民用智能配電箱的發(fā)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(nèi)市場需求，對傳統(tǒng)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(xiàn)的各個功能。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。

關(guān)鍵詞智能配電箱；功能；發(fā)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(fā)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(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)復雜并且精密。借助于顯示單元，實時觀察電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并利用數(shù)字通訊技術(shù)上載至后臺環(huán)境控制中心，從而完成分銷體系和進行有效的實時監(jiān)控，幫助用戶優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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(lǐng)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(guān)要求，電力行業(yè)應當做到以下四點：安全、可靠、高效和經(jīng)濟。同時隨著生活水平的改善和科技素質(zhì)的提高，百姓對用電有了更高的需求。現(xiàn)在民用的配電箱，一般是結(jié)構(gòu)較為簡單的盒式配電箱，只具有配電功能，出現(xiàn)過載或者短路時只有簡單的保護功能。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)備不能滿足當前發(fā)展的需求。因此，迫切需要設(shè)計出一種新的，在用戶側(cè)不僅提供實時測量、記錄用電量和電能的信息服務(wù)，并且可以與系統(tǒng)進行通信的測量設(shè)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(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)于多功能和多指標的智能配電箱的制造技術(shù)，無論在國內(nèi)還是在國外，都有了很大的發(fā)展和提高，但是國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)差距還是較大的。特別是與國外的部分高端產(chǎn)品相比，各項性能指標不夠高，例如被監(jiān)控參數(shù)不全面，測量精度相對較低等等。還有一些產(chǎn)品，部分功能達不到國外產(chǎn)品的功能，最明顯的是人機界面設(shè)計并不人性化和智能化，國內(nèi)產(chǎn)品使用可靠性不夠高。

2.1設(shè)計原理

采用TN-S配電方式進行設(shè)計，在配電箱的電源進線端（即主開關(guān)室）設(shè)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(wǎng)的信號，遠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，這樣可以實現(xiàn)更加有效、明確的用電管理，避免出現(xiàn)一個回路短路等故障影響其他回路的現(xiàn)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(cè)配有3個通信接口。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(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)

從科學性、合理性角度出發(fā)，智能配電箱的設(shè)計遵照同一標準，采用功能獨立、分層分布式的結(jié)構(gòu)。包含幾個主要模塊：主開關(guān)、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(qū)，前區(qū)主要功能是主開關(guān)室補償，后區(qū)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(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、剩余電流保護開關(guān)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(guān)；剩余電流保護開關(guān)可以防止觸電及火災；磁保持繼電器可與以太網(wǎng)接口連接，通過處理中心發(fā)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(shè)計，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，每個模塊分工明確。配備單獨的開關(guān)，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(tǒng)計每個區(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(tǒng)電能質(zhì)量和高效供電，實現(xiàn)就地平衡，采用了低壓補償方式，從而減少從用電設(shè)備到各級別電網(wǎng)之間因遠距離傳輸無功而產(chǎn)生的電能損耗，達到節(jié)約電力資源的目的。無功補償設(shè)備位于配電箱低壓側(cè)，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(cè)，采用下進線方式。

3智能配電箱的發(fā)展趨勢

采用科學技術(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，其可與計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合起來，并且逐步趨于數(shù)字化、集成化和智能化。

3.1數(shù)字化

目前市場上應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短，應用范圍也有別，其中TI公司生產(chǎn)的TMS系列芯片應用最為廣泛。TMS系列芯片優(yōu)點顯著：架構(gòu)設(shè)計優(yōu)異，無論在數(shù)學運算方面還是數(shù)據(jù)移動方面；事件響應時間超短，實時操作系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量小、精度低，占用的體積大，一體化程度有限。可編程ASIC技術(shù)發(fā)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(nèi)部，有一定程度的模塊化設(shè)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(xiàn)。近年來，TI公司又推出了DSPS，此項技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)方面應用越來越廣泛。

3.3智能化

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，隨著現(xiàn)場總線控制技術(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，與此同時智能配電箱配電網(wǎng)絡(luò)終端智能化也已經(jīng)變得越來越重要。智能配電箱除了能實現(xiàn)人機互動，還能智能切斷危險線路，智能合閘，在以后的設(shè)計中，還會出現(xiàn)遠程遙控，智能預警等功能。

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現(xiàn)的各個功能。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。