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配電自動化需要高精度模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

發(fā)布時間:2015-8-5 17:04    發(fā)布者:看門狗
作者: David Andeen

一般來說,配電自動化包括傳感器、開關(guān)以及遍布智能電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò),這些要素協(xié)同工作,“定位并自動修復(fù)故障以及微調(diào)電網(wǎng)電壓!边@意味著,電網(wǎng)配電的各個方面均采用智能、自動化控制,其目標(biāo)是提高電網(wǎng)可靠性、性能,并支持可再生能源并網(wǎng),而無需對核心基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大幅度改動。該術(shù)語適用于智能電表上游,供電公司需要在此主動監(jiān)測電網(wǎng)活動,在全網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)有效配電。

配電自動化包括檢測、診斷、定位和隔離故障,以及快速恢復(fù)供電(見圖1)。為了實現(xiàn)以上目的,供電公司就需要模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器具備優(yōu)異的靜態(tài)和動態(tài)性能以精確測量功率流和故障。通過部署具有高速、高精度、高分辨數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的智能配電自動化系統(tǒng),供電公司就能夠描述出故障的性質(zhì);可將平均斷電減少33%,將恢復(fù)供電時間從45分鐘縮短為3分鐘?焖夙憫(yīng)時間允許電力公司降低斷電的頻度和持續(xù)時間,從而降低斷電成本。在美國,每年因為斷電造成的經(jīng)濟損失估計有620億歐元(約合790億美元),在歐洲則為1500億歐元(約合1900億美元)。了解這些數(shù)據(jù)后,民眾對電力公司在配電自動化領(lǐng)域投入重金的行為就不會感到奇怪了。配電自動化市場規(guī)模從2012年的44億美元上升到2013年的54億美元,其主要原因是“中國、美國及歐洲在再生資源整合和電網(wǎng)可靠性領(lǐng)域的復(fù)興!


圖1.供電公司并不是總能夠預(yù)測何時以及哪里將會發(fā)生故障。為了快速響應(yīng)故障事件,必須具備能夠高精度、實時測量功率流的基礎(chǔ)設(shè)施。照片為遭受雷擊的配電站。

故障檢測要求新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)

配電自動化中使用的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器具有高分辨率、高速度以及相干采樣,這些特性相組合起來使得供電公司能夠優(yōu)化功率因數(shù),實現(xiàn)超高效率配電以及描述故障特性。但供電公司現(xiàn)在希望通過增加傳感器來進(jìn)一步提高電網(wǎng)可靠性(圖2),希望也確實需要更高精度的動態(tài)數(shù)據(jù)來制定決策,以及盡可能接近實時地進(jìn)行響應(yīng)。


圖2.供電公司正通過在電力線上安裝更多的電流故障傳感器來提高系統(tǒng)可靠性。

在較舊的供電基礎(chǔ)設(shè)施上增加電流故障傳感器,可以使基礎(chǔ)設(shè)施變得更加智能。提高供電公司檢測故障的準(zhǔn)確程度,即可快速定位和修復(fù)故障。此外,如果供電公司安裝了智能電表通信網(wǎng)絡(luò),供電公司也確實安裝了這樣的網(wǎng)絡(luò),這些附加傳感器即可通過此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。所以,這些傳感器本質(zhì)上依賴于自動表計基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)。智能傳感器和智能電表相組合,再次降低斷電成本。

盡管這一切都非常合乎邏輯,供電公司仍然面臨另一項巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)今的大多數(shù)電流傳感器并不具備支持普遍采用110VAC/220VAC的變電站的能力。因此,這些傳感器往往需要依靠電池或光纖線路。傳感器也必須是低功耗的。

為滿足以上條件,半導(dǎo)體公司已經(jīng)推出新型低功耗、高速度、單通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),以解決智能電網(wǎng)甚至更敏感網(wǎng)絡(luò)的這一需求。這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器特別定位于電流故障檢測方案,必須保證極低功耗,同時保持高速和高分辨率性能(圖3)。


圖3.來自于MAXREFDES38#子系統(tǒng)參考設(shè)計上16位MAX11901 ADC的FFT數(shù)據(jù)6。輸入為±3V 50Hz正弦波差分信號,采樣率為10ksps,采用Blackman-Harris窗,室溫條件。信號鏈在工作期間的功耗小于85mW。

具備這些能力的現(xiàn)代化ADC只需很小的功耗即可為供電公司提供豐富的信息,非常適合用于智能電網(wǎng)的配電自動化。有了這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,智能電網(wǎng)變得更加智能,推動配電自動化的繁榮發(fā)展。
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