基于AD7606同步采樣ADC的智能電網方案設計

摘 要：AD7606是ADI公司推出的新一代16位、8通道、同步采樣、雙極性輸入的模擬數字轉換器ADC。本文以國家智能電網的發(fā)展為契機，基于智能化變電站的解決方案，重點介紹AD7606系列ADC的設計要點和注意事項，為電力系統(tǒng)二次設備的開發(fā)提供有力的幫助。

1引言

低碳時代的到來，智能電網是當今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，也是一項龐大的系統(tǒng)工程。我國的智能電網[1]是以特高壓電網為骨干網架、各電壓等級電網協(xié)調發(fā)展的堅強電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。智能電網以“安全、經濟、高效、清潔、低碳”為核心，充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置，確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性，滿足環(huán)保約束，保證電能質量。

日益增強的信號處理技術使得下一代系統(tǒng)的準確度可優(yōu)于0.1%，準確度的提升主要得益于采用高性能同步采樣的模擬數字轉換器ADC，它提供了滿足未來智能化變電站系統(tǒng)所需要的分辨率和性能[2]。美國亞德諾半導體技術公司(ADI)最新推出的新一代8通道同步采樣ADC家族系列可實現性能優(yōu)異的信噪比 (SNR)，可選的過采樣模式更可以進一步提高SNR 性能。AD7606多通道的集成可方便實現智能化變電站設備中的多路I&V(電流和電壓)的測量和監(jiān)控，這使得電力線路監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測和管理電網上發(fā)生的各種異常事件，實現智能化變電站功能綜合化，系統(tǒng)保護、控制、測量設備數字化，運行管理智能化，適應電力市場的發(fā)展，確保我國智能電網的堅強性。

2 系統(tǒng)體系結構

一個典型的電力二次設備系統(tǒng)示意如下圖1所示。一次側的電壓電流信號接入二次互感器PT/CT，經過信號調理后輸入ADC，采樣轉換后的數據由CPU/DSP進行處理，控制信號經隔離后輸出，狀態(tài)信號經隔離后輸入。


圖1：典型的電力二次設備系統(tǒng)示意圖。

傳統(tǒng)電網向智能電網轉變，要求電力二次設備具有更強的接口能力、控制能力、保護能力、測量能力、通信能力和數據處理能力，因此CPU/DSP和ADC一般是系統(tǒng)設計中需要考慮的兩個關鍵器件。

ADI 公司的Blackfin系列處理器以強大的處理能力、高性能以及低成本特點符合電力二次設備市場的發(fā)展方向，使設備制造商能夠輕松實現各種通用或定制化的功能，可以在不改變(或很少改變)硬件的情況下迅速適應不斷發(fā)展的標準和新增功能需求，并大大降低產品研發(fā)風險和制造成本。同時在外設上，Blackfin系列提供了豐富的選擇，從而給客戶提供了極大的設計便利性和豐富的可用片上設計資源。參考ADI應用工程師程濤的文章《ADI DSP處理器在電力二次設備領域的應用》[3]，可以獲取更多的信息。

以下將重點介紹ADC相關的部分。ADC是數據采集系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的設計中，系統(tǒng)選用的ADC分辨率一般為14位，比如業(yè)界流行的4通道AD7865，輸入端可以接受真雙極性輸入信號，并且提供80dB的SNR。隨著業(yè)界對16 位分辨率和多通道ADC的需求越來越強烈，ADI公司開發(fā)了6通道16bit的AD7656以滿足設計的需求。AD7656具有86.5dB的SNR，可以提供滿足測量交流小信號所需的性能指標。但是在新的設計需求中，系統(tǒng)中包含的電流/電壓互感器CT/PT的數量會有多個，對ADC總通道數的需求往往超過12個。作為電力二次設備制造商的關鍵供應商，ADI公司深刻理解中國客戶的需求，在AD7656成功應用的經驗基礎之上，再次推出16位8通道同步采樣的AD7606系列，以便能夠更好的滿足用戶在應對這些困難時面臨的技術挑戰(zhàn)。