多路同步采樣ADC實現高性能多通道電網監測

摘要： 本文介紹了同步采樣ADC在電網監測中的應用，并對構建電力線測量系統時所要考慮的問題進行了討論。

關鍵詞： ADC；電力線監測；放大器；數字隔離器

前言

電力工業的迅速擴展，在全球范圍內引發了加強現有傳輸和配電網絡以及建設新變電站的需求。微處理器技術方面的進展以及支持人員的人力成本的上升，已經成為電力公司設計新的、采用高精度集成化自動控制系統的自動化高壓變電站的關鍵性推動因素。

變電站可以根據電壓高低分為兩類：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)變電站則是在市區的室內系統，以滿足高負載密度的供電需要。

信號處理技術的進步使得人們能夠在下一代系統中實現優于0.1%的測量精度，與目前系統的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(模數轉換器)來實現的；它們可以提供未來系統所需要的分辨率和性能。

系統架構

圖1示出了典型的3相測量系統中的波形。每一相電源都有一個電流互感器(CT)和功率變壓器(PT)。整個系統包括3對這樣的器件。系統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行大量采樣，對采樣數據進行離散傅立葉變換(DFT)，然后執行所需的乘法和加法。

圖1 典型的3相系統的波形

ADC對于3個CT和3個PT輸出進行32次同時采樣，并將獲得的32組結果存入RAM中。系統可以對全部6路輸出進行DFT，并按照實數和虛數分量來顯示結果(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