基于ADS855x的智能電網(wǎng)全景監(jiān)控模塊設(shè)計

　　對電網(wǎng)進行全景監(jiān)控是實現(xiàn)智能化調(diào)度和輔助決策的基礎(chǔ)，以高速浮點DSP和ADS855x為核心器件設(shè)計了一種新型的智能電網(wǎng)監(jiān)控模塊。介紹了該監(jiān)控模塊的整體結(jié)構(gòu)和功能劃分，利用ADS855x系列AD芯片實現(xiàn)了16位、14位和12位ADC的軟硬件全面兼容，兼顧了電網(wǎng)不同環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)采集精度的不同需求。詳細闡述了交流模擬量采集電路的設(shè)計，包括互感器選擇，ADS855x芯片管腳設(shè)置等。最后對監(jiān)控功能軟件的整體結(jié)構(gòu)和模擬量有效值計算算法進行了介紹。

　　引言

　　目前，我國電力系統(tǒng)已經(jīng)進入智能電網(wǎng)的全面建設(shè)階段，要實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化調(diào)度、輔助決策以及分布式能源的智能化管理，首要技術(shù)問題是對整個電網(wǎng)實施全景式監(jiān)控，以準確地獲取電網(wǎng)實時運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈、優(yōu)化、互動、集成等關(guān)鍵特征和建設(shè)目標[1]。

　　電力系統(tǒng)中的能量傳輸過程可分為發(fā)電、輸電、變電、配電和供用電等5個基本環(huán)節(jié)，典型的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。實現(xiàn)智能電網(wǎng)的全景式監(jiān)控是指利用智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device，IED)，在電力生產(chǎn)、傳輸和消費的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對電網(wǎng)實時運行狀態(tài)的全方位測量與控制[2]。智能電網(wǎng)的全景監(jiān)控模塊集成了先進的電子通信技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，以高速浮點DSP和高精度ADC為核心，實現(xiàn)對電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)過程中的各種電氣量和狀態(tài)量的數(shù)據(jù)監(jiān)測。

　　體系結(jié)構(gòu)概述

　　智能電網(wǎng)全景監(jiān)控模塊的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，按功能可劃分為4個主要部分：主處理器及存儲擴展電路;數(shù)據(jù)采集及控制輸出;對外交互接口和其他輔助電路。主處理器采用了TI公司的32位高速浮點DSP芯片TMS320C6713[3]，以滿足高速數(shù)據(jù)處理需求，保證電網(wǎng)動態(tài)過程中的監(jiān)控實時性;數(shù)據(jù)采集電路可以直接采集傳統(tǒng)電磁式互感器的電壓、電流信號，也可通過數(shù)字模擬量接收子模塊接收由電子式互感器發(fā)送的數(shù)字化采樣值，控制輸出實現(xiàn)對斷路器的操作;對外交互接口包括對外通信接口和液晶顯示/鍵盤操作。

　　相比傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，智能電網(wǎng)中的監(jiān)控模塊需要更強的數(shù)據(jù)采集和處理能力，然而對于細分領(lǐng)域的應(yīng)用往往有著需求上的細微差別[4]，以ADC為例，在對發(fā)輸電環(huán)節(jié)的監(jiān)控一般需要16位ADC芯片以保證較高的采集精度，在供配電領(lǐng)域考慮到綜合性價比只需要14位或12位ADC即可。這就為監(jiān)控模塊的系列化設(shè)計提出了更高要求[5]，本文設(shè)計的監(jiān)控模塊采用TI公司的ADS855x系列ADC芯片，可以很好地滿足這種平臺化硬件設(shè)計需求。