民用智能配电箱的发展概况与趋势

赵训铭

摘要本文介绍了民用智能配电箱的概念以及国内市场需求，对传统配电箱与智能配电箱进行了比较。描述了智能配电箱需要实现的各个功能。最后从数字化、集成化以及智能化角度阐述了民用智能配电箱发展趋势。

关键词智能配电箱；功能；发展趋势

随着生活水平的提高，人们对电力的使用要求及配电方式的要求也越来越高，多功能的智能配电箱的广泛应用是大势所趋。本文就智能配电箱的发展概况与和趋势作一综述，以期抛砖引玉。

1民用智能配电箱介绍

1.1智能配电箱的概念

智能配电箱是能源终端的数据中心，全面收集所有的能源数据，它的内部结构复杂并且精密。借助于显示单元，实时观察电能质量数据，并利用数字通讯技术上载至后台环境控制中心，从而完成分销体系和进行有效的实时监控，帮助用户优化网络数据中心，提高运行效率，强化能源管理，达到全方位的绿色IDC的宗旨。由此可见，智能配电箱用于供电可靠性要求高、不间断供电的地方和领域显得特别合理而重要。

1.2智能配电箱在我国的需求

按照国家相关要求，电力行业应当做到以下四点：安全、可靠、高效和经济。同时随着生活水平的改善和科技素质的提高，百姓对用电有了更高的需求。现在民用的配电箱，一般是结构较为简单的盒式配电箱，只具有配电功能，出现过载或者短路时只有简单的保护功能。在传统的配电模式中，居民用户被视为单纯的功耗单元，显然该种配电箱及附属设备不能满足当前发展的需求。因此，迫切需要设计出一种新的，在用户侧不仅提供实时测量、记录用电量和电能的信息服务，并且可以与系统进行通信的测量设备，电力公司己成为与用户沟通的互动平台。用户不仅能得到更好的服务，还能更安全、可靠地使用和管理电能。

2智能配电箱的研究现状

关于多功能和多指标的智能配电箱的制造技术，无论在国内还是在国外，都有了很大的发展和提高，但是国内外同类产品的技术差距还是较大的。特别是与国外的部分高端产品相比，各项性能指标不够高，例如被监控参数不全面，测量精度相对较低等等。还有一些产品，部分功能达不到国外产品的功能，最明显的是人机界面设计并不人性化和智能化，国内产品使用可靠性不够高。

2.1设计原理

采用TN-S配电方式进行设计，在配电箱的电源进线端（即主开关室）设置1个电源总断路器、1个剩余电流保护器及1个继电器，继电器采用低功耗的磁保持继电器，主要功能是通过以太网的信号，远程控制总电路的开关。按照现有的成熟技术方式，在箱内布置相线、中性线N和接地保护线PE，为确保配电箱的安全，将PE直接与箱体外壳连接并接入大地。配电输出部分可以根据居民平时生活中的用电功率大小和用电情况配置，可划分为卧室、卫生间、厨房、客厅、空调等配电回路，这样可以实现更加有效、明确的用电管理，避免出现一个回路短路等故障影响其他回路的现象。同时在检修一个回路时，可以断开其他回路，做到方便检修。

弱电部分是智能配电箱的核心部分，左侧配有3个通信接口。以太网接口可以和互联网相连，RS485接口可提供扩展功能，如智能抄表、监控等功能。右侧显示屏和键盘组成HMI人机界面，可以让用户进行互动。电能检测部分选用ATT7026A型电能检测与计量专用芯片。这种芯片不仅成本低，而且功能齐全，能测量功率、功率因素、电压、电流等数据，是民用配电箱最理想的芯片选择。

2.2智能配电箱结构

从科学性、合理性角度出发，智能配电箱的设计遵照同一标准，采用功能独立、分层分布式的结构。包含几个主要模块：主开关、智能无功补偿、计量及负荷管理、主进电缆通道等等。整个箱体分为前后两个区，前区主要功能是主开关室补偿，后区主要功能是计量和负荷管理，另外还包括主进电缆通道。下面从四个主要分区或模块介绍智能配电箱结构。

