电力系统及其自动化第二章ppt课件

1、第二章 SCADA/EMS系统 SCADA系统 (Supervisory Control And Data Acquisition)数据采集与监视控制系统，是电网调度自动化系统最根本的功能。SCADA系统是以计算机为根底的消费过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运转设备进展监视和控制，以实现数据采集、设备控制、丈量、参数调理以及各类信号报警等各项功能。SCADA+PAS高级运用软件=EMS能量管理系统. 概述-SCADA/EMS的系统构造及软硬件配置支撑系统前置机系统画面调用图形操作及阅读器功能Open-2000系统SCADA功能及其技术目的远方终端直流采样及电量变送器交流采样模拟量的采集

2、与处置开关量、数字量和脉冲量的采集第二章 SCADA/EMS系统.第一节 SCADA/EMS功能概述SCADA最根本的功能：数据采集和监视控制。一 、子系统划分 1、支撑平台子系统 包括：数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运转管理等。是整个系统最重要的根底，用于实现全系统一致平台，数据共享。 2、SCADA子系统 包括：数据采集、数据传输及处置、计算与控制、人机界面及告警处置等。 3、PAS子系统 包括：网络建模、网络拓扑、形状估计、在线潮流、静态平安分析、无功优化、缺点分析及短期负荷预告等。.4、AGC/EDC子系统 自动发电控制和在线经济调度AGC/EDC子系统是对发电机出力的

3、闭环自动控制系统，可以保证系统频率合格、系统间联络线的功率符合规定范围，同时使全系统发电本钱最低。5、调度员仿真培训系统DTS 包括：电网仿真、SCADA/EMS系统仿真和教员控制机。6、调度管理信息子系统DMIS DMIS属于办公自动化的一种业务管理系统，通常不归入SCADA/EMS系统，但与调度自动化系统关系非常亲密。.二 、当前的几种主流系统 1、南瑞NARI 2、电科院 3、东方电子 4、ABB 5、SIEMENS.南瑞OPEN-2000型SCADA/EMS系统构造 -开放型分布式能量管理系统.OPEN-2000网络及硬件特点：三网机制调度自动化公用双网MIS网主网为100Mbps平衡

4、负荷双网智能化堆栈式交换机衔接系统效力器和主网计算机节点，交换式通道，可扩展双效力器64位机磁盘阵列：构成热备份系统，具备负荷平衡才干。支持双网访问商用数据库。集成其他符合国际规范的实时数据库。经过MIS效力器或网桥与MIS网衔接。经过网络交换机与配电调度自动化系统相连。.OPEN-2000主网各节点功能简介1、系统效力器运转商用数据库管理系统担任保管一切历史数据、根底信息，如电网设备根本信息，地理信息，用户信息等，以及其他运转数据。利用数据库引擎进展查询和统计各种数据。双机热备：双机共用磁盘阵列，分别运转数据库管理系统。.2、SCADA任务站双机热备：独立运转。运转SCADA软件及AGC/E

5、DC软件完成根本SCADA功能和AGC/EDC的控制和显示功能经过两组终端效力器接纳厂站RTU信息实现双机、双通道的自动/手动切换承当前置系统信息处置如规约解析和信息流优化功能.3、PAS任务站运转电力系统高级运用软件。包括：潮流、短路、稳定等计算义务计算结果存入历史数据库商用数据库4、调度员任务站承当对电网监控和操作功能。实时显示各种图形和数据人机交互，对电网进展操作控制的权限.5、配电自动化任务站 完成配电自动化管理功能6、调度管理任务站担任与调度消费有关的方案和运转设备的管理。7、DTS任务站调度员仿真培训系统，通常包括教员机和学员机8、电量管理任务站实现电能的自动查询、记录、奖惩电量计

