多功能计量芯片ADE7878在变电站测控装置中的应用

王 力，张春雷，胡红兵，郑 洁

(国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京210061)

传统的变电站测控装置采用的AD芯片一般与保护装置相同，AD芯片内部进行模数转换后把数据直接送给主CPU，主CPU定时对周波进行取点采样，通过傅立叶等算法计算出相应的有效值、相位角等实时信息。这种方式具有很强的实时性，而且数据的处理方式比较灵活。但对于中低压测控装置，往往并不关心每个周波的波形，对采样速率要求不是特别高，侧重点在于数据的精度与稳定性。文中采用一种集合了采样与计算功能的ADE7878芯片，将其应用在中低压测控装置中，有降低成本、节省CPU资源等显著优点[1]。

1 ADE7878概述

ADE7878是美国ADI公司推出的三相高精度多功能计量芯片，超越了工业上对电能计量0.2 S级表的精度和动态的要求。ADE7878的电压和电流通道为24bit-型ADC，电压和电流有效值在动态范围为1 000:1下小于0.1%，电能在动态1 000:1下小于0.1%，在动态3 000:1下小于0.2%。ADE7878提供I2C，SPI，HSDC多种数据接口和3个灵活的脉冲输出，还可同时提供基波有功和无功功率、总（基波+谐波）有功和无功功率的计算。

这款芯片推出的初衷是用于电能表领域，主要特点是精度高，成本低廉，集成的CPU实现了对AD采样值的计算功能，能够满足中低压测控装置的采样功能。

2硬件电路设计

图1 ADE7878测控装置硬件框图

基于ADE7878的测控装置硬件框图如图1所示，主要包括交流测量模块、通信模块、数据存储和显示模块等部分。主控制器采用TI公司的一款具有浮点运算能力的DSP，型号为TMS320F28335。其中最重要的电路就是模拟信号输入电路，该电路的设计直接影响波形的精度，如图2所示。由于ADE7878的电压电流通道输入信号范围为±0.5 V，二次交流采样值必须经过处理才能进入芯片的输入通道。以Ic的模拟信号输入为例，图中CT3选用的是一种电流型CT，输出信号为0～2 mA电流，经过电阻转换为电压，在输出端并接的二极管起保护作用。电流转电压后经过二级RC网络滤波，以±0.5 V的电压值接入ADE7878输入端。在选用器件参数时需保证二次电流最大值6 A对应芯片输入端0.5 V，这样芯片采样精度才有保证。

除了模拟信号输入电路，周边电路还包括系统主控芯片DSP的接口电路、电源、晶振等，芯片正常工作所需的电源电压、晶振频率等参数可以由芯片的电气特性查得，在电路设计时只要满足这些条件即可[2]。

3软件实现

该套测控装置采用SPI接口与ADE7878进行通讯，ADE7878的SPI通讯接口最高的允许速率是2.5 MHz。芯片提供了100多个可读写的数据寄存器，通过对这些寄存器的控制可以将芯片的效能发挥出来。

3.1主程序设计

ADE7878交流采样主程序流程如图3所示。在装置上电进行初始化时，首先读取装置的CRC校验寄存器值，该值对于芯片的控制非常重要。在正常采样过程中，如果该寄存器值突然改变，则说明芯片已出现故障，此时的采样值已不可靠，必须丢弃。并且需要对芯片进行复位处理并再次核对。

图2 ADE7878外围硬件电路设计

图3采样程序流程

3.2谐波采样

ADE7878直接提供的电压、电流有效值是基波叠加谐波之后的值。如果需要计算基波和谐波含量，ADE7878同时提供了电压、电流的实时波形数据，这样通过傅立叶算法就可以得出电压、电流的基波值及各次谐波值、畸变率等相关信息[3]。

3.3角度采样

芯片可提供 ANGLE0，ANGLE1，ANGLE2 等 3个角度寄存器，通过不同的配置方式以取得各相电压角差、各相电流角差、压流角差等测量信息，如图4所示。

图4 ADE7878角度测量

3.4过滤坏点

在工程测试中，当运行现场电磁干扰严重时，SPI总线会受到干扰，导致采样数据偶尔会产生突变，对于这种不可预知的干扰，在程序中加入了过滤坏点的算法。流程如图5所示。

试验证明，这种算法能够过滤掉因SPI总线干扰带来的错误数据点。

3.5性能测试

在二次电压标准输入f=50.5 Hz，U=57.74 V，I=5 A，cosф=0.5的时候，测试结果如表1所示，完全能够满足变电站测控装置的精度要求。

4结束语

使用ADE7878多功能计量芯片作为变电站测控装置的采样模块可减少外围电路，简化设计过程，提高系统的集成度；同时利用ADE7878自身计算功能，可减轻DSP的运算负担。ADE7878的高精度特性可保证测量结果的准确性，有利于提高变电站数据在线监测能力。该新型测控装置目前在变电站已投运数百台，2年多的实际运行表明，该装置能满足变电站对电力系统运行监测的技术要求，相对于传统测控采样方式，精度更加高，运行更加稳定。

表1性能测试结果

[1]陆祖良.周期信号采样测量策略[J].电测与仪表，2008(10)：1-6.

[2]胡志刚，许 凯，崔永峰.电能计量芯片ADE7878在智能电表中的应用[J].电测与仪表，2010（7）：128-131.

[3]郭忠华，基于ADE7878芯片的电力参数测量仪的设计[J].电工电气，2010（12）：25-30.