截至2022年12月31日，内地共有55个城市开通城市轨道交通运营线路308条，运营线路总长度10 287.45 km，车站约5 875多座，其中，地铁运营线路长度8 008.17 km，占比77.84%；其他制式城轨交通运营线路2 279.28 km，占比22.16%，日均客流约近亿人次，运营人员达几十万人。在城市轨道交通的建设和运营中，照明系统的问题也逐渐浮现出来。传统的照明系统存在能耗高、灯具寿命短、光污染等问题，不能满足城市轨道交通的需求，文章将探索和研究城市轨道交通直流智慧照明系统，以期为城市轨道交通的可持续发展提供新的思路和解决方案[1]。1车站照明系统现状城市轨道交通作为城市公共交通的主要承担者，是城市化发展的主要方向，也是提高城市运行效率和市民出行的重要交通载体。城市轨道交通的运营是一项系统工程，涉及的专业设备多，精密度要求较高，长期以来，牵引供电、通风空调、车站照明等专业占据了城市轨道交通用电量的绝大部分，提高了城市轨道交通运营成本。1.1现状分析LED照明技术具有节能、环保、寿命长等优点，因此被广泛应用于城市轨道交通车站照明系统中[2]。此外，城市轨道交通车站照明系统还采用了智能控制技术，可以根据车站内外光线情况和人流量等因素自动调节照明亮度。城市轨道交通车站照明系统主要由LED灯具、电源、控制器等组成。LED灯具是核心部件，其工作原理是将电能转化为光能，通过半导体材料发出光线，实现照明功能。电源为LED灯具提供电能，控制器则负责对LED灯具进行控制和调节。城市轨道交通车站照明系统还采用了光线感应技术和人流量感应技术。光线感应技术可以根据车站内外光线情况自动调节照明亮度，人流量感应技术可以根据车站内人流量大小自动调节照明亮度。这些技术的应用可以实现城市轨道交通车站照明系统的智能化控制，提高照明效果和节能程度[3]。1.2发展趋势城市轨道交通车站照明系统是城市轨道交通建设中非常重要的一部分，其发展趋势包括：（1）绿色环保。随着人们对环保意识的提高，城市轨道交通车站照明系统将越来越注重节能、环保和可持续发展[4]。未来，城市轨道交通车站照明系统将更多地采用LED等节能环保的照明技术。（2）智能化控制。随着智能化技术的发展，城市轨道交通车站照明系统也将越来越智能化。未来，城市轨道交通车站照明系统将更加注重人性化和智能化的控制方式，如根据车站内外光线情况和人流量等因素自动调节照明亮度。（3）安全可靠。城市轨道交通车站照明系统的安全可靠性将成为未来的重点发展方向。未来，城市轨道交通车站照明系统将更加注重安全可靠性的设计和优化，以保障乘客的出行安全。（4）艺术化设计。城市轨道交通车站照明系统的艺术化设计也将成为未来的趋势。未来，城市轨道交通车站照明系统将更注重在照明设计上融入艺术元素，以提高车站的美观性和艺术性。直流智慧照明系统性能优势如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.030.F001图1直流智慧照明系统性能优势2直流照明方案及接口2.1低压直流照明方案直流照明由直流照明控制柜和照明控制系统组成，其中直流照明控制柜由机柜、输入开关、防雷器、电表、整流模块、输出开关、集中控制器、人机界面等部分组成，采用不小于7寸的触摸屏作为人机界面。直流照明系统平衡安全和供电距离的关系，车站全面实现照明安全电压等级的供电，普通照明采用DC110 V电压等级[5]。招标人有权修改电压等级为DC220 V并且不增加费用。直流照明系统采用IT接地方式。直流照明系统应有绝缘检测、防止交流窜入功能。直流系统的每个直流回路需具备电流、漏电流等检测功能，过流阀值可通过软件设定。当发生回路电流或漏电流过大时，直流回路应能快速通过控制直流接触器关断故障回路。整流模块组包括交流母线、断路器、整流模块、浪涌保护器和后备保护器等，直流照明系统供应商应负责整流模组的配置，且模块应有冗余。