趙訓(xùn)銘

摘要本文介紹了民用智能配電箱的概念以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，對(duì)傳統(tǒng)配電箱與智能配電箱進(jìn)行了比較。描述了智能配電箱需要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能。最后從數(shù)字化、集成化以及智能化角度闡述了民用智能配電箱發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞智能配電箱；功能；發(fā)展趨勢(shì)

隨著生活水平的提高，人們對(duì)電力的使用要求及配電方式的要求也越來(lái)越高，多功能的智能配電箱的廣泛應(yīng)用是大勢(shì)所趨。本文就智能配電箱的發(fā)展概況與和趨勢(shì)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(shù)據(jù)中心，全面收集所有的能源數(shù)據(jù)，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且精密。借助于顯示單元，實(shí)時(shí)觀察電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并利用數(shù)字通訊技術(shù)上載至后臺(tái)環(huán)境控制中心，從而完成分銷體系和進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助用戶優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，提高運(yùn)行效率，強(qiáng)化能源管理，達(dá)到全方位的綠色I(xiàn)DC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(lǐng)域顯得特別合理而重要。

1.2智能配電箱在我國(guó)的需求

按照國(guó)家相關(guān)要求，電力行業(yè)應(yīng)當(dāng)做到以下四點(diǎn)：安全、可靠、高效和經(jīng)濟(jì)。同時(shí)隨著生活水平的改善和科技素質(zhì)的提高，百姓對(duì)用電有了更高的需求?，F(xiàn)在民用的配電箱，一般是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的盒式配電箱，只具有配電功能，出現(xiàn)過(guò)載或者短路時(shí)只有簡(jiǎn)單的保護(hù)功能。在傳統(tǒng)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(shè)備不能滿足當(dāng)前發(fā)展的需求。因此，迫切需要設(shè)計(jì)出一種新的，在用戶側(cè)不僅提供實(shí)時(shí)測(cè)量、記錄用電量和電能的信息服務(wù)，并且可以與系統(tǒng)進(jìn)行通信的測(cè)量設(shè)備，電力公司己成為與用戶溝通的互動(dòng)平臺(tái)。用戶不僅能得到更好的服務(wù)，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(xiàn)狀

關(guān)于多功能和多指標(biāo)的智能配電箱的制造技術(shù)，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外，都有了很大的發(fā)展和提高，但是國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)差距還是較大的。特別是與國(guó)外的部分高端產(chǎn)品相比，各項(xiàng)性能指標(biāo)不夠高，例如被監(jiān)控參數(shù)不全面，測(cè)量精度相對(duì)較低等等。還有一些產(chǎn)品，部分功能達(dá)不到國(guó)外產(chǎn)品的功能，最明顯的是人機(jī)界面設(shè)計(jì)并不人性化和智能化，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品使用可靠性不夠高。

2.1設(shè)計(jì)原理

采用TN-S配電方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在配電箱的電源進(jìn)線端（即主開關(guān)室）設(shè)置1個(gè)電源總斷路器、1個(gè)剩余電流保護(hù)器及1個(gè)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(guò)以太網(wǎng)的信號(hào)，遠(yuǎn)程控制總電路的開關(guān)。按照現(xiàn)有的成熟技術(shù)方式，在箱內(nèi)布置相線、中性線N和接地保護(hù)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(jù)居民平時(shí)生活中的用電功率大小和用電情況配置，可劃分為臥室、衛(wèi)生間、廚房、客廳、空調(diào)等配電回路，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加有效、明確的用電管理，避免出現(xiàn)一個(gè)回路短路等故障影響其他回路的現(xiàn)象。同時(shí)在檢修一個(gè)回路時(shí)，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(cè)配有3個(gè)通信接口。以太網(wǎng)接口可以和互聯(lián)網(wǎng)相連，RS485接口可提供擴(kuò)展功能，如智能抄表、監(jiān)控等功能。右側(cè)顯示屏和鍵盤組成HMI人機(jī)界面，可以讓用戶進(jìn)行互動(dòng)。電能檢測(cè)部分選用ATT7026A型電能檢測(cè)與計(jì)量專用芯片。這種芯片不僅成本低，而且功能齊全，能測(cè)量功率、功率因素、電壓、電流等數(shù)據(jù)，是民用配電箱最理想的芯片選擇。

2.2智能配電箱結(jié)構(gòu)

從科學(xué)性、合理性角度出發(fā)，智能配電箱的設(shè)計(jì)遵照同一標(biāo)準(zhǔn)，采用功能獨(dú)立、分層分布式的結(jié)構(gòu)。包含幾個(gè)主要模塊：主開關(guān)、智能無(wú)功補(bǔ)償、計(jì)量及負(fù)荷管理、主進(jìn)電纜通道等等。整個(gè)箱體分為前后兩個(gè)區(qū)，前區(qū)主要功能是主開關(guān)室補(bǔ)償，后區(qū)主要功能是計(jì)量和負(fù)荷管理，另外還包括主進(jìn)電纜通道。下面從四個(gè)主要分區(qū)或模塊介紹智能配電箱結(jié)構(gòu)。

