多路同步采樣ADC實現(xiàn)高性能多通道電網(wǎng)監(jiān)測

摘要： 本文介紹了同步采樣ADC在電網(wǎng)監(jiān)測中的應(yīng)用，并對構(gòu)建電力線測量系統(tǒng)時所要考慮的問題進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞： ADC；電力線監(jiān)測；放大器；數(shù)字隔離器

前言

電力工業(yè)的迅速擴(kuò)展，在全球范圍內(nèi)引發(fā)了加強(qiáng)現(xiàn)有傳輸和配電網(wǎng)絡(luò)以及建設(shè)新變電站的需求。微處理器技術(shù)方面的進(jìn)展以及支持人員的人力成本的上升，已經(jīng)成為電力公司設(shè)計新的、采用高精度集成化自動控制系統(tǒng)的自動化高壓變電站的關(guān)鍵性推動因素。

變電站可以根據(jù)電壓高低分為兩類：高壓類包括500kV、330kV和部分220kV電站，而220kV的終端變電站、110kV和35kV的變電站則被視為中壓和低壓類變電站。高壓(輸電)變電站屬于大型的室外建筑。而低壓(配電)變電站則是在市區(qū)的室內(nèi)系統(tǒng)，以滿足高負(fù)載密度的供電需要。

信號處理技術(shù)的進(jìn)步使得人們能夠在下一代系統(tǒng)中實現(xiàn)優(yōu)于0.1%的測量精度，與目前系統(tǒng)的0.5%的典型精度值相比是一個巨大的改善，這主要是通過高性能的同步采樣ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)來實現(xiàn)的；它們可以提供未來系統(tǒng)所需要的分辨率和性能。

系統(tǒng)架構(gòu)

圖1示出了典型的3相測量系統(tǒng)中的波形。每一相電源都有一個電流互感器(CT)和功率變壓器(PT)。整個系統(tǒng)包括3對這樣的器件。系統(tǒng)在任意時刻的平均功率可以通過如下的流程來快速求出：對每個變換器的輸出進(jìn)行大量采樣，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅立葉變換(DFT)，然后執(zhí)行所需的乘法和加法。

圖1 典型的3相系統(tǒng)的波形

ADC對于3個CT和3個PT輸出進(jìn)行32次同時采樣，并將獲得的32組結(jié)果存入RAM中。系統(tǒng)可以對全部6路輸出進(jìn)行DFT，并按照實數(shù)和虛數(shù)分量來顯示結(jié)果(A + jB)。每個變換器的幅值和相位信息可以以如下的方式來計算：

設(shè)A + jB 和 C + jD 表示CT1和PT1的，則幅值(Mi)和相位(Pi)分別表示為:
M1(CT1)=，P(CT1)= tan-1(B/A)=j,
M2(PT1)= ，P(PT)=tan-1(D/C)=q

流過PT1/CT1 對的功率為
1= M1