應(yīng)對當(dāng)前智能電網(wǎng)中瘋狂無序增長的模擬輸入和輸出信號

今天智能電網(wǎng)的一大特點就是極大地增加了電網(wǎng)中不同智能電子器件 (IED) 之間的互聯(lián)互通。這些IED包括保護(hù)性繼電器、斷路器和遠(yuǎn)程終端單元 (RTU)，不一而足。

從發(fā)電到電力傳輸和配電路徑，保護(hù)性繼電器在整個電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中都有應(yīng)用。它一般是作為本地智能器件向電路斷路器發(fā)送開閉信號。保護(hù)性繼電器的基本用途是在故障發(fā)生時保護(hù)電網(wǎng)(及其下游設(shè)備)。保護(hù)性繼電器通過監(jiān)視電網(wǎng)上特定線路的電流和電壓來保護(hù)電網(wǎng)。斷路器位于線路上。輸入保護(hù)性繼電器的一般是來自線路上傳感器的電流和電壓，以及其他來自電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)輔助設(shè)備或傳感器的任一通信信號，例如溫度和壓力傳感器發(fā)來的變壓器狀態(tài)信息。它的輸出則包括進(jìn)入斷路器的信號(使其打開或關(guān)閉)和發(fā)給電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的通信信號。保護(hù)性繼電器檢測到一個故障時，會命令斷路器打開線路，從而保護(hù)線路上所有在它之后的下游器件。在整個智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中還使用了遠(yuǎn)程終端單元，其用途是記錄與發(fā)電機(jī)、電機(jī)或變壓器等設(shè)備的健康狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)信息。

從自動閉環(huán)控制到用于統(tǒng)計的數(shù)據(jù)記錄等操作，任何控制形式的實現(xiàn)都需要電壓、電流或其他一系列參數(shù)的準(zhǔn)確測量值，諸如溫度、壓力以及電源系統(tǒng)設(shè)備震動等。測量這些參數(shù)的方法有很多，包括直接讀數(shù)儀表和電子測量變送器。

變送器產(chǎn)生一個準(zhǔn)確的直流模擬輸出(電壓或電流)，這一輸出與被測量參數(shù)相對應(yīng)。變送器的輸出用途十分廣泛，從為操作員簡單顯示測量值，到幫助網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)決定控制策略。多功能保護(hù)性繼電器和RTU也產(chǎn)生模擬輸出，可以將諸如電能的任一參數(shù)傳送給普通RTU或保護(hù)性繼電器。這些模擬輸出還為模擬儀表系統(tǒng)提供所需的輸入來源?；陔娏鞯妮斎?輸出的示例可在4至20mA范圍內(nèi)，或者是0至20mA區(qū)間內(nèi)，甚至是+/-20mA的范圍內(nèi)?；陔妷旱妮斎?輸出可以在0至10V或者是+/-10V范圍內(nèi)。

TI的模擬IO參考設(shè)計 (TIDA-00310) 顯示了多種電壓和電流輸入的管理方式。處理模擬輸入的一個重要方面就是準(zhǔn)確讀取快速變化的信號的能力。為了達(dá)到這一目的，此參考設(shè)計使用運行速度能夠達(dá)到500kSPS的16位逐次逼近 (SAR) ADC，ADS8684。

這款參考設(shè)計的另外一個有價值的方面在于其靈活性。模擬輸出既可被配置為電流輸出也可為電壓輸出。這樣就可按照需要選擇功能。此外，這款模塊與處理器的接口可由SPI端口實現(xiàn)。

最后，這一解決方案還包括一個中繼驅(qū)動器，用于需要高電流驅(qū)動的解決方案。

這個解決方案顯示出在智能電網(wǎng)的常見IED類型應(yīng)用中，如何有效地管理不同類型的模擬輸入和輸出。此方案不但可以處理基于電流和電壓的信號，還可以通過可配置性實現(xiàn)靈活性。此外，這個解決方案顯示出信號檢測能夠達(dá)到的最高的準(zhǔn)確度。