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作者: David Andeen 一般來說，配電自動化包括傳感器、開關以及遍布智能電網的通信網絡，這些要素協同工作，“定位并自動修復故障以及微調電網電壓。”這意味著，電網配電的各個方面均采用智能、自動化控制，其目標是提高電網可靠性、性能，并支持可再生能源并網，而無需對核心基礎設施進行大幅度改動。該術語適用于智能電表上游，供電公司需要在此主動監測電網活動，在全網范圍內實現有效配電。 配電自動化包括檢測、診斷、定位和隔離故障，以及快速恢復供電(見圖1)。為了實現以上目的，供電公司就需要模擬數據轉換器具備優異的靜態和動態性能以精確測量功率流和故障。通過部署具有高速、高精度、高分辨數據轉換器的智能配電自動化系統，供電公司就能夠描述出故障的性質；可將平均斷電減少33%，將恢復供電時間從45分鐘縮短為3分鐘。快速響應時間允許電力公司降低斷電的頻度和持續時間，從而降低斷電成本。在美國，每年因為斷電造成的經濟損失估計有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)。了解這些數據后，民眾對電力公司在配電自動化領域投入重金的行為就不會感到奇怪了。配電自動化市場規模從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、美國及歐洲在再生資源整合和電網可靠性領域的復興。” 
圖1.供電公司并不是總能夠預測何時以及哪里將會發生故障。為了快速響應故障事件，必須具備能夠高精度、實時測量功率流的基礎設施。照片為遭受雷擊的配電站。 故障檢測要求新的數據轉換技術 配電自動化中使用的傳統數據轉換器具有高分辨率、高速度以及相干采樣，這些特性相組合起來使得供電公司能夠優化功率因數，實現超高效率配電以及描述故障特性。但供電公司現在希望通過增加傳感器來進一步提高電網可靠性(圖2)，希望也確實需要更高精度的動態數據來制定決策，以及盡可能接近實時地進行響應。
圖2.供電公司正通過在電力線上安裝更多的電流故障傳感器來提高系統可靠性。 在較舊的供電基礎設施上增加電流故障傳感器，可以使基礎設施變得更加智能。提高供電公司檢測故障的準確程度，即可快速定位和修復故障。此外，如果供電公司安裝了智能電表通信網絡，供電公司也確實安裝了這樣的網絡，這些附加傳感器即可通過此網絡進行通信。所以，這些傳感器本質上依賴于自動表計基礎設施(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巨大挑戰。當今的大多數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，半導體公司已經推出新型低功耗、高速度、單通道模/數轉換器(ADC)，以解決智能電網甚至更敏感網絡的這一需求。這些數據轉換器特別定位于電流故障檢測方案，必須保證極低功耗，同時保持高速和高分辨率性能(圖3)。
圖3.來自于MAXREFDES38#子系統參考設計上16位MAX11901 ADC的FFT數據6。輸入為±3V 50Hz正弦波差分信號，采樣率為10ksps，采用Blackman-Harris窗，室溫條件。信號鏈在工作期間的功耗小于85mW。 具備這些能力的現代化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的配電自動化。有了這些數據轉換器，智能電網變得更加智能，推動配電自動化的繁榮發展。 |
