同步数据采集卡的电能质量分析方案

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的质量。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差120度。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称、负荷性质多变，高速数据采集板卡，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态并不存在。因此，高速数据采集板卡多少钱，产生了电网运行电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。

根据现象可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

对于电能质量分析，同步采集是一个首要条件，如果采用异步采集，通道间的采集时间差，会带来相位、功率等方面的误差。以三相四线的电能质量分析分例，高速数据采集板卡，需要分别采集三相的电压和三相的电流，以及零线电流。那么，就需要7个通道完成数据采集工作。

数据采集的基本理论

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采样过程为了对模拟信号用数字方法处理，应先将模拟信号数字化，即进行模/数(A/D)转换。模/数转换过程，包括三个内容：一是采样，二是量化，三是编码。一个模拟信号首先经过预采样滤波器，对信号进行调理，然后由采样器在每个采样时刻读出一个数据；再由模数转换器(ADC)量化为二进制数码，数据之后保存到存储器用于数字信号处理。模/数转换器模/数转换器是整个数据采集系统的核心，它的性能直接限制系统的性能。要使设计的系统能满足工作条件，首先要选对模/数转换器。因此，有必要去了解模/数转换器的发展状况。采样方式常见的采样方式可分为“实时采样”和“等效时间采样”两大类。“实时采样”是在信号存在期间对其采样。按照采样定理，采样速率必须高于信号中较高频率分量的 2 倍；对于周期性正弦信号，一个周期内应该至少有两个采样点。“实时采样”除了通常使用的定时采样外，还常常使用“等点采样”，即“变步长采样”。这种采样方法不论被测信号频率为多少，一个信号周期内均匀采样的点数总共为 N 个。

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科研工作者对信号的获取与分析的需求从不停歇，而采集卡的形态、样式也在推陈出新，新的处理手段——如多核CPU、并行GPU，FPGA处理能力也日新月益，推动整个数据采集行业不断进步。对于获取物理界中的信号，几十兆以上的采样率被视为高速数据采集，5G通信、复杂电磁环境监测、相控阵雷达、超带宽通信、高能物理、光电领域对于数据采集卡的需求也集中在高频频段，需要更高的带宽、更高的采样精度、更广的动态范围。高速数据采集卡的关键部件厂商不断发布新的芯片部件，如ADI，TI的新AD/DA芯片，Xilinx， Altera的基于SOC的***FPGA技术，使高速数据采集产品出现新的组合可能。

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