在每个墙面导向牌、广告灯箱、地铁徽标、垃圾桶灯箱、室外低空照明、离壁墙灯带设备处，设置DC110 V/DC48 V转换箱后，再接入导向牌。DC110 V/DC48 V转换箱为此次供货范围。DC110 V/DC48 V转换箱应具有防水功能，保证潮湿环境下的人身安全[6-7]。DC/DC箱应防水、防尘、防震，采用聚碳酸酯或不锈钢（不锈钢不应带电）；整体防护等级不应小于IP65；整个箱体应低烟无卤。LED灯具应实现每个回路开断控制和调光控制，应实现每个灯的调光控制和故障状态反馈和显示，需要与装修专业负责的LED灯具配合完成无级调光和智能控制。直流照明供应商须对直流照明系统的进行深化设计，深化内容包括但不限于直流电源系统、直流配电系统以及照明控制等。直流电源总控制柜、照明分控柜、照明分配电箱应在供货前取得CQC认证证书或按国家标准有关要求提供第三方检测报告[8]。2.2低压直流照明系统接口直流智慧照明系统通过传感器实时采集灯具照明情况，通过网络总线上传到后台计算机及直流控制柜，对直流灯具进行实时管理的系统，通过传感器自动判定照明场景、故障情况、设备状态等多项功能，系统控制灵活，节能效果明显，智能化水平明显提高，通过直流照明及数字化转型，达到节能降碳，节省运营成本的目的。直流智慧照明系统接口如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.030.F002图2直流智慧照明系统接口系统由智能直流柜、DCU（主控单元）、直流LED驱动器、传感器及系统软件构成。具有分级控制、回路控制、综合控制、集中监控等特点。分级控制以直流照明柜为典型控制单元，控制单元内固化应用软件，在控制现场对输入输出数据进行处理，减少了信息的传输，减少了上位机的数据处理量，全系统程序应用较为简单；综合控制具有高速的数据通信系统，能够实现不同控制单元与DCU（主控单元）/上位机/云端服务器的综合控制[9]。通过高速数据通道，将不同的控制器关联起来，进行协调控制；集中监控系统主要通过人机接口，可以存取和显示多种画面，可全面监控运行过程中相关变量以及其他参数，可直接远程操作各控制器，从而实现集中监视和集中操作。3直流智慧照明系统原理及应用前景3.1系统原理直流智慧照明系统。基于纯直流供电和直流母线控制技术，彻底解决LED灯具寿命瓶颈等可靠性难题，提高了用电安全性、可靠性、经济性、智能性，实现智慧照明。直流电压随着时间的延续，电压幅值和方向都不会改变；交流电压随着时间的延续，电压幅值和方向会周期性地改变，直流智慧照明系统原理如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.030.F003图3直流智慧照明系统原理3.2直流智慧照明的优势（1）安全。直流电压更安全，交流对大地形成回路，接触火线易引发触电事故。采用DC220 V，浮地（隔离）供电，与地面隔离无回路，安全性更高，防止线缆漏电导致人身意外触电事故发生。直流照明供电易实现浮地，减少了单极性意外事故风险，直流电压对人体损伤小，对人体更安全，双极性接触触电死亡率较低[10-11]。（2）可靠。电源模块采用N+1模式互为备份模式，支持热插拔方式，系统供电可靠。电源模块化设计及旁路功能保证灯具的正常运行创建直流安全用电的照明环境。直流柜工作环境好，器件使用寿命增加。据统计，在传统交流LED照明灯具中，LED灯珠故障率小于5%；其他原因导致的故障率小于5%；而LED驱动电源导致的故障率大于90%，由此可见，传统交流LED驱动电源是整个灯具的短板。而驱动电源寿命由所有器件中寿命最短的器件决定。一般情况下，对于AC-DC的电源，电解电容是寿命最短且必不可少的器件。直流照明去“电容化”设计可有效解决此短板，提高驱动电源寿命，从而提高LED灯具整体寿命[12]。（3）节能。