基于AD7606同步采样ADC的智能电网方案设计

1引言

低碳时代的到来，智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，也是一项庞大的系统工程。我国的智能电网[1]是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网以“安全、经济、高效、清洁、低碳”为核心，充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束，保证电能质量。

日益增强的信号处理技术使得下一代系统的准确度可优于0.1%，准确度的提升主要得益于采用高性能同步采样的模拟数字转换器ADC，它提供了满足未来智能化变电站系统所需要的分辨率和性能[2]。美国亚德诺半导体技术公司(ADI)最新推出的新一代8通道同步采样ADC家族系列可实现性能优异的信噪比 (SNR)，可选的过采样模式更可以进一步提高SNR 性能。AD7606多通道的集成可方便实现智能化变电站设备中的多路I&V(电流和电压)的测量和监控，这使得电力线路监控系统能够实时监测和管理电网上发生的各种异常事件，实现智能化变电站功能综合化，系统保护、控制、测量设备数字化，运行管理智能化，适应电力市场的发展，确保我国智能电网的坚强性。

2 系统体系结构

一个典型的电力二次设备系统示意如下图1所示。一次侧的电压电流信号接入二次互感器PT/CT，经过信号调理后输入ADC，采样转换后的数据由CPU/DSP进行处理，控制信号经隔离后输出，状态信号经隔离后输入。

                                                                            图1：典型的电力二次设备系统示意图。

传统电网向智能电网转变，要求电力二次设备具有更强的接口能力、控制能力、保护能力、测量能力、通信能力和数据处理能力，因此CPU/DSP和ADC一般是系统设计中需要考虑的两个关键器件。

ADI 公司的Blackfin系列处理器以强大的处理能力、高性能以及低成本特点符合电力二次设备市场的发展方向，使设备制造商能够轻松实现各种通用或定制化的功能，可以在不改变(或很少改变)硬件的情况下迅速适应不断发展的标准和新增功能需求，并大大降低产品研发风险和制造成本。同时在外设上，Blackfin系列提供了丰富的选择，从而给客户提供了极大的设计便利性和丰富的可用片上设计资源。参考ADI应用工程师程涛的文章《ADI DSP处理器在电力二次设备领域的应用》[3]，可以获取更多的信息。

以下将重点介绍ADC相关的部分。ADC是数据采集系统中的一个重要环节。在传统的设计中，系统选用的ADC分辨率一般为14位，比如业界流行的4通道AD7865，输入端可以接受真双极性输入信号，并且提供80dB的SNR。随着业界对16 位分辨率和多通道ADC的需求越来越强烈，ADI公司开发了6通道16bit的AD7656以满足设计的需求。AD7656具有86.5dB的SNR，可以提供满足测量交流小信号所需的性能指标。但是在新的设计需求中，系统中包含的电流/电压互感器CT/PT的数量会有多个，对ADC总通道数的需求往往超过12个。作为电力二次设备制造商的关键供应商，ADI公司深刻理解中国客户的需求，在AD7656成功应用的经验基础之上，再次推出16位8通道同步采样的AD7606系列，以便能够更好的满足用户在应对这些困难时面临的技术挑战。