民用智能配電箱的發展概況與趨勢

趙訓銘

摘要本文介紹了民用智能配電箱的概念以及國內市場需求，對傳統配電箱與智能配電箱進行了比較。描述了智能配電箱需要實現的各個功能。最后從數字化、集成化以及智能化角度闡述了民用智能配電箱發展趨勢。

關鍵詞智能配電箱；功能；發展趨勢

隨著生活水平的提高，人們對電力的使用要求及配電方式的要求也越來越高，多功能的智能配電箱的廣泛應用是大勢所趨。本文就智能配電箱的發展概況與和趨勢作一綜述，以期拋磚引玉。

1民用智能配電箱介紹

1.1智能配電箱的概念

智能配電箱是能源終端的數據中心，全面收集所有的能源數據，它的內部結構復雜并且精密。借助于顯示單元，實時觀察電能質量數據，并利用數字通訊技術上載至后臺環境控制中心，從而完成分銷體系和進行有效的實時監控，幫助用戶優化網絡數據中心，提高運行效率，強化能源管理，達到全方位的綠色IDC的宗旨。由此可見，智能配電箱用于供電可靠性要求高、不間斷供電的地方和領域顯得特別合理而重要。

1.2智能配電箱在我國的需求

按照國家相關要求，電力行業應當做到以下四點：安全、可靠、高效和經濟。同時隨著生活水平的改善和科技素質的提高，百姓對用電有了更高的需求。現在民用的配電箱，一般是結構較為簡單的盒式配電箱，只具有配電功能，出現過載或者短路時只有簡單的保護功能。在傳統的配電模式中，居民用戶被視為單純的功耗單元，顯然該種配電箱及附屬設備不能滿足當前發展的需求。因此，迫切需要設計出一種新的，在用戶側不僅提供實時測量、記錄用電量和電能的信息服務，并且可以與系統進行通信的測量設備，電力公司己成為與用戶溝通的互動平臺。用戶不僅能得到更好的服務，還能更安全、可靠地使用和管理電能。

2智能配電箱的研究現狀

關于多功能和多指標的智能配電箱的制造技術，無論在國內還是在國外，都有了很大的發展和提高，但是國內外同類產品的技術差距還是較大的。特別是與國外的部分高端產品相比，各項性能指標不夠高，例如被監控參數不全面，測量精度相對較低等等。還有一些產品，部分功能達不到國外產品的功能，最明顯的是人機界面設計并不人性化和智能化，國內產品使用可靠性不夠高。

2.1設計原理

采用TN-S配電方式進行設計，在配電箱的電源進線端（即主開關室）設置1個電源總斷路器、1個剩余電流保護器及1個繼電器，繼電器采用低功耗的磁保持繼電器，主要功能是通過以太網的信號，遠程控制總電路的開關。按照現有的成熟技術方式，在箱內布置相線、中性線N和接地保護線PE，為確保配電箱的安全，將PE直接與箱體外殼連接并接入大地。配電輸出部分可以根據居民平時生活中的用電功率大小和用電情況配置，可劃分為臥室、衛生間、廚房、客廳、空調等配電回路，這樣可以實現更加有效、明確的用電管理，避免出現一個回路短路等故障影響其他回路的現象。同時在檢修一個回路時，可以斷開其他回路，做到方便檢修。

弱電部分是智能配電箱的核心部分，左側配有3個通信接口。以太網接口可以和互聯網相連，RS485接口可提供擴展功能，如智能抄表、監控等功能。右側顯示屏和鍵盤組成HMI人機界面，可以讓用戶進行互動。電能檢測部分選用ATT7026A型電能檢測與計量專用芯片。這種芯片不僅成本低，而且功能齊全，能測量功率、功率因素、電壓、電流等數據，是民用配電箱最理想的芯片選擇。

