先进的电力线监测需要高性能同时采样ADC

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先进的电力线监测需要高性能同时采样ADC 该应用笔记阐述了MAX11046等同时采样ADC在电力线监测中的应用,文章介绍了交流电测量的基本原理,给出了电网监

先进的电力线监测需要高性能同时采样ADC

该应用笔记阐述了MAX11046等同时采样ADC在电力线监测中的应用,文章介绍了交流电测量的基本原理,给出了电网监测的典型应用以及国际标准对监测系统的要求。文章归纳了MAX11046电力线监测的独特优势并提供了一个应用案例。

引言

供电质量管理系统需要实时监测、记录多相电网的三相电压和电流,这些监控和数据采集(SCADA)系统还可以监控零相的电压和电流,以检测负载的不平衡性或频率谐波。此外,功率测量系统对三相电中的每一相电压、电流的均方根值(RMS)进行测量,由此决定功率损耗。

先进的电力线监测系统包括供电质量管理、监控与保护以及表计功能。这些系统能够帮助电力部门和用户进行前兆维护、管理能耗和成本、控制供电质量并为设备提供有效保护,所有这些尝试的目的都是为了提高能效。

测量系统架构

图1给出了交流电测量的基本原理,采样并计算瞬时功率和平均功率。图2所示为典型的电网监测应用,3相电压之间的相位差为120°,为1/3周期。第四条线称为零相,用于调整负载的不均衡。如果3相负载完全相同,系统达到平衡,此时将没有电流流过零相线。

这种3相电力系统是全球的通用标准,称为“Y”型连接,如同其矢量图。每相功率测量通过电流变压器(CT)和电压变压器(PT)表示,一个完整系统包含四对信号(3相电的每相和零相各对应一对信号)。


图1. 交流电测量中的数据采样


图2. 典型的电网监测应用,采用全球标准的Y型连接。

如图2所示,MAX11044/MAX11045/MAX11046同时测量三相及零相电压和电流。数字处理器对采样数据进行处理,计算数字转换数据、有功电能、无功电能、视在电能以及功率因数。对采样数据进行快速傅立叶变换(FFT)可以进一步计算得到频率和谐波失真。

传输能量的测量必须符合国际标准或当地标准的要求,例如,欧盟(EU)标准EN 50160即为一种通用的国际标准。表1总结了EN 50160的要求:

表1. EN 50160供电规格

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Supply Voltage PhenomenonAcceptable LimitsMeasurement IntervalMonitoring Period (week)Acceptance Percentage (%)
Grid Frequency49.5Hz to 50.5Hz, 47Hz to 52Hz10s195, 100
Slow Voltage Changes230V ±10%10min195
Voltage Sags or Dips (≤ 1min)
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