智能电网的数据采集系统.docx

智能电网的数据采集系统核心词: 数据采集 ,　智能电网现代观念的智能电网由高效、可靠、随时保持有效的配电网络构成为了达到这些目的，电网必须支持配电资源管理，例如太阳能和风能发电,据此,新型电气设备可以获得所需的新能源,例如,大量的电动汽车或现代化家电便利设施由于人们对电网的依赖性非常大，因此正常运营时间成为核心，电网必须7x２4小时不间断、高效运营任何机械系统常用的、甚至是最一般的系统故障和缺陷都是不可容忍的因此智能电网必须自动检测系统故障，然后迅速隔离,以便迅速修复实现这一愿景的核心是数据:高精度和动态可用性全球范畴的供电公司都采用智能电网设备，此类设备提供有关动态变化负荷的高精度、随时间变化的信息为精确收集此类电力数据,必须同步采集所有电力线的电压和电流数据,供电公司即可理解不同相之间的时序，保证电网的正常运营时间最核心的应用是测量三相功率,规定每条线路有多路时间对齐的模拟输入，用于测量电压和电流本文回忆三相系统的功率测量规定,然后简介称为Pｅｔalumａ的新型子系统参照设计,该设计监测智能电网,同步收集三相模拟数据Petａluma为更加智能的电网数据管理提供了保证三相电功率测量基本知识:三相电力系统承载频率相似的三相交流电(AC）,各相之间彼此相位差1２0°。

图1所示为三相电压波形，图2所示为配备为4线Y型或星型连接的三个单相3线Y型连接与没有零线的4线连接完全相似零线（图２中黑色线)连接至Y型配备系统的中心点,供不平衡负载使用如果负载正好平衡，意味着各相电流相似,相电流彼此抵消，零线中没有电流因此,3线连接常用于平衡负载显而易见，线越少,消耗的铜缆就越少，系统成本越低、也更经济 图1.三相电波形三相均为交流电(AC)，频率相似，各相之间彼此相位差为1２0° 图2线Y型配备负载不平衡时，使用零线(黑色)功率是负载上电压和电流的乘积功率计涉及电流表和电压表,一起测量电力线上的功率对于三相三线系统,测量总功耗至少需要两个功率计，如图３所示总功率为两个功率计的瓦特数之和 图3线Y型系统负载总功率为两个功率计的瓦特数之和在这里，我们有必要对图3中的电路进行简要分析以三相负载的中心点作为0V参照点则：目前,我们需要稍做修改然而,仅使用两个功率计，是不能计算每相功率的;如图4所示,测量每相的功率基本规定三个功率计，每相一种，此时将零线用作地参照点对于负载不平衡的4线三相系统,零线中有电流尽管可对所有三相电流进行求和,从而计算得到通过零线的电流，但额外增长一种电流表来测量零线的电流更简朴。

此外,在发生电流故障时，这种措施提供的数据更有效 图4.采用7路模拟输入的三相功率测量配备如图4所示，有3个电压表和4个电流表每个表需要一种电流变压器或电压变压器(衰减电压或电流)和一种ＡDC模拟输入,将模拟电压/电流信息转换为数字数据中央控制单元负责解决这些数据并进行相应的响应与直流电源不同,无论负载如何,每相交流电压和电流随时间发生变化因此,AＤＣ必须同步采样输入,以对的计算瞬态功率一种方案是采用7个独立的ADC，每个电压表或电流表一种；中央控制单元需要连接所有并行的ADＣ但这种措施存在问题这种措施中,规定控制器和AＤＣ之间有许多控制线,导致电路板布局较大、构造复杂，难以优化性能为提供大量ＩO，控制器封装的尺寸也许也较大有一种更好的解决方案:采用多通道AＤC,这正是Petaｌｕma子系统的解决方案保证高精度三相监测:高精度三相功率监测必须同步采样所有模拟输入,以高精度计算瞬态功耗Petaｌuｍa （ＭAＸＲEFDES３0#）子系统参照设计(图5)是高精度模拟输入前端(AFE)Ｐeｔａｌuma采用１6位精度和8通道操作,监测智能电网，同步收集三相模拟数据每通道２50ksps的高速采样率支持±1０Ｖ输入信号，保证高精度捕获故障事件,供电公司可在单个周期内立即采用措施。

