多路同步采样ADC实现高性能多通道电网监测

摘要： 本文介绍了同步采样ADC在电网监测中的应用，并对构建电力线测量系统时所要考虑的问题进行了讨论。

关键词： ADC；电力线监测；放大器；数字隔离器

前言

电力工业的迅速扩展，在全球范围内引发了加强现有传输和配电网络以及建设新变电站的需求。微处理器技术方面的进展以及支持人员的人力成本的上升，已经成为电力公司设计新的、采用高精度集成化自动控制系统的自动化高压变电站的关键性推动因素。

变电站可以根据电压高低分为两类：高压类包括500kV、330kV和部分220kV电站，而220kV的终端变电站、110kV和35kV的变电站则被视为中压和低压类变电站。高压(输电)变电站属于大型的室外建筑。而低压(配电)变电站则是在市区的室内系统，以满足高负载密度的供电需要。

信号处理技术的进步使得人们能够在下一代系统中实现优于0.1%的测量精度，与目前系统的0.5%的典型精度值相比是一个巨大的改善，这主要是通过高性能的同步采样ADC(模数转换器)来实现的；它们可以提供未来系统所需要的分辨率和性能。

系统架构

图1示出了典型的3相测量系统中的波形。每一相电源都有一个电流互感器(CT)和功率变压器(PT)。整个系统包括3对这样的器件。系统在任意时刻的平均功率可以通过如下的流程来快速求出：对每个变换器的输出进行大量采样，对采样数据进行离散傅立叶变换(DFT)，然后执行所需的乘法和加法。

图1 典型的3相系统的波形

ADC对于3个CT和3个PT输出进行32次同时采样，并将获得的32组结果存入RAM中。系统可以对全部6路输出进行DFT，并按照实数和虚数分量来显示结果(A + jB)。每个变换器的幅值和相位信息可以以如下的方式来计算：

设A + jB 和 C + jD 表示CT1和PT1的，则幅值(Mi)和相位(Pi)分别表示为:
M1(CT1)=，P(CT1)= tan-1(B/A)=j,
M2(PT1)= ，P(PT)=tan-1(D/C)=q

流过PT1/CT1 对的功率为
1= M1