基于ADS855x的智能電網全景監控模塊設計

　　對電網進行全景監控是實現智能化調度和輔助決策的基礎，以高速浮點DSP和ADS855x為核心器件設計了一種新型的智能電網監控模塊。介紹了該監控模塊的整體結構和功能劃分，利用ADS855x系列AD芯片實現了16位、14位和12位ADC的軟硬件全面兼容，兼顧了電網不同環節對數據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計，包括互感器選擇，ADS855x芯片管腳設置等。最后對監控功能軟件的整體結構和模擬量有效值計算算法進行了介紹。

　　引言

　　目前，我國電力系統已經進入智能電網的全面建設階段，要實現電網的智能化調度、輔助決策以及分布式能源的智能化管理，首要技術問題是對整個電網實施全景式監控，以準確地獲取電網實時運行狀態，從而實現智能電網自愈、優化、互動、集成等關鍵特征和建設目標[1]。

　　電力系統中的能量傳輸過程可分為發電、輸電、變電、配電和供用電等5個基本環節，典型的智能電網結構如圖1所示。實現智能電網的全景式監控是指利用智能電子設備(Intelligent Electronic Device，IED)，在電力生產、傳輸和消費的各個環節，實現對電網實時運行狀態的全方位測量與控制[2]。智能電網的全景監控模塊集成了先進的電子通信技術和數字信號處理技術，以高速浮點DSP和高精度ADC為核心，實現對電網穩態、暫態和動態過程中的各種電氣量和狀態量的數據監測。

　　體系結構概述

　　智能電網全景監控模塊的整體結構如圖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;數據采集及控制輸出;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]，以滿足高速數據處理需求，保證電網動態過程中的監控實時性;數據采集電路可以直接采集傳統電磁式互感器的電壓、電流信號，也可通過數字模擬量接收子模塊接收由電子式互感器發送的數字化采樣值，控制輸出實現對斷路器的操作;對外交互接口包括對外通信接口和液晶顯示/鍵盤操作。

　　相比傳統電力系統中的應用，智能電網中的監控模塊需要更強的數據采集和處理能力，然而對于細分領域的應用往往有著需求上的細微差別[4]，以ADC為例，在對發輸電環節的監控一般需要16位ADC芯片以保證較高的采集精度，在供配電領域考慮到綜合性價比只需要14位或12位ADC即可。這就為監控模塊的系列化設計提出了更高要求[5]，本文設計的監控模塊采用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計需求。