; 系统论文; 直流电论文; 车站论文; 灯具论文; 《基层建设》2018年第13期论文;