6、算等9、网络是分布式计算机系统的关键部件，普通高速双网构造可采用以太网交换机，多数利用可堆迭交换机衔接，配有路由器，可与广域网互连。.OPEN-2000软件环境1、操作系统各种效力器和任务站均采用Unix操作系统。多用户、多义务的网络操作系统实时性好平安性好网络通讯采用TCP/IP.2、系统软件采用基于Client/Server方式的商用数据库Oracle 和 Sybase基于XWindow和Motif的图形界面中心C/C+代码网络通讯采用TCP/IP，X.25通讯协议集成制表工具多媒体功能.3、系统软件构造 大型开放式的分布式系统，软件构造通用、开放、模块化。 三层构造：数据层、通讯管理层、

7、程序层。数据层：分成实时数据库、历史数据库和它们的存储历程实时库：分布在各台机器中，支持数据的实时图形显示历史库：存在于双机热备的系统效力器中，保管历史数据、登录数据和电力系统各种参数通讯管理层：用于网络的管理和义务的管理，对上层屏蔽通讯细节。程序层：实现电力系统调度的各项功能，如SCADA、PAS等，并提供良好的人机接口和管理工具，方便用户运用。.第二节 SCADA/EMS的支撑系统支撑系统的好坏是衡量一套SCADA/EMS系统性能优劣的主要要素。Open-2000系统的支撑系统主要由五大部分构成： 数据管理子系统 网络管理子系统 图形管理子系统 报表管理子系统 平安管理子系统.一 、数据库

8、管理子系统数据的快速存取：必需建立实时数据库管理系统。数据的合理组织：提高数据查找和定位的速度。建立数据之间的关系：丈量和采集的数据与数据库中数据的对应关系。建立电网的数据模型：实践对象和系统中数据对应。提供规范的访问接口：对访问实时库和历史库提供一切程序都通用的访问接口。数据透明性：用户或进程运用程序只面向数据，不用关怀数据详细位置。.二 、网络管理子系统 担任网络各节点信息的互连和互通，为各种进程访问网络上任何位置的数据提供一个透明的访问途径。进程通讯处置底层网络通讯中的各种问题，如协议解释、流量平衡、链路监视和缺点处置，相当于提供了一条无错误的信息通道。担任处置数据的定位和收发控制：路由

9、、出错处置，相当于透明的数据访问接口。与其他网络进展通讯：数据交换，平安控制。隔离功能：晋级和维护时，不影响软件正常运用。其他辅助功能：进程监视等。.三 、图形子系统 图形子系统是现代调度自动化系统的根底模块，能方便灵敏的切换各种运用的图形，显示各种数据，还能方便地与地理信息系统共享数据。可采用高效的数字化仪等多种图形输入输出设备。1、根本要求全汉化图形管理子系统图形有分层和分平面功能，可方便制造各种地理图；可接纳规范的电子地图，支持GIS显示；具备动态着色功能，根据电网拓扑构造自动判别和推理，直观地用颜色区分停电范围。具备图形编辑的各种功能，图形化操作。图形一致性坚持。用户制造的图形由系统一

10、致管理并存入效力器中。图库一体化：绘图与数据库录入一次完成。具备各种辅助图制造功能。用户可扩展性图形的公共访问接口。.2、根本组成部分图元编辑器：制造电力系统中各种常用设备的图元，以便制图时运用，并能应付新元件的出现。图形编辑器：利用各种图元，生成电力系统的各种图形。图形显示工具：与运用程序结合在一同，用户可在图形上进展各种操作，如功能调用，信息查询，控制操作等。.四 、报表管理子系统 报表是运转信息最直观的显示方式，报表管理系统也是 SCADA/EMS必不可少的中心模块。 1、特点面向电力系统需求自动数据关联打印功能 2、组成部分报表编辑器报表调用和预览报表数据的修正报表打印模块.五 、平安

