电网监控与调度自动化 第2章 交流数据采集与处理.ppt

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1、第二章交流数据采集与处理第二章 交流数据采集与处理第一节 电量变送器将一种电量变换为供测量用的直流电量。可用来测量发电厂和变电站的电压、电流、有功功率、无功功率、电能和频率等各种电气量。发电厂电量接入DCS、称ECS输入交流电压、电流、功率，输出直流电压:05V；电流:01mA、420mA第二章 交流数据采集与处理一、交流电流变送器，大电流变为小电流 电气隔离经电阻变为电压信号精密交-直流变换电路将交流电压变为05v的直流电压恒流输出电路得到01mA或420mA直流输出信号。第二章 交流数据采集与处理 精密交流直流转换问题：为什么不用常规的桥式整流？实现精密整流的关键是什么？常规的桥式整流存在

2、管压降，转换非线性。实现精密整流关键是运算放大器的虚短虚断第二章 交流数据采集与处理直流采样 直流采样的主要问题？直流采样的主要问题？谐波问题；测相位问题。谐波问题；测相位问题。第二章 交流数据采集与处理二、电能变送器第二章 交流数据采集与处理二、电能变送器（一）功率与电能的关系三相电路的瞬时功率为P（t），则该电路的有功电能W就是P（t）的时间积分，即设在时间t0t1内的平均功率为Pav则在时间t0t1之间的电能量等于该时间内平均功率与时间的乘积。三相有功功率变送器输出电压U0与有功功率P成正比，U0=K1P第二章 交流数据采集与处理（二）计数脉冲与电能的关系若将U0进行电压频率（U/f）变

3、换，使之成为与U0成正比，频率为f的脉冲信号，即 f=K2U0在时间t0t1内，计得以f为频率的脉冲数为N，则N/（t1-t0）代表在时间t0t1内频率f平均值fav。因此可求得相应时间内U0的平均值U0av，即第二章 交流数据采集与处理一、交流采样过程第三节 微机变送器与交流采样第二章 交流数据采集与处理二、交流采样原理：Ts=T/N第二章 交流数据采集与处理二、交流采样原理：采样定理：完整表达输入信号的充要条件：数值计算与滤波需要。滤除第n次波要求对该次波每周至少等距采样两次或以上。第二章 交流数据采集与处理 三、微机变送器的工作过程：输入信号经相应的TVm或TAm变换成05V交流电压信号

4、；输入到多路模拟电子开关。由选择多路信号中一路输出；采样保持器进行采样及保持；AD转换器将采样保持器输出的模拟电压转换成数字量；CPU读AD输出数据；第二章 交流数据采集与处理 三、微机变送器的工作过程：CPU再发地址选择输入信号；这种过程在一个交流信号周期内重复（l+m）N次 CPU对一周期内每路输入信号的N个采样值，进行数据处理，并计算出线路上的各种电气量值。第二章 交流数据采集与处理四、微机变送器硬件 第二章 交流数据采集与处理第四节 电力系统数据预处理 滤波 交流信号采样、变换的两侧均进行滤波原因是：出于两个方面的考虑，并简化电路和利用计算机计算能力，在输入侧设置由RC电路组成的模拟式

5、低通滤波器，滤除高次谐波，在计算机程序中相应包含用于去除低次滤波的计算子程序。第二章 交流数据采集与处理（一）模拟式滤波由采样定理，消除某次谐波必须有效采集信息，即有足够采样频率。但频率不能太高，影响输入路数。输入侧模拟式滤波器作用是消除掉输入信号中的较高次谐波（包括干扰），保留有用信号，一般采用简单而有效的RC低通滤波器构成。滤波器同时还作浪涌电压保护，防止浪涌电压进入通道内部，破坏信息处理设备。第二章 交流数据采集与处理 （一）模拟式滤波 传递函数为 频率特性为 第二章 交流数据采集与处理 （二）数字式滤波（滤除低次谐波）非递归滤波 举例：设一模拟信号 要求保留的基波部分，滤除的谐波（7次

