從傳統變電站轉向智能變電站

解決合并單元設計挑戰

德州儀器（TI）的集成電路和參考設計可幫助設計人員應對這些挑戰。圖4所示為合并單元中的功能塊。

合并單元包括下述的多個(gè)子系統，這些子系統互連，以執行信號縮放/捕獲、處理和通信功能。德州儀器推薦器件的獨特特性和功能（加括號）簡(jiǎn)化了關(guān)鍵組件的選擇，并最大限度地減少了設計工作量。

?處理器模塊（使用AM3359或AM4372或AM5706或AM6548）使用可編程實(shí)時(shí)單元工業(yè)通信子系統（PRU-ICSS）連接到ADC，并包括用于處理電氣參數和算法的數字信號處理器（DSP）內核和Arm?Cortex?-A15微處理器子系統，用于外部通信、用戶(hù)界面和變電站通信協(xié)議的執行。

?使用光纖電纜或銅線(xiàn)的以太網(wǎng)接口（DP83822、DP83840）連接到使用媒介獨立接口（MII）或簡(jiǎn)化MII和基于硬件輔助IEEE 1588 PTP的時(shí)間的主機，以100 Mbps的速度進(jìn)行通信同步。

?AC/DC（使用UCC28600、UCC28740、UCC24630）寬輸入、高效率、基于同步整流器的電源。

?DC/DC電源樹(shù)（使用LMZM33604、TPS82085），其包括具有小尺寸的高效電源模塊、集成電感和> 2-A負載電流，具有快速瞬態(tài)響應和由于集成一個(gè)封裝中的控制器、高側和低側FET及電感器導致的降低的電磁干擾（EMI）。

圖4.合并單元框圖。

圖5.與非傳統儀表變壓器連接的合并單元。

?內存終止（使用TPS51200、TPS51116），其使用符合JEDEC標準的源或匯型雙倍數據速率（DDR）終端LDO或帶有同步降壓控制器、LDO和緩沖基準的一體式DDR電源管理器件。

?交流模擬輸入模塊（使用OPA4188、THS4541、ADS8588S、ADS8688、AMC1306x），包括交流電壓和電流輸入，用于保護、監控和測量。增益放大器將傳感器的輸出縮放為ADC輸入范圍。16位、18位或24位精度逐次逼近寄存器或delta-sigma ADC采用每周期80或256（或更高）采樣速率采集樣本，使用每秒脈沖或范圍間儀表組同步到全局時(shí)間參考。

?直流模擬輸入或RTD模塊（ADS1248、ADS124S08），用于雙向或單向直流電壓或電流控制操作，用于器件之間的遠程通信。24位精度delta-sigma ADC可改善測量范圍和精度。

?用于監控電池的二進(jìn)制輸入模塊（ADS7957、ISO7741、ISOW7841），提供器件之間的互鎖并指示配置更改和狀態(tài)。與基于光耦合器和齊納二極管的設計相比，ADC和基于數字隔離器的架構可提高測量精度，并降低因使用較少器件而導致的電路復雜性。

?繼電器或高速型數字輸出模塊（使用TPS7407、DRV8803）用于報警和外部斷路器操作。

?防瞬態(tài)的模擬輸入的板載保護（使用TVS3300或TVS3301）和板級診斷（使用HDC2010，TMP423和TMP235）用于測量環(huán)境溫度/濕度，以進(jìn)行測量漂移補償。

合并單元與不同類(lèi)型的變壓器連接進(jìn)行測量，包括傳統的儀表變壓器、NCIT（如光學(xué)電流互感器）或電流用Rogowski和電壓用電阻電容式電壓互感器（RCVT））。連接到合并單元的NCIT，如圖5所示，為單個(gè)器件提供計量、保護和控制精度的選項。NCIT技術(shù)可減少變壓器尺寸和重量，從而節省空間和成本。

NCIT提供：

?提高了測量精度，具有來(lái)自傳感器非飽和效應的寬動(dòng)態(tài)范圍。

?測量瞬態(tài)和諧波時(shí)的精度更高。

?由于降低了內部電弧和二次開(kāi)路故障的風(fēng)險，提高了安全性。

結論

合并單元是公用設施從傳統變電站轉移到數字變電站的關(guān)鍵器件。它通過(guò)減少銅線(xiàn)數量簡(jiǎn)化了安裝的復雜性，并提高了測量精度，因為它安裝在靠近主器件的位置。合并單元還可與NCIT連接。NCIT更安全、更小、更準確、測量范圍更廣、成本更低。光纖通信接口提高了對抗開(kāi)關(guān)站中存在的干擾的能力，最大限度地減少了通信故障。

其他合并單元的優(yōu)點(diǎn)包括延長(cháng)主要器件壽命、提高主要器件的可靠性和可用性。德州儀器的模擬、電源、接口、時(shí)鐘和嵌入式處理器產(chǎn)品、功能和參考設計可幫助合并單元設計人員減少工作量并優(yōu)化成本。

相關(guān)資料

?靈活接口（PRU-ICSS）參考設計，用于使用多個(gè)ADC的同時(shí)，相干DAQ。

?ADS8588S是一款16位高速8通道同步采樣ADC，在單電源上提供雙極性輸入。

?Sitara?AM57x Arm Cortex-A15 plus DSP處理器，具有加速多媒體和工業(yè)通信功能。

?采用16位SAR ADC的高精度模擬前端，具有±10 V測量范圍參考設計。