11、管理子系统物理隔离：即经过交换机或网桥与其他系统相连用户级采用权限管理和口令机制：控制不同的用户所能进展的操作。严厉的操作审核流程：口令，权限分析，操作确认，超时处置。防火墙技术.第三节 SCADA/EMS的前置机系统 前置机系统担负厂站RTU及各分局与调度中心之间的数据通讯及通讯规约解释的义务，是子站数据的信息入口，因此它的容量、稳定性、可靠性和方便灵敏性都非常重要。 前置系统性能目的：接入容量大通讯速度快扩展方便规约丰富一 、综述.二 、前置系统的硬件构造构造 前置机终端效力器切换安装通道.1值班主机与系统效力器及SCADA任务站通讯与终端效力器通讯及规约处置控制终端效力器的切换动作设置各

12、终端效力器的参数2备用主机 #监听前置主机的任务 情况，主机发生缺点 时立刻自动升格为主 机，承当主机义务。 #监听次要通道的信息， 确定该通道运转情况。1、前置机双机配置一主一备.与各厂站RTU通讯与前置机通讯1:N的通道接入主备双机配置2、终端通讯效力器.3、切换安装电路简约，掉电也可任务每套切换安装由N路独立切换板组成可完成上行和下行信号的通道切换两种切换方式：选择较好的上行信号同时送给主、备前置机，封锁差通道的上行信号和备用机的下行信号将值班主机与好通道接通，将备用机于差通道连通. 4、通道设备由调制解调器，光隔及长线驱动器用于与各种不同的通道信号匹配同步/异步转换.三 、前置系统的软

13、件模块. 对应于前置系统的功能，前置软件可分为五类： 主网内部数据通讯：front_net等 规约处置程序：protocal等 通讯切换处置：front_exchange等 终端效力器通讯：fcomm，format_all等 其他程序。 从运转方式可分为两类： 常驻内存：启动程序即调入内存，普通是中心运用，如数 据通讯、规约处置等程序。 暂时调用：运用暂时调用，普通是辅助运用，如报文监听 等程序。.四 、遥测与遥信参数设置 遥测(遥测信息)：远程丈量。采集并传送运转参数，包括各种电气量线路上的电压、电流、功率等量值和负荷潮流等。 遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种维护和开关量信息。 遥

14、控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进展远程控制。 遥调(遥调信息)：远程调理。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进展远程调试，如调理发电机输出功率。.1、遥测参数设置设置基值与系数：将RTU送来的“生数据经计算后变成实践值设置死区范围阈值设置:死区范围决议了该遥丈量的刷新速度。系统刷新遥丈量有两种方式。1设定死区范围为“0.00无死区，前置机定时循环发送全部遥丈量。2该死区范围为某一数值，只需当遥丈量的变化量大于死区范围时，才立刻以变化遥测的方式发送该遥丈量。这种方式被称为遥丈量越死区传送。设置归零值：抑制零飘2、遥信参数设置“1表示合闸，

15、“0表示分闸根据不同RTU上送的信息设置极性.第四节 画面调用及阅读器功能一 、画面调用功能1、实时数据及形状画面实时画面5s刷新一次遥信变位及事故变位立刻反映用颜色区分不同形状2、历史数据及形状画面可调用任一时段的历史数据根据历史数据刷新画面3、事故追想画面调出任一事故断面进展事故反演. 某厂站实时数据及形状画面.4、网络拓扑着色表达电网构造信息表达运转形状5、调度员操作调度员在画面中完成各种调度操作6、运用切换同一画面可以切换不同的运用对象.二 、 SCADA的图形操作参数检索遥控 p36遥信对位变位检索遥信封锁设置标志牌SOE检索(Sequence Of Event) 电力设备发生遥信变

16、位如开关变位时，电力维护设备或智能电力仪表会自动记录下变位时间、变位缘由、开关跳闸时相应的遥丈量值如相应的三相电流、有功功率等，构成SOE记录，以便于事后分析。1、鼠标操作弹出菜单2、操作选项.三 、历史告警阅读 1、告警信息 首先实时显示，同时存入历史数据库。 2、分类 遥信变位 其他四 、历史数据阅读五 、图形阅读器.历史数据查询.第五节 Open-2000系统SCADA功能及其技术目的一 、数据采集功能SCADA系统实时采集各厂站RTU遥测、遥信、电能、数字量等数据，同时向各厂站RTU发送各种数据信息及控制命令。1、模拟量采集功能遥测2、形状量采集功能遥信3、脉冲量采集功能4、继电维护及

