[0001]本发明涉及集成电路、电路硬件设计和嵌入式软件设计、PC软件以及算法设计、通信领域，特别是利用先进的算法和实时通信技术而实现一种动态均衡的3相智能化配电系统，通过将负载分组以及利用智能化插座等及时获得接入负载的数据，将负载按照设定规则接入3相电中的一根相线根相线带动的负载基本相同，以及在任何指定的相位分别实现3根相线的切换；系统能够利用自身的MCU针对获得的功率数据以及波形数据进行简单的数据挖掘，实现对应的保护功能，或者将数据上传到指定的计算机系统，获得指令后执行相关的切换操作或者保护操作；系统可以在不同的等级使用，实现小范围到变电站间的动态化3相均衡；系统具备电表的所有功能，可按照要求将电压、电流、功率等数据实时上传，根据自身算法或者指令进行相应的负载接入。

　　[0003]当前的智能配电箱和智能配电柜等产品，把众多带通讯接口的控制设备和仪表与计算机连接起来，实现集中数据采集、处理、监控、分析、调度等智能化管理，其中智能配电箱是最接近用户端的配电设备，当前系统如图1所示。

　　[0004]连接关系如下:3相电A相、B相、C相经过开关Ql后分为2路，分别与中线VAC-4、220VAC-5、220VAC-6 输出，A 相、B 相、C 相、中线连接后与防雷地接在一起，A相、B相、C相经过保险丝FU1、FU2、FU3分别与负载Loadl、Load2、Load3连接后汇接到中线，监测单元的三相输出经过开关与电压指示仪器连接。

　　[0005]工作过程如下:正常工作状态下，相线VAC的输出，每两个输出是同相位的，可以按照需求挂接相应负载，如在每层楼使用此配电箱，6个220VAC分别接入6个住户家庭作为用电的母线；在正常用电时，监测单元获得每个220VAC输出的功率，以及异常用电的纪录等。

　　[0006]目前的配电箱在常规数据的采集以及保护方面基本标准化，通过相关国家标准的制定得到普及，但是在智能化程度以及与智能电网的融合、电能一体化管理方面存在不足:

　　负载与相线之间的连接是固定的，相线在规划设计阶段就分配完毕，当负载发生变化时，无法进行动态的调度，满足不断增长的用电需求；

　　3根相线连接的负载不同，而每个负载的变化也是不同的，不同的时间与不同的负载连接，负载的种类以及消耗的功率不同，从而造成3相之间的不均衡，导致中线电流过大，影响用电安全以及用电损耗增加；

　　监测单元收集的用电信息过于简单，或者数据采集的精度以及采样速度低，无法通过搞计算法获得配电网络以及用电设备的进一步信息，从而通过智能化运行进一步降低系统的损耗，提高整个网络以及相应设备的运行效益；当前的智能配电终端系统(配电箱、配电柜)等采用RS485总线(ProfiBus)结构，数据速率受到限制，无法通过高速互联的通信系统实现数据、指令的双向传递。

　　[0008]如图2所示为动态均衡的3相配电终端系统原理图，连接关系为:相线I分别与开关继电器Rl、R4、R7连接，相线、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8、1?9的控制端口与MCU连接，开关继电器分组[Rl、R2、R3]、[R4、R5、R6]、[R7、R8、R9]输出分别与3个电压电流检测计量模组连接后输出成为3根火线，中线根火线VAC市电端口:火线、中线(零线)、地线。中线的电压电流检测计量模组与3根相线的对应模组连接，相线的电压电流检测计量模组通过数据总线与MCU连接，MCU通过RJ45网口与外界连接。

　　[0009]工作原理如下:当市电接口有负载接入时，智能电网的其他组件如智能开关、智能插座等首先获得负载的种类、功率等信息，然后将信息上传后发送到智能配电箱、智能配电柜以及智能化变电站，然后将相关信息转发到如图2的MCU ；MCU按照两种模式将负载接入用电网络。

　　[0010]模式1:MCU根据自己已经挂载的负载数据，根据上位机下发的用户用电习惯等信息，将负载接入到目前挂载功率最小的相线下，或者根据算法以及一段时间内用户挂载的预测，将负载挂接到未来一段时间内3相均衡最优化的相线:MCU根据上位机的指令，按照整体最优化的原则，直接将负载挂接到指定的相线根相线通过各自的电压电流检测计量模组，获得相应的电压电流波形以及功率等数据，为了精确计算，在功率测量时将中线根相线的检测集中到一个芯片内。MCU可以根据检测到的数据实现过流、过功率保护、漏电检测等功能。

　　[0013]再将任何一根相线接入到火线时，根据电压电流检测计量模组采集的数据，MCU控制相应的开关继电器实现相线在任意指定相位切换到火线KSPS)采样，MCU内嵌算法能够得到精确的过零点，从而精确判定任一时刻相线的相位；在生产阶段，MCU可以得到较准数据，如继电器的开关操作时间、MCU内部运算时间、电路中驱动模组的反应时间等。根据相关数据获得系统的反应时间后，MCU在某个时刻发出指令，从而在指定的相位实现相线到火线的切换。ZVS/ZCS (零电压/零电流切换)功能是指定相位切换的一部分，指定的切换相位为0°或者180°。

　　[0014]3根相线之间的切换可以是连续的，也可以是不连续的。连续切换时，相线I在指定相位切换后，相线ms)实现切换；不连续切换时，相线I在指定相位切换后，相线在分别设定的延时后实现切换，相位也可以与相线I的切换相位不同，并且相线的切换相位也可以不同。

　　[0015]MCU内嵌的算法可以提高过零点的检测精度，因而可以以高精度确定每根相线KSPS的商业级应用为例，归一化相线波形为正弦波，获得以下简单的高精度切换算法。

　　[0016]设定MCU的时钟为20MHz，在相线正弦波过零点附近，获得两个采样点，如图11中情景I所示，过零点前的数据为sin(2 Jif^SlP),过零点后的数据为sin((2 Jif^SIN) 0

　　过零点前后得的采样数据基本接近零，因此可以近似认为两点之间为直线MHz，因此每两个采样点之间的时钟信号个数为2500个。

　　[0018]理想状态下，过零点可以精确到单个时钟信号，因此理想的过零点误差为

　　在简单算法下，误差为理想状态下的+/-5倍，因此过零点误差为+/-5.5 π *10_3。

　　[0019]在16比特精度8Κ采样频率下，采样误差为+/-(220/64Κ)，经过算法后，精度提高到+/_5.5 η *10 3,从而大幅提闻了系统的精度。

　　能够根据3根相线负载基本均衡的要求，实现负载在3根相线之间的动态挂接；负载在3根

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