主开关部分：主开关区配有总断路器、剩余电流保护开关和磁保持继电器三个功能仪器。显然总断路器负责配电箱的总开关；剩余电流保护开关可以防止触电及火灾；磁保持继电器可与以太网接口连接，通过处理中心发出的信号，提供远程开合功能。

计量及负荷管理部分：计量及负荷管理室采用模块化设计，一般家庭用户可分为照明、空调、电脑和厨房等用电区域，每个模块分工明确。配备单独的开关，这样不仅保证了用电的安全性，同时便于检修。每个回路配备单独的检测模块，这样可以统计每个区域的特定用电量，比如日用电量、年用电量、日最大用电量等数据；防止一个回路故障影响另一个回路，也便于检修。同时，用户可以自己选择是否配备检测模块，灵活性高。

智能无功补偿部分：为保证系统电能质量和高效供电，实现就地平衡，采用了低压补偿方式，从而减少从用电设备到各级别电网之间因远距离传输无功而产生的电能损耗，达到节约电力资源的目的。无功补偿设备位于配电箱低压侧，采用共补加分补方式，即智能分级补偿与三相混合补偿。装备包括智能无功功率补偿控制器、三相共补电容器、三相分补电容器等等。利用无触点控制方式，碰到谐波严重时可采用滤波器滤去谐波。混合补偿方式也可进行单相补偿，使A，B，C三相无功功率趋于平衡。

主进电缆通道部分：主进电缆通道为电缆的进出口，通道室位于智能综合配电箱右后侧，采用下进线方式。

3智能配电箱的发展趋势

采用科学技术发展的成果，为配电箱等设备注入更多的人性化、智能化元素。民用配电箱前景广阔，其可与计算机技术和网络通信技术结合起来，并且逐步趋于数字化、集成化和智能化。

3.1数字化

目前市场上应用的主要有三大公司生产的DSP芯片，3家公司即TI、ADI和Motorola。它们制造的芯片各有长短，应用范围也有别，其中TI公司生产的TMS系列芯片应用最为广泛。TMS系列芯片优点显著：架构设计优异，无论在数学运算方面还是数据移动方面；事件响应时间超短，实时操作系统支持提供10ns以下的响应时间，并且配有专门为复杂单周期的处理而提供的专用指令；此外，确定性的处理可选择使用缓存，并通过DMA安排数据移动，占用空间小而且效率高。

3.2集成化

前己述及，当前的智能配电箱存在以下主要缺点：测量的数据量小、精度低，占用的体积大，一体化程度有限。可编程ASIC技术发展自20世纪90年代，它能快速并行处理ASIC器件，具有较强的灵活性，大体上解决了智能配电箱的以上短板。ASIC软件可以集成在内部，有一定程度的模块化设计，因而ASIC在体积缩减方面、运行可靠性方面、运行速度等方面皆有上好的表现。近年来，TI公司又推出了DSPS，此项技术在工业、农业、生活等领域的产品开发方面应用越来越广泛。

3.3智能化

随着现代通信技术和计算机网络技术的日益发展，随着现场总线控制技术以及数字化技术的发展与日臻完善，网络和信息技术已经深度融入人们的生活，与此同时智能配电箱配电网络终端智能化也已经变得越来越重要。智能配电箱除了能实现人机互动，还能智能切断危险线路，智能合闸，在以后的设计中，还会出现远程遥控，智能预警等功能。

4结论

本文讨论了民用智能配电箱的发展背景，阐述了智能配电箱需要实现的各个功能。相信随着软、硬件系统的不断开发和技术的不断提升，必然能制造出功能更趋完善、性能更加稳定、安全性更可靠的现代智能配电箱。