6、）部分。第二章 交流数据采集与处理 若对采样，采样频率=3500Hz，则对于基波，每周期有70个采样值；对于7次谐波，则每周期有10个采样值。现将相对于基波一周期的70个采样值分成7组，每组10个采样值求取平均值。令y(k)是x(t)连续10个采样值的平均值，即第二章 交流数据采集与处理 非递归滤波 为两个分量组成，因此可有 由于是350Hz的正弦波，采样频率为3500Hz，恰好是每周期10次采样，因而计算式中的第二部分必然等于零。对于50Hz的基波，上述计算可得到7个分组值，每个分组值恰好分别等于对基波进行每周期7次采样的各个采样值，并且不包含任何7次谐波成分。第二章 交流数据采集与处理第五

7、节 标度变换 0101011011100101-86.2A第二章 交流数据采集与处理第五节 标度变换例如被测电流的满量程为1500A，经变换后的满量程结果为2047。当电流在01500A范围内变化时，模/数转换的输出在02047之间变动，两者呈线性比例关系。设遥测量的实际值为S，模/数转换后的值为D，因为S和D呈线性比例关系，所以可以以满量程的对应关系来求出标度变换系数K。对于12位模/数转换器，D=2047，则 S/D=S/2047。第二章 交流数据采集与处理第五节 标度变换例如幅值为1500A的电流，可得各个遥测量都有对应的标度变换系数K，均以确定的形式存储器的遥测系数区中，待需要时读取。

8、标度变换系数K在遥测系数区中以两个字节存放，其格式为 F1 F2 N1 N2 0/1 S/D 小数点标志移位标志正/负11位标度变换系数 1500A的电流的遥测系数 K=0000010111011100第二章 交流数据采集与处理在经过模/数转换得到某个遥测量的11位二进制数，需乘上系数得到有量纲的实际值，考虑乘法运算后的精度，标度变换系数K应具有11位的有效位。但在某些场合，根据S/D所得的K系数并不具有11位有效位，因此需要预先对K进行处理。例如某电流的幅值满量程为150A，则这一系数的有效位仅有8位，当模/数转换的结果与之相乘后，有效位数减少了。第二章 交流数据采集与处理为了保证有效位数，

9、可以将被测量预放大，例如上例放大10倍，在十进制数显示时相应将小数点向左移1位，即可显示原值。如将150A的满量程值放大10倍后成为1500，系数K即有11位有效位数。在1500转换成二进制数后，与K相乘，并在二十进制转换后，将小数点向左移一位，即为150.0A的表达。遥测量用四位十进制D3D2D1D0显示。用小数点标志F1F2来设定小数点位置，其内容由通信双方约定。例如小数点设在最低位D0之前，把F1F2置为01。例如幅值为150A的电流，可得 0100010111011100第二章 交流数据采集与处理 F小数标志位第二章 交流数据采集与处理但在S/D小于0.5时，对应的二进制仍会出现有效位

10、数不足11位的情况。例如满量程值为300A的电流实际有效位为9位，而300不能扩大10倍，使S/D1而不符合要求。解决方法是将转换S/D时计算到小数点后13位，然后将S/D左移2位成为0.10010110000B作为标度变换系数的遥测系数部分，并在N移位标志上设置相应值。在乘系数运算后再将乘积右移相应位数，使数值还原。第二章 交流数据采集与处理标度变换系数中的N移位标志部分的设置方法可以是N1N2=00，系数未位移；N1N2=01，系数左移了1位；N1N2=10，系数左移了2位；N1N2=11，系数左移了3位。满量程值为300A的电流的遥测系数 0010010010110000第二章 交流数据采集与处理从上所述，标度变换过程共由三部分组成。当一个遥测量经A/D变换且计算后，相应从遥测系数区取出相应的标度变换系数与之相乘把乘积右移N位若需显示，则在二十进制转换后，根据F1F2标上小数点，完成标度变换。