主開關(guān)部分：主開關(guān)區(qū)配有總斷路器、剩余電流保護(hù)開關(guān)和磁保持繼電器三個(gè)功能儀器。顯然總斷路器負(fù)責(zé)配電箱的總開關(guān)；剩余電流保護(hù)開關(guān)可以防止觸電及火災(zāi)；磁保持繼電器可與以太網(wǎng)接口連接，通過(guò)處理中心發(fā)出的信號(hào)，提供遠(yuǎn)程開合功能。

計(jì)量及負(fù)荷管理部分：計(jì)量及負(fù)荷管理室采用模塊化設(shè)計(jì)，一般家庭用戶可分為照明、空調(diào)、電腦和廚房等用電區(qū)域，每個(gè)模塊分工明確。配備單獨(dú)的開關(guān)，這樣不僅保證了用電的安全性，同時(shí)便于檢修。每個(gè)回路配備單獨(dú)的檢測(cè)模塊，這樣可以統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)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(shù)據(jù)；防止一個(gè)回路故障影響另一個(gè)回路，也便于檢修。同時(shí)，用戶可以自己選擇是否配備檢測(cè)模塊，靈活性高。

智能無(wú)功補(bǔ)償部分：為保證系統(tǒng)電能質(zhì)量和高效供電，實(shí)現(xiàn)就地平衡，采用了低壓補(bǔ)償方式，從而減少?gòu)挠秒娫O(shè)備到各級(jí)別電網(wǎng)之間因遠(yuǎn)距離傳輸無(wú)功而產(chǎn)生的電能損耗，達(dá)到節(jié)約電力資源的目的。無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備位于配電箱低壓側(cè)，采用共補(bǔ)加分補(bǔ)方式，即智能分級(jí)補(bǔ)償與三相混合補(bǔ)償。裝備包括智能無(wú)功功率補(bǔ)償控制器、三相共補(bǔ)電容器、三相分補(bǔ)電容器等等。利用無(wú)觸點(diǎn)控制方式，碰到諧波嚴(yán)重時(shí)可采用濾波器濾去諧波?；旌涎a(bǔ)償方式也可進(jìn)行單相補(bǔ)償，使A，B，C三相無(wú)功功率趨于平衡。

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

3智能配電箱的發(fā)展趨勢(shì)

采用科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果，為配電箱等設(shè)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(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)，并且逐步趨于數(shù)字化、集成化和智能化。

3.1數(shù)字化

目前市場(chǎng)上應(yīng)用的主要有三大公司生產(chǎn)的DSP芯片，3家公司即TI、ADI和Motorola。它們制造的芯片各有長(zhǎng)短，應(yīng)用范圍也有別，其中TI公司生產(chǎn)的TMS系列芯片應(yīng)用最為廣泛。TMS系列芯片優(yōu)點(diǎn)顯著：架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)異，無(wú)論在數(shù)學(xué)運(yùn)算方面還是數(shù)據(jù)移動(dòng)方面；事件響應(yīng)時(shí)間超短，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持提供10ns以下的響應(yīng)時(shí)間，并且配有專門為復(fù)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(guò)DMA安排數(shù)據(jù)移動(dòng)，占用空間小而且效率高。

3.2集成化

前己述及，當(dāng)前的智能配電箱存在以下主要缺點(diǎn)：測(cè)量的數(shù)據(jù)量小、精度低，占用的體積大，一體化程度有限?？删幊藺SIC技術(shù)發(fā)展自20世紀(jì)90年代，它能快速并行處理ASIC器件，具有較強(qiáng)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(nèi)部，有一定程度的模塊化設(shè)計(jì)，因而ASIC在體積縮減方面、運(yùn)行可靠性方面、運(yùn)行速度等方面皆有上好的表現(xiàn)。近年來(lái)，TI公司又推出了DSPS，此項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

3.3智能化

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與日臻完善，網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)已經(jīng)深度融入人們的生活，與此同時(shí)智能配電箱配電網(wǎng)絡(luò)終端智能化也已經(jīng)變得越來(lái)越重要。智能配電箱除了能實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，還能智能切斷危險(xiǎn)線路，智能合閘，在以后的設(shè)計(jì)中，還會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，智能預(yù)警等功能。

4結(jié)論

本文討論了民用智能配電箱的發(fā)展背景，闡述了智能配電箱需要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能。相信隨著軟、硬件系統(tǒng)的不斷開發(fā)和技術(shù)的不斷提升，必然能制造出功能更趨完善、性能更加穩(wěn)定、安全性更可靠的現(xiàn)代智能配電箱。