降压调光，二次节能，灵活有效的调光技术，实现最低能耗、最佳舒适度和最高性能完美融合。通过多种控制方式达到多级节能效果，减少电能浪费。（4）智能。后台自动控制，可视化集中控制，无级调光按需照明，自动计算时间手动、定时控制，多路通信接口扩展能力强，安全保护机制运行参数智能采集，远程控制App/后台，远程故障报警，可以自动统计亮灯率，提升运维效率，减少巡线工作量。3.3系统功能及模块架构实现整个系统由交流转变为稳定、纯净直流系统，三相负载分配更均衡，AC/DC模块自带主动式PFC，提升功率因素值至95%以上，大幅提高电源的转换效率、系统运行可靠，有效减少触电伤人事故。无级调光控制简洁、灵活。调光/调色彩/调色温，并可根据使用情况按需照明二次节能，设置不同时间段的亮度值，并可远程更改和设置；系统可根据所处地理位置的经纬度，自动计算开关灯时间，具有手动开关和定时开关，且现场可独立操控；系统配备多路通信接口，可接入多种外部传感器，不同场景应用的智能化扩展能力强。完整的检测与完善的保护机制。过压/欠压/过流/短路/过温及输入、输出防雷。参数一目了然。分项计量电压、电流、功率、电量、温度、效率等；直流柜及灯具故障自动远程报警，单灯级实时运行状态监测、故障信息上传，提升运维效率，减少巡线工作量，配备后台和移动终端App；电源模块采用N+1模式或双极性母线互备份模式，支持热插拔方式，系统供电可靠，维修简单。整流模块工作原理如图4所示，整流模块由三相无源PFC和DC/DC两个功率部分组成。在两个功率部分之外还有辅助电源以及输入、输出检测及保护电路。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.030.F004图4整流模块工作原理前级三相无源PFC电路由输入EMI和三相有源PFC组成，用以实现交流输入的EMI滤波和功率因数校正，以满足相关EMC标准以及得到小于5%的电流总谐波含量（THDi）。三相有源PFC由单独的DSP进行控制，根据交流输入电压，对输入电流进行校正，使其跟随交流输入电压，并按照环路计算结果产生PWM波驱动主电路，执行相关的保护措施。后级的DC/DC变换器由DSP产生PWM波控制前级PFC输出的直流电压经高频变压器输出后再经整流滤波后输出直流电压，从而将前级整流电压转换成用户所需的稳定直流电压。整个电源模块采用电压、电流双闭环设计，保证电源模块稳定输出的前提下延长模块寿命。同时，智能风扇的设计提高了模块的功率密度，保证了模块的热稳定性、降低风扇损耗。分布式直流智慧照明系统是针对LED光源直流友好特性而推出的第二代智能驱动和控制技术。直流灯具的供电电压为220 V可调可控的直流安全电压。去电源化设计的直流灯具可有效解决传统交流供电的LED照明中的驱动电源中电容等器件导致的灯具可靠性差、寿命短的寿命瓶颈，其显著优势是灯具寿命有效延长，控制系统安装使用简便、营运维修便捷等。同时，通过直流柜内的调光控制单元，可按需精细调节LED灯具的亮度，实现二次节能和智能管理。同时系统具备故障位置定位，故障信息上传等功能，实现全站照明系统的精益化管理。配合后台和移动终端App后，系统性能更加高效、智能和便捷，直流智慧照明系统的照明柜架构如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.030.F005图5照明柜架构4结语在智慧城市的整体框架下，采用先进技术和理念，从本质上提升城市照明管理水平，实现节能减排，创建智慧照明新体系；住建部发布的《国家智慧城市（区、镇）试点指标体系（试行）》文件中，有两处涉及城市照明系统，智慧照明已成为智慧城市建设的重要组成部分。实现整个系统由交流转变为稳定、纯净直流系统，三相负载分配更均衡，AC/DC模块自带主动式PFC，提升功率因素值至95%以上，大幅提高电源的转换效率、系统运行可靠，有效减少触电伤人事故。