Petaluｍａ子系统也优化用于规定多路高速、高精度、同步采样模拟输入的应用，例如多相电机控制和工业振动检测图5.Petａluｍａ (MAXRＥFDES3０＃）子系统参照设计电路板合用于配电自动化的低功耗、完备信号链,AFEPeｔaluｍa子系统方框图如图６所示，接下来我们做进一步分析讨论图6. Petaluma子系统设计方框图Peｔaｌumａ采用两片四路、超高精度超低噪声运算放大器(ＭAX44252),对±１0V输入信号进行衰减和缓冲,以匹配AＤC （MAX１1０46）输入范畴运算放大器采用反相配备，因此信号的ADＣ输入的信号极性是反相的ＡDＣ转换成果与电压的关系式为:1０-CODＥ/65536 ×　20ＭAX1１046为８通道、250ksps、16位、单电源供电、双极性、同步采样AＤＣ虽然ADC内部提供了4.096Ｖ电压基准，如果Petalumａ使用外部高精度电压基准MAＸ612６，可提供更高精度MＡX６1２６的初始精度为0.02％,最大温度系数(ｔeｍpｃo）为3ppm/oＣMＡＸ16５9和MAＸ8881稳压器分别提供后端稳压，产生5V和１0Ｖ电源ＭAX7６5　ＤＣ-DC反相器和LM3３７负压LDＯ产生-10V电源。

Petalumａ连接至FMC兼容现场可编程门阵列(FPGA)/微控制器开发板子系统规定FＭＣ连接器提供3.３V和12V针对ZedBoaｒｄ平台的固件针对ZedBoａrd平台发布的Peｔaluｍａ固件支持Xilｉnx Zynq片上系统(ＳoC）内部的AＲM Coｒteｘ－A9解决器固件运用Xiｌinx SDK工具用Ｃ语言编写，基于Ecｌｉpｓe开源原则固件连接硬件、收集采样并将其保存至存储器固件接受命令，配备AＤＣ,以支持250kspｓ最大采样率,通过虚拟COM端口将采样数据下载至原则终端程序相应的固件平台文献涉及代码文档图7和图８所示为AＤC采样的ＦFT图，以25０kspｓ高采样率获得数据这些动态测试成果表白,Ｐeｔaluｍa子系统在信噪比和总谐波失真(THD）方面具有非常好的性能往往运用直流信号的直方图拟定AＤC系统的噪声由于系统中存在噪声，ＡDC产生的成果将在主值附近转换成果的分散性表达ADC的噪声信息图９的直方图表白,计算得到的原则方差为0.711,非常好此外,９7.7%的转换成果在前三个中心主值之内注意,如要复现测试数据,规定精度高于被测件的信号源为复现成果,必须采用低失真信号源。

采用Aｕdio Precisｉon　ＳYS－2７２2产生输入信号运用Miｔov Software的ＳigｎａlLab中的FFT控件产生FFT 图7.通道７　（AIN7)的交流FFT,采用板载电源;-10V至+10V、10ｋHz正弦波输入信号;250ksｐｓ采样率;Blaｃkman-Harｒis窗；室温 图8.通道7　(AIN7)的交流FFT，采用板载电源；-2.5V至+２.5V、10ｋＨｚ正弦波输入信号;2５０ksps采样率;Bｌａcｋｍaｎ-Harris窗;室温 图9.通道7 （ＡIＮ7)的直流直方图,采用板载电源；0V直流输入信号;250ksps采样率;65５３6个采样；编码分散性为21 ＬSB，97.7%的编码在三个中心LSB之内;原则偏差为０．７１１；室温总结：当今的现代化智能电网是一套智能系统，可监测配电网络,保证高效率供电,支持电网的新能源替代这是全球成功智能电网的美好愿景和使命该使命的核心是数据收集智能电网必须以高精度监测三相配电网络的功率,实时并且所有相似时进行Ｐetaｌumａ子系统支持更智能的电网管理,采用八路、16位、高速、同步采样模拟输入通道,以监测和测量三相系统电能。

该子系统保证高精度捕获故障事件,供电公司由此可在单周期内立即采用措施。