17、变电站综自信息采集5、时间信息6、前置机系统的数据采集性能.第五节 Open-2000系统SCADA功能及其技术目的一 、数据采集功能1、模拟量采集功能遥测1模拟量采集的内容主变压器及输电线有功、无功功率，主变及输电线电流，10kV配电线电流，各种母线电压U，主变油温，系统频率等。2模拟量的采集方式扫描方式：扫描周期为3-8s，将系统一切模拟量采集更新一次，并存入数据库。越阈值方式：设定每个模拟量的死区，仅把变化显著、与上次丈量值只差大于死区的丈量值传送、显示并存入数据库。.第五节 Open-2000系统SCADA功能及其技术目的一 、数据采集功能2、形状量采集功能遥信1形状量采集的内容断路器

18、位置信号、继电维护事故跳闸总信号、预告信号、隔分开关位置信号、有载调压变压器分接头位置信号、自动安装动作信号、发电机组运转形状信号、事件顺序记录等。2形状量的采集方式形状变化：系统实时形状变化时间驱动，有变化立刻输出呼应，读入系统并存入数据库。扫描方式：将一切厂站全部遥信形状按一定周期逐个扫描，读入系统并更新数据库。.第五节 Open-2000系统SCADA功能及其技术目的一 、数据采集功能3、脉冲量采集方式脉冲量采集的内容是各厂站RTU送来的脉冲电能量等。按设定的扫描周期进展采集。4、继电维护及变电站综合自动化信息的采集对已安装微机维护或已实现变电站综合自动化的变电站，除采集维护开关形状量外

19、，还需采集维护丈量、维护定值、维护缺点、维护自检和维护信号复归等信息。5、时间信息的采集SCADA系统在后台接入规范天文时钟信息，向全网广播，以一致全网时间，并定时与各厂站RTU进展对时。对于RTU未带时标的信息，假设需求可以由系统后台时钟为其参与时标。.第五节 Open-2000系统SCADA功能及其技术目的一 、数据采集功能6、前置机系统的数据采集性能1可接纳不同传输速率的RTU信息；2可接纳不同类型、不同通讯规约的RTU信息3可接纳不同通讯方式同步方式或异步方式的RTU信息4可接纳不同信道的信息5前置机人机界面友好，可经过软件设置各厂站RTU的参数6无论RTU是以双信道，还是以单信道与调

20、度中心通讯，系统双前置机以热备用方式接纳信息，主备机实现自动切换，切换过程中数据不会丧失。.二 、数据处置功能 1、模拟量处置YC：标度变换；消零飘；越限检查；积分计算和平均值计算；最大值、最小值计算；入库。 2、形状量处置YX:1)监视电网及设备的忽然变化。遥信变位类型确认，判别是事故变位还是正常变位，确定告警方式。2处置后的信息表，包括图形显示、文字显示、语音信息系统、实时及历史数据库、事故追想、变位打印及表格显示、模拟盘显示。 3、标牌设置：对一切设备均可进展挂牌操作，提供警示信息，如：检修、接地、缺点、危险、并列等，存入数据库。 4、脉冲量处置YM：计算本周期电量；积分电度计算；计算分

21、时电量；信息入库。.三 、数值计算功能 在数据采集与监视控制系统中，除设置了大量实测点以外，还有大量的计算点。计算功能在系统启动时随之启动，按照数据变化及规定的周期、时段，不停地处置各种计点。1、总加计算：关口功率、电量总加。2、限值计算：计算越限总时间，合格率。3、累加计算：按时间计算总和，普通是电量。4、功率因数计算：计算各线路、主变及一个地域的功率因数。5、平衡率计算：分线路、变电站或区域进展进出功率平衡的比较网损。.四 、电网控制功能1、遥控操作：开关量输出的结果。可在调度中心实时地对远方厂站开关进展合/分操作；无功补偿设备的投/切；改动有载调压变压器分接头。可靠性要求极高，有严厉的遥

