电力系统远动第3讲_数据采集.pdf

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1、数据采集2008-3-192基本内容 数据采集的开关量输入电路 开关量输出电路 模拟量输入电路 模拟量输出电路3电力系统运行控制所需要的信息遥测量：母线电压；各线路的有功、无功功率或电流；变压器有功、无功功率、分接头档位；发电机/电厂所发有功、无功出力；电站/厂，线路有功电度；系统频率；水库水位；气象数据。遥信量：断路器的合、分状态；隔离刀闸的合、分状态；各个元件保护状态；自动装置的动作状态；事故总信号。4数据采集与控制的基本硬件结构 CPURAM ROM网络适配器串口 外设 MODEM信道 网络 模/数变换模拟量输入变换 数/模变换放大驱动光电隔离接口 接口 开关量输入信号处理光电隔离开关量

2、输出电路 来自 TA、TV 的电压，电流等模拟量遥调 接口 开关量输入信号接口 遥控 模拟量输入/输出回路 开关量输入/输出回路 5开关量输入基本硬件结构 计算机总线CPU驱动控制三态门。三态门逻辑控制地址译码。信号调节信号调节去抖电路去抖电路隔离电路 隔离电路。信号输入信号调节信号调节去抖电路去抖电路隔离电路 隔离电路。信号输入6隔离电路数据采集电路J1J2断路器辅助节点+5V1、继电器隔离2、光电隔离数据采集电路断路器辅助节点+5V光敏三极管7滤波去抖电路 CRR0 低通滤波施密特触发器8三态门的工作原理 A E 三态门E D0D1D2数据总线 三态门缓冲器 E1E2双向三态门9锁存器(1

3、)为低电平、G为高电平时，输出端状态和输入端状态相同，即输出跟随输入。(2)当为低电平、G电平降为低电平时（下降沿），输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器的数据与输出端相同。当G电位保持为低电平时，输入端数据变化不会影响输出端状态。(3)当为高电平时锁存器缓冲三态门封闭，即输出端为高阻态。74LS373的输入端D0-D7与输出端Q0-Q7隔离。74LS373D0-D7OEGNDG Q0-Q7Vcc+5V地址有效信号 ALEOEOEOE10地址译码电路 A B C E1E2E3Y7 GNDY0Y1 Y2Y3 Y4 Y5 Y6Vcc74HC138 输入 输出 使能 片选 E3 E2 E1 C B

4、 A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 74HC138的真值表11输入/输出的控制方式 同步传输方式 查询

5、方式 中断方式 直接存储器存取方式12开关量输出 电路 计算机总线CPU驱动控制锁存器。锁存器逻辑控制地址译码。隔离电路隔离电路输出电路输出电路。输出信号隔离电路隔离电路输出电路输出电路。输出信号13模拟量输入 基于逐次逼近型A/D转换的模拟量输入电路 变 换 器 电 力 设 备 电压形成回路低通滤波采样保持多路转换开关A/DCPU14模拟量输入 传感器、变送器 传感器将非电量物理量转换为电量物理量 变送器将电量物理量转换为计算机可以处理的电压电流范围 一次PT将高压电转换为0100v的次级电压 一次CT将大电流转换为05A的二次电流 电压、电流变送器将这些范围的信号转换为05v的电压信号或4

6、20mA的电流信号 功率变送器的输出为双极性5v+5v的电压范围15电压形成回路 RC 低通滤波双向限幅TVA 电压接口原理图 RC 低通滤波双向限幅TA B 电流接口原理图 将以上的频率的谐波过滤掉/2sf16采样保持ChA1A2SAinAout采样期间，S闭合，A1通过S向Ch充电，使输出随输入变化而变化。此时电路处于自然采样状态。保持期间，S断开，由于A2的高输入阻抗，使得保持电容Ch的电压输出保持充电时的最高值。17多路转换器各个模拟量在多路转换开关的控制下分时地逐一经A/D转换器转换，每次只选通一路。对多路开关的要求是断开时开路阻抗无穷大，导通时阻抗为0，切换速度快，工作可靠。常见的

7、多路开关有CD4051B，AD7506等。模拟量多路开关由三部分组成?地址输入缓冲和电平转换使得输入端对TTL，CMOS逻辑电平兼容?译码和驱动把地址译为通道号代码?模拟开关，对应通道的模拟开关导通，将该通道的输入模拟电压引至输出端。18多路转换器 若输入模拟通道数目超过16，需多片AD7506，这时需要增加译码器进行片选。AD7506导通时导通电阻约400，由于不接近0，所以负载电阻一定要比较大，一般在输出后增加一级电压跟随器以提高输入阻抗。19模/数转换逼近寄存器SAR、D/A转器比较器时序和控制逻辑电路+-比较器UxD/ASAR时序及控制逻辑数字量输出Uref20电压频率变换型A/D变换

8、 产生的脉冲频率正比于输入电压的大小 工作稳定，线性度高、电路简单 抗干扰能力强 采样电路的速度是有一定限制电 压形成 VFC计数器CPU 总线21采样方式 三种模拟量 快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等。缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操作母线的直流电压。缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。22采样方式 直流采样 直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流值转换为05V的直流电压。交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相应原始信号转换为05V或05V的直流电压信号。非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器交流采样只针对交流信号的采集。直接将交流信号变送为05V的交流

9、电压信号送至A/D转换器进行转换，即采集交流信号的瞬时值，然后采用算法计算电压、电流的有效值及利用电压电流计算功率。23采样方式直流采样的特点?对A/D转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程序可靠性高。?经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。?直流采样输入回路常采用RC电路滤去整流后的纹波，采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用于微机保护和故障录波。?需要变送器屏。24采样方式 交流采样的特点 实时性好。能反映实际波形。可以省略功率变送器，功率由算法计算得到。对A/D转换器和采样保持器要求较高，要求一个周期内必须有足够的采样点数，要求A/D转换器转换速度高。采样和计算的程序比较复杂。25模拟量输出26D/A转换器基本原理 RRR2R2RS4A-+Rf2RS32RS22RS1-UR UD 12341234,2222fRDR UUDDSSSSR=+27D/A转换器的结构28同步相量测量单元基本原理 1ms?180,GPS误差：1us?0.18029作业 开关量输入基本硬件结构框图