[發明專利]采樣模塊及采樣電力傳輸系統的一個或多個模擬特性的方法

有效

• 申請號: 200680039077.3
• 申請日: 2006-10-19
• 公開（公告）號: CN101292164A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 西蒙·基德
• 申請（專利權）人: 阿海琺輸配電英國有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R15/14;H03M3/02
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;尚志峰

本發明特別地、但不專門地涉及，一種采樣模塊以及一種采樣 電力傳輸系統的一個或多個模擬特性的方法。

智能電子裝置(IED)使用電力傳輸系統的模擬電壓和電流特 性的樣本來幫助保護并控制該系統。

用于采樣這種模擬特性的傳統配置是如圖1中示意性地示出的 一種所謂的“多路復用(multiplex)系統”。

典型的多路復用系統10包括多個輸入端12，每個輸入端用于 采樣各個模擬特性。

每個輸入端12包括隔離變壓器14以及與其串聯地電連接的抗 混疊濾波器16。

每個抗混疊濾波器16的輸出端連接至模擬多路復用器18，該 模擬多路復用器又與保持濾波器20串聯連接。

保持濾波器20與模數轉換器(ADC)22串聯地連接。

使用中，每個隔離變壓器14將所采樣的模擬特性的幅度逐漸 降低(即，減小)至適于由ADC進行模數轉換的電平。此外，每 個隔離變壓器14隔離多路復用系統10的剩余部分。

需要隔離是因為每個輸入端12經由降壓變壓器(未示出)被 連接至工作于較高電壓的電力傳輸系統。

隔離變壓器提供了保護來防備在配線中所感應的電壓以及可 能存在于降壓變壓器的位置和IED的位置之間的地電位差。所提供 的隔離還保護操作員和系統的多種其他部件免于輸入端12處的高 壓。

模擬特性被從每個隔離變壓器14供給，經過相應的抗混疊濾 波器16，以去除噪聲和高頻諧波。

然后，模擬多路復用器18將每個濾波后的模擬特性順序地供 應給保持濾波器20，該保持濾波器穩定各個模擬特性。這使得ADC 22在向處理模塊24輸出數字數據流之前數字化每個特性。

上述多路復用系統10有很多缺點。

每個隔離變壓器14為精確地再現該模擬特性需要物理上很大。 因而，系統10是大的且重的。

另外，每個隔離變壓器14具有有限的線性工作范圍。這導致 了非線性誤差，在需要最大的精度時，該誤差通常會最為嚴重。

此外，每個隔離變壓器14易于泄露磁通量。從而，隔離變壓 器14的緊密堆積(close?packing)導致相鄰變壓器14之間的串擾。

因此，本發明的總目標是提供一種比傳統多路復用采樣系統更 為緊湊和更為精確的采樣模塊。

根據本發明的第一方面，提供了用于采樣電力傳輸系統的一個 或多個模擬特性的采樣模塊，其包括至少一個用于采樣各個模擬特 性的輸入電路，該輸入電路或每個輸入電路包括：

定標電路(scaling?circuit)，用于將模擬特性的幅度降低至所希 望的電平；

隔離電路，用于在輸入電路的各自上游和下游部分之間產生電 屏障(electrical?barrier)；以及

模數轉換器，用于數字化模擬特性以產生數字數據流，

該定標電路、隔離電路、以及模數轉換器串聯地電連接。

包含分離的定標電路和隔離電路為定標和隔離功能的優化做 好了準備，同時消除了對傳統隔離變壓器的需要。

這導致了比傳統多路復用系統更為緊湊且更輕的采樣模塊。本 發明還能提供更精確的采樣，因為其允許串擾和非線性誤差的降 低。

另外，每個輸入電路中包含模數轉換器(ADC)為多個模擬特 性的同時采樣做好了準備，從而消除了有關傳統多路復用系統10 的模擬多路復用器18的瓶頸。

此外，同時采樣消除了在只能連續地獲得樣本的傳統多路復用 系統10中所引入的時滯(skew)。

同時采樣還使得根據所需的分辨率的等級為各個模擬特性配 置不同的采樣速率成為可能。

優選地，將該定標電路電連接至模數轉換器的輸入端，并且將 該隔離電路電連接至其輸出端。

以這種方式隔離該數字數據流降低了破壞數據流的任何外部 噪聲的可能性。

另外，隔離該數字數據流還意味著在穿過電屏障傳輸數字數據 時沒必要忠實地再現數字數據。這是因為只需電屏障的下游能夠識 別0或1，而非例如完整的模擬波形。

方便地，定標電路是電阻器網絡，或者包括電阻器網絡。這使 得該定標電路在所希望的測量范圍上具有線性響應，從而有助于最 小化非線性誤差。

可選地，該電阻器網絡定義分壓器。

可選地，該電阻器網絡定義分流器。

前述配置允許模擬電壓和模擬電流特性的分別采樣。