22、控反送校核程序。2、遥调操作：以数字量方式输出，有时也以模拟量方式输出。类似于遥控操作，有严厉反校程序。遥控反送校核程序.五 、告警功能告警发生后，告警信息被分类归档送入数据库；1、告警类型：事故报警；越限报警；2、工况变化报警；各厂站RTU通讯中断或主站缺点时。3、正常变位报警：系统发生正常变位时。4、报警方式：图形，文字，语音，打印，短信等。5、告警信息入库：带时标存入历史库。.1、全图型显示：可实现全电网一次系统的完好图形显示，包括接线图、潮流图、地理图、曲线、棒图、饼图等；2、高分辨率显示；3、多窗口显示；4、快速直接鼠标控制；5、快速呼应；6、具有动态着色功能：可根据电网网络拓扑构造

23、，自动进展判别和推理，能直观地用颜色区分带电和停电范围。7、操作功能灵敏；六 、人机界面显示功能.七 、制表打印功能八 、其他辅助功能制表：1、定义表格格式和数据，可制造任何方式的表格；2、可显示实时数据；3、表格内数据有计算功能；4、制表操作可在线进展；打印：1、定时打印；2、事件驱动打印；3、呼唤打印；.厂站RTU容量；系统实时总容量；历史数据库文档记录资料保管容量；事故追想才干；可靠性、时钟精度、SOE分辨率、CPU负荷率、主站测数据精度等九 、系统规模和技术目的.第六节 远方终端RTU 远方终端RTU又称远动终端，是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动安装，检测并传输各终

24、端发电厂或变电站的信息，并执行调度中心发给厂、所的命令。是电网调度自动化系统在基层的“耳目和“手脚。四遥功能是RTU的根本功能一 、远方终端RTU概念.二、远方终端的义务数据采集数据通讯执行命令其他功能.1、数据采集1模拟量：P、Q、U、I2数字量：电厂坝前、坝后水位等3脉冲量YM：脉冲电能表的输出脉冲4开关量：断路器、隔分开关、继电维护的形状YCYX.2、数据通讯向调度中心发送采集的本厂、站数据接纳调度端下达的各种命令送给厂站执行.3、执行命令根据接纳的命令，完成YK、 YT操作YK： YXYT： YC.4、其他功能本地功能：显示、打印；告警；事故记录等自诊断功能：死机自动恢复，自动监视主、

25、备用通讯信道及切换功能，个别插件损害诊断报告等功能。.三、RTU的构造(一) RTU的硬件构造单CPU构造采集和处置的数据过多？.分CPU总线：选通RTU的构造(多CPU).(二) RTU的功能和软件构造 RTU的各种功能软件普通固化在只读存储器ROM中。 通常包括以下几种： 1) 数据采集软件：模拟量采集、开关量采集、数字量采集和脉冲量采集等。 2) 数据处置软件：数字滤波、越限判别、BCD码转换等。 3) 控制软件：对收到的遥控、遥调等命令付诸执行。 4) 通讯软件：按商定的通讯规约与调度中心相互通讯。 5) 人机联络软件：键盘、屏幕显示及制表打印等。 6) 其它软件：如事件顺序记录、事故

26、追想、自检及调试等。. 各种实时软件要完成的义务可由定时触发或用中断效力程序完成。为此RTU软件包括一个主程序和假设干个中断效力程序。见图主程序框图.RTU厂站远动终端缺点检测及缺点诊断 采用微处置器和数字信号处置技术，延续对各母线电压、主变压器各侧电流、各线路电流进展采样，同时采集变电站内相应开关和刀闸形状、变压器挡位、维护信号、电度量脉冲信号和数字量信号以及控制命令的形状信息，实现遥测、遥信、电度量和BCD码等的采样接纳并向上级传送，同时接受上级的指令完成遥控、遥调输出的功能。 .变电站中的RTU细部.第七节 直流采样及电量变送器 “采样是将现场延续不断变化的模拟量的某一瞬间值，作为“样本

