基于ADS855x的智能電網(wǎng)全景監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

　　對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行全景監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度和輔助決策的基礎(chǔ)，以高速浮點(diǎn)DSP和ADS855x為核心器件設(shè)計(jì)了一種新型的智能電網(wǎng)監(jiān)控模塊。介紹了該監(jiān)控模塊的整體結(jié)構(gòu)和功能劃分，利用ADS855x系列AD芯片實(shí)現(xiàn)了16位、14位和12位ADC的軟硬件全面兼容，兼顧了電網(wǎng)不同環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)采集精度的不同需求。詳細(xì)闡述了交流模擬量采集電路的設(shè)計(jì)，包括互感器選擇，ADS855x芯片管腳設(shè)置等。最后對(duì)監(jiān)控功能軟件的整體結(jié)構(gòu)和模擬量有效值計(jì)算算法進(jìn)行了介紹。

　　引言

　　目前，我國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入智能電網(wǎng)的全面建設(shè)階段，要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化調(diào)度、輔助決策以及分布式能源的智能化管理，首要技術(shù)問(wèn)題是對(duì)整個(gè)電網(wǎng)實(shí)施全景式監(jiān)控，以準(zhǔn)確地獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)自愈、優(yōu)化、互動(dòng)、集成等關(guān)鍵特征和建設(shè)目標(biāo)[1]。

　　電力系統(tǒng)中的能量傳輸過(guò)程可分為發(fā)電、輸電、變電、配電和供用電等5個(gè)基本環(huán)節(jié)，典型的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的全景式監(jiān)控是指利用智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device，IED)，在電力生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的全方位測(cè)量與控制[2]。智能電網(wǎng)的全景監(jiān)控模塊集成了先進(jìn)的電子通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，以高速浮點(diǎn)DSP和高精度ADC為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)程中的各種電氣量和狀態(tài)量的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

　　體系結(jié)構(gòu)概述

　　智能電網(wǎng)全景監(jiān)控模塊的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，按功能可劃分為4個(gè)主要部分：主處理器及存儲(chǔ)擴(kuò)展電路;數(shù)據(jù)采集及控制輸出;對(duì)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(diǎn)DSP芯片TMS320C6713[3]，以滿足高速數(shù)據(jù)處理需求，保證電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的監(jiān)控實(shí)時(shí)性;數(shù)據(jù)采集電路可以直接采集傳統(tǒng)電磁式互感器的電壓、電流信號(hào)，也可通過(guò)數(shù)字模擬量接收子模塊接收由電子式互感器發(fā)送的數(shù)字化采樣值，控制輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的操作;對(duì)外交互接口包括對(duì)外通信接口和液晶顯示/鍵盤(pán)操作。

　　相比傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，智能電網(wǎng)中的監(jiān)控模塊需要更強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集和處理能力，然而對(duì)于細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用往往有著需求上的細(xì)微差別[4]，以ADC為例，在對(duì)發(fā)輸電環(huán)節(jié)的監(jiān)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(lǐng)域考慮到綜合性價(jià)比只需要14位或12位ADC即可。這就為監(jiān)控模塊的系列化設(shè)計(jì)提出了更高要求[5]，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)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(tái)化硬件設(shè)計(jì)需求。