三相高速數據收集方案支持智能化更高的電網(wǎng)管理

　　1 三相電功率測量基礎知識

　　三相電力系統承載頻率相同的三相交流電(AC)，各相之間彼此相位差120°。圖1所示為三相電壓波形，圖2所示為配置為4線(xiàn)Y型或星型連接的三個(gè)單相。3線(xiàn)Y型連接與沒(méi)有零線(xiàn)的4線(xiàn)連接完全相同。零線(xiàn)(圖2中黑色線(xiàn))連接至Y型配置系統的中心點(diǎn)，供不平衡負載使用。如果負載恰好平衡，意味著(zhù)各相電流相同，相電流彼此抵消，零線(xiàn)中沒(méi)有電流。所以，3線(xiàn)連接常用于平衡負載。顯而易見(jiàn)，線(xiàn)越少、消耗的銅纜就越少，系統成本越低、也更經(jīng)濟。

　　功率是負載上電壓和電流的乘積。功率計包括電流表和電壓表，一起測量電力線(xiàn)上的功率。對于三相三線(xiàn)系統，測量總功耗至少需要兩個(gè)功率計，如圖3所示?？偣β蕿閮蓚€(gè)功率計的瓦特數之和。

　　在這里，我們有必要對圖3中的電路進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。以三相負載的中心點(diǎn)作為0V參考點(diǎn)。則：

　　

　　現在，我們需要稍做修改。然而，僅使用兩個(gè)功率計，是不能計算每相功率的;如圖4所示，測量每相的功率基本要求三個(gè)功率計，每相一個(gè)，此時(shí)將零線(xiàn)用作地參考點(diǎn)。對于負載不平衡的4線(xiàn)三相系統，零線(xiàn)中有電流。盡管可對全部三相電流進(jìn)行求和，從而計算得到通過(guò)零線(xiàn)的電流，但額外增加一個(gè)電流表來(lái)測量零線(xiàn)的電流更簡(jiǎn)單。此外，在發(fā)生電流故障時(shí)，這種方法提供的數據更有效。

　　如圖4所示，有3個(gè)電壓表和4個(gè)電流表。每個(gè)表需要一個(gè)電流變壓器或電壓變壓器(衰減電壓或電流)和一個(gè)ADC模擬輸入，將模擬電壓/電流信息轉換為數字數據。中央控制單元負責處理這些數據并進(jìn)行相應的響應。與直流電源不同，無(wú)論負載如何，每相交流電壓和電流隨時(shí)間發(fā)生變化。因此，ADC必須同時(shí)采樣輸入，以正確計算瞬態(tài)功率。一種方案是采用7個(gè)獨立的ADC，每個(gè)電壓表或電流表一個(gè);中央控制單元需要連接全部并行的ADC。但這種方法存在問(wèn)題。這種方法中，要求控制器和ADC之間有許多控制線(xiàn)，造成電路板布局較大、結構復雜，難以?xún)?yōu)化性能。為提供大量I/O，控制器封裝的尺寸可能也較大。有一種更好的解決方案：采用多通道ADC，這正是Petaluma子系統的解決方案。