27、采集下来，供计算机系统计算、分析和控制之用。采样分为“直流采样和“交流采样两种。 进展直流采样需求经过一种叫做变送器的设备。变送器是一种物理量变换器件，可以把输入的某种方式物理量按比例准确地变换为同一种方式或另外一种方式的物理量。 除电量电流，电压，功率变送器外，还有温度变送器、压力变送器等非电量变送器。非电量变送器普通被称为传感器。. 将u, i等交流模拟量，经过电量变送器整流，变为相应的直流电压信号，再由模/数(A/D)转换器转换成相应的数字量，就是直流采样。由于对于A/D来说，是对直流模拟信号进展采样和变换。 优点： (1)直流采样对A/D转换器的转换速率要求不高。 (2)直流采样后可方

28、便得到被测值，使得采样程序简单。 (3)直流采样经过了变送器的整流、滤波等环节，抗干扰才干较强。一、直流采样及其优点. 二、变送器的性能目的 变送器性能好坏对电网调度自动化系统的影响是非常大的，有时甚至成为电网调度自动化系统能否正常运转的关键问题，因此对其性能必需给予足够的注重。 准确度和呼应速度是对变送器的最根本技术要求。此外还有抗干扰才干、性能稳定、运转可靠、调试方便等。. (1)准确等级。目前运用的有0.2级和0.5级，其含义是在规范条件下，变送器最大误差不超越0.2%和0.5 % ，允许有一定的附加误差。 (2)抗干扰性能。主要指抗磁场干扰才干。当变送器选用0-5V直流电压输出时，受磁

29、场干扰影响较大;而选用5mA恒流输出时，抗干扰才干较强。. (3)呼应时间，呼应时间T反映了变送器的时间性能。它与时间常数 既有联络又有区别。(4) 线性目的。变送器输出与输人该当是成正比的，亦即线性的。但实践上总存在非线性误差，用非线性度表示。. (5)输出性能与负荷才干。变送器有直流恒压输出与直流恒流输出两种方式，对负荷的要求也有所不同。 . 三、交流电流变送器 交流电流变送器串接于电流互感器的二次回路中，将互感器二次侧交流电流(0-5A)变换成直流电压或直流电流输出。 交流电流变送器按其构成原理可分为简单型和需求辅助电源的改良型两种。. 一简单型 以下图为FS-13型交流电流变送器原理图

30、及其外部接线。.非线性补偿支路 电阻R和与之串联的四个二极管构成了非线性补偿支路。输入小电流时对应TA铁芯磁化曲线的OA段，那么此时的输出电压有较大的负误差。此时二极管遭到电压低，使其内阻变大，这就使补偿支路所分流的电流更加减少，输出直流电压(或电流)稍有增大，刚好补偿了TA铁芯非线性引起的额外负误差。. (二)改良型 以下图为改良型交流电流变送器原理框图。高性能中间电流互感器的铁芯具有线性磁化曲线，从根本上抑制了非线性误差，并可以采用运算放大器构成恒流输出电路(或恒压输出电路)。. 精细的交/直流转换电路是由线性整流电路和平滑滤波器两部分构成的。线性整流电路是在二极管整流器根底上加人了由运算

31、放大器构成的反响系统，使二极管整流产生的非线性畸变大大减小。.全波线性整流电路 当Ui为正半周时，A1输出为正，D1导通，VD2截止，A1成为增益为1的跟随器。 当Ui为负半周时，A1输出为负，VDl截止，VD2导通，A2输出为-Ui 。.精细交流不断流转换电路 上图为接入了有源低通滤波器的精细交流不断流转换电路。有源低通滤波器由运放A3构成。A3输出电压全部直接反响到它的同相输人端，输出端纹波成分被大大减少了。. 恒流输出与恒压输出 恒流输出比恒压输出有更好的抗干扰才干，因此变送器还有恒压一恒流转换电路。当运放放大倍数K很大时，可以证明: UF UT，此时输出电流为：.四、交流电压变送器 交