2.2智能配電箱結構

從科學性、合理性角度出發，智能配電箱的設計遵照同一標準，采用功能獨立、分層分布式的結構。包含幾個主要模塊：主開關、智能無功補償、計量及負荷管理、主進電纜通道等等。整個箱體分為前后兩個區，前區主要功能是主開關室補償，后區主要功能是計量和負荷管理，另外還包括主進電纜通道。下面從四個主要分區或模塊介紹智能配電箱結構。

主開關部分：主開關區配有總斷路器、剩余電流保護開關和磁保持繼電器三個功能儀器。顯然總斷路器負責配電箱的總開關；剩余電流保護開關可以防止觸電及火災；磁保持繼電器可與以太網接口連接，通過處理中心發出的信號，提供遠程開合功能。

計量及負荷管理部分：計量及負荷管理室采用模塊化設計，一般家庭用戶可分為照明、空調、電腦和廚房等用電區域，每個模塊分工明確。配備單獨的開關，這樣不僅保證了用電的安全性，同時便于檢修。每個回路配備單獨的檢測模塊，這樣可以統計每個區域的特定用電量，比如日用電量、年用電量、日最大用電量等數據；防止一個回路故障影響另一個回路，也便于檢修。同時，用戶可以自己選擇是否配備檢測模塊，靈活性高。

智能無功補償部分：為保證系統電能質量和高效供電，實現就地平衡，采用了低壓補償方式，從而減少從用電設備到各級別電網之間因遠距離傳輸無功而產生的電能損耗，達到節約電力資源的目的。無功補償設備位于配電箱低壓側，采用共補加分補方式，即智能分級補償與三相混合補償。裝備包括智能無功功率補償控制器、三相共補電容器、三相分補電容器等等。利用無觸點控制方式，碰到諧波嚴重時可采用濾波器濾去諧波?；旌涎a償方式也可進行單相補償，使A，B，C三相無功功率趨于平衡。

主進電纜通道部分：主進電纜通道為電纜的進出口，通道室位于智能綜合配電箱右后側，采用下進線方式。

3智能配電箱的發展趨勢

采用科學技術發展的成果，為配電箱等設備注入更多的人性化、智能化元素。民用配電箱前景廣闊，其可與計算機技術和網絡通信技術結合起來，并且逐步趨于數字化、集成化和智能化。

3.1數字化

目前市場上應用的主要有三大公司生產的DSP芯片，3家公司即TI、ADI和Motorola。它們制造的芯片各有長短，應用范圍也有別，其中TI公司生產的TMS系列芯片應用最為廣泛。TMS系列芯片優點顯著：架構設計優異，無論在數學運算方面還是數據移動方面；事件響應時間超短，實時操作系統支持提供10ns以下的響應時間，并且配有專門為復雜單周期的處理而提供的專用指令；此外，確定性的處理可選擇使用緩存，并通過DMA安排數據移動，占用空間小而且效率高。

3.2集成化

前己述及，當前的智能配電箱存在以下主要缺點：測量的數據量小、精度低，占用的體積大，一體化程度有限。可編程ASIC技術發展自20世紀90年代，它能快速并行處理ASIC器件，具有較強的靈活性，大體上解決了智能配電箱的以上短板。ASIC軟件可以集成在內部，有一定程度的模塊化設計，因而ASIC在體積縮減方面、運行可靠性方面、運行速度等方面皆有上好的表現。近年來，TI公司又推出了DSPS，此項技術在工業、農業、生活等領域的產品開發方面應用越來越廣泛。

3.3智能化

隨著現代通信技術和計算機網絡技術的日益發展，隨著現場總線控制技術以及數字化技術的發展與日臻完善，網絡和信息技術已經深度融入人們的生活，與此同時智能配電箱配電網絡終端智能化也已經變得越來越重要。智能配電箱除了能實現人機互動，還能智能切斷危險線路，智能合閘，在以后的設計中，還會出現遠程遙控，智能預警等功能。

4結論

本文討論了民用智能配電箱的發展背景，闡述了智能配電箱需要實現的各個功能。相信隨著軟、硬件系統的不斷開發和技術的不斷提升，必然能制造出功能更趨完善、性能更加穩定、安全性更可靠的現代智能配電箱。