一般來(lái)說(shuō)，配電自動(dòng)化包括傳感器、開(kāi)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(dòng)修復(fù)故障以及微調(diào)電網(wǎng)電壓。”這意味著，電網(wǎng)配電的各個(gè)方面均采用智能、自動(dòng)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(wú)需對(duì)核心基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大幅度改動(dòng)。該術(shù)語(yǔ)適用于智能電表上游，供電公司需要在此主動(dòng)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)活動(dòng)，在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效配電。

配電自動(dòng)化包括檢測(cè)、診斷、定位和隔離故障，以及快速恢復(fù)供電(見(jiàn)圖1)。為了實(shí)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(dòng)態(tài)性能以精確測(cè)量功率流和故障。通過(guò)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(dòng)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(shí)間從45分鐘縮短為3分鐘?？焖夙憫?yīng)時(shí)間允許電力公司降低斷電的頻度和持續(xù)時(shí)間，從而降低斷電成本。在美國(guó)，每年因?yàn)閿嚯娫斐傻慕?jīng)濟(jì)損失估計(jì)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(duì)電力公司在配電自動(dòng)化領(lǐng)域投入重金的行為就不會(huì)感到奇怪了。配電自動(dòng)化市場(chǎng)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(guó)、美國(guó)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(cè)何時(shí)以及哪里將會(huì)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(shí)時(shí)測(cè)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(cè)要求新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)

配電自動(dòng)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(lái)使得供電公司能夠優(yōu)化功率因數(shù)，實(shí)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(guò)增加傳感器來(lái)進(jìn)一步提高電網(wǎng)可靠性(圖2)，希望也確實(shí)需要更高精度的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)制定決策，以及盡可能接近實(shí)時(shí)地進(jìn)行響應(yīng)。

圖2.供電公司正通過(guò)在電力線上安裝更多的電流故障傳感器來(lái)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(cè)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(shí)安裝了這樣的網(wǎng)絡(luò)，這些附加傳感器即可通過(guò)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(dòng)表計(jì)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(xiàng)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(cè)方案，必須保證極低功耗，同時(shí)保持高速和高分辨率性能(圖3)。

圖3.來(lái)自于MAXREFDES38#子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)上16位MAX11901 ADC的FFT數(shù)據(jù)6。輸入為±3V 50Hz正弦波差分信號(hào)，采樣率為10ksps，采用Blackman-Harris窗，室溫條件。信號(hào)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(dòng)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(dòng)配電自動(dòng)化的繁榮發(fā)展。