服务型智能配电箱的设计与开发

服务型智能配电箱的设计与开发

安商要：从智能电网建设对终端用户用电监测的需要出发,设计了一种服务型智 能配电箱。介绍了该智能配电箱的配电回路的设计原则，及智能处理部分的设 计。以配电回路为监测单元,将配电箱设计成为具有用电监测、数据处理、多种通 信及人机操作等功能的互动式服务平台的设计构想，为今后的设计提供了—种新 颖的思路。

随着我国节能、降耗、减排政策不断强化推 进及智能电网建设的来临，居民环境保护及节能 减耗的意识不断增强，人们对各自用电情况也越 来越关心。但是传统的用配电模式中，居民用户 一直被看成单纯的电能消费单元，所使用的电能 表、配电箱、电器等设备都无法满足发展的需求。 因此，亟需设计出一种在用户侧使用的全新的测 量设备，不仅能实时测量、记录实时用电情况,而 且能与电能量信息服务系统通信,成为供电公司 与用户互动沟通的平台，为用户提供更优质的服 务。本文从以上客观需求出发设计了一款智能 化服务型配电箱。

1设计原理

该智能服务型配电箱主要由强电与弱电两 部分组成。其中强电部分按照我国GB 50096-1999《住宅设计规范》对电气方面的规范要求，采 用TN-S配电方式进行设计，在配电箱的电源迸 线端设置1个电源总断路器、1个剩余电流保护 器及1个继电器，箱内布置有相线L、中性线N及 接地保护线PE,PE线不接人剩余电流保护器，而 将箱体外壳直接接入大地。作为电源总开关，这
些开关器件具有总的控制性保护作用，能同时断 开或接通相线与中性线，符合安全用电及检修规 范。配电输出部分依据用电功率均分原则及用 电属性配置，可划分为照明、空调插座、电脑插 座、普能插座、厨房插座和卫生间插座等配电回 路，以避免出现因某个回路负荷过载而造成线路 老化，出现用电火灾事故的现象，也避免出现因 某个回路的用电设备出故障而影响其他回路电 气设备正常工作的现象，同时也便于检修。配电 回路中设置了提供远程开合功能的继电器,该继 电器采用具有低能耗特性的磁保持继电器或静 态无能耗继电器。其电气原理框图如图1中强 电部分所示。

配电箱的弱电部分为该配电箱智能处理核 心部分,由微处理器、存储器、电能量监测环节、 通信模块、液晶屏及键盘等组成。其中存储器选 用Flash存储器，容量适中，适于编程，用于保存 实时数据、历史数据、配置参数及信息等内容。 LCD液晶屏与键盘选用带触摸功能的液晶屏， 如JM320240E,分辨率为320 ><240，视域为5_7 in LED白色背光源，可与配电箱壳体组合为一整 体，也可以单独安装。通信接口设有网络接口、 电力载波接口及RS485通信接口三类。其 原理框图如图1中弱电部分所示。配电箱可通

过网络接口连到互联网，通过电力载波通信接口 与智能电表通信，其中电力载波通信接口采用电 力用户用电信息采集系统中规范的模块即可。 该模块内部通过电容、变压器组成的耦合电路与 电力线相连，与微处理器以串口通信方式通过光 耦相连，在电气隔离上对用户很安全，如图2所 示。该智能配电箱还可利用RS485通信接口扩 展其功能应用范围，如抄表、管理家庭防盗系统 等。
图2电力载波通信模块
微处理器为智能服务型配电箱的处理中心， 选用STM32F207芯片。该芯片为32 bit内核，工 作电压为1.8 ~3. 6 V，频率最高达120 MHz,集 成了包括lcd并行接口、丨2C接口、spi端口、us-art 接口及以太网 10/100 Mb/s MAC 模块等各 种高性能工业标准接口，适合硬件设计的需求。 其主要实现的功能有：

(1)实时收集各监测模块所采集的各种电 参量，并按实时数据、整分钟数据、整点数据、曰 数据、月数据方式将数据分类保存。

(2)统计各回路用电状况及各时段用电情 况、统计用电量最大及最小回路、统计用电量最 大及最小时段、统计各回路用电能耗情况、统计
用电门限报警情况等。

(3)以曲线及图表方式对比分析用户在不 同时段用电情况、耗能状况、故障发生率等，并就 当前统计数据向用户提供能耗分析结果，简单提 出一些节能降耗建议，使用户能通过配电箱对自 己的实时用电情况、各电器用电量一目了然，以 便及时调整。