32、流电压变送器将100V左右的交流电压变换成直流电压或直流电流输出。也分为简单型和改良型两类。.一简单型图为为FS-14型电压变送器原理图和外部接线图。 电力系统的电压互感器二次侧电压，变动范围普通仅为100 V士20V以内，所以，中间电压互感器(TV)铁芯磁化曲线的起始部分导致的非线性误差问题，可不思索了。. 以下图所示为改良的交流电压变送器原理框图，由中间电压互感器、精细交/直流转换电路和恒流输出电路构成。(二)改良型. 功率变送器用来丈量交流电路中的有功功率和无功功率。单相有功功率丈量元件是功率变送器的根本元件。 在单相有功功率丈量元件的电压回路中加一个90O 移相电路，就变成了无功功率丈

33、量元件，用两个或三个这样的根本元件，就可以构成三相功率变送器。四、功率变送器.(一)单相有功功率的丈量 在交流电路中，有功功率的定义是瞬时功率在一个周期内的平均值。 . 由于瞬时功率的第二项为余弦函数，故积分为：U、I分别为电压、电流有效值; 为电流滞后于电压的相位角，即功率因数角。. 可见，假设先由一个乘法电路求出瞬时功p(t)=u(t)i(t)，然后用积分电路或者用低通滤波器滤掉其第二项2倍工频分量UIcos(2t-)，就可得到有功功率UIcos了。. (二)用采样乘法器丈量功率 传统的功率变送器时间常数较大，难以满足快速检测的需求。随着新技术的开展，现已出现多种以新方法构成的功率变送器。

34、用采样乘法器丈量功率，必需在电压峰值那一瞬间，采样电压和电流。. . 一转盘式 转盘式电能变送器是在感应式电能表的根底上附加一个转数脉冲转换安装构成的。转数脉冲转换安装可采用光电法，在转盘上对称的开有小孔或涂以反光条等标志，光源发出的光线透过小孔或经反光条反射到光敏三极管使其导通，就可以得到与转盘转数成正比的一串脉冲，经计数器累计后即可得到电能数。精度不高。 电能变送器就是把被测电路的有功功率转换成脉冲数，对脉冲数的累计就正比于该时段内耗费的电能。六、电能变送器. 静止式电能变换器原理图二静止式 静止式电能变换器原理图中，乘法电路就是交流功率丈量的根本电路，其输出电压正比于有功功率，再经U-f

35、变换将电压变换成正比于功率的频率值，在经脉冲整形，定宽输出，最后送计数器计数，脉冲数累计就是电能值。.江阴长江斯菲尔电力仪表. 如下图的半导体薄片两端通以控制电流 I，在与薄片垂直方向上施加磁感应强度为 B 的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势 ， 的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B，这一景象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。 测出 即可求出B七、霍尔模块实现电气量丈量. 由磁动势平衡有 I1N1=I2N2由此推出 I1=I2N2/N1霍尔元件可以实现非接触式的电气量丈量。. 霍尔模块优点 1呼应速度快2丈量范围广，精度高3过载才干强4一二次

36、电路完全绝缘5可测电流，电压和功率.第八节 交流采样 交流采样不采用以整流为根底的变送器，仅仅将二次交流电压、电流信号经交流变换器(小TV和小TA)隔离和降低幅值后，仍以交流模拟信号供A/D进展采样，然后经过计算得到被丈量的有效值等参数。 交流采样特点:(1)实时性好，微机继电维护也必需采用交流采样(2)能反映原来电压、电流的波形及其相位关系，可用于 缺点录波(3) 免去了大量常规变送器，占用空间和投资均可减小;(4) 采样点数需较多，如每周波要采样12, 16, 20, 24点， 甚至采样32点(分析高次谐波需求)。. 从电压互感器(TV)和电流互感器(TA)输出的电压和电流，首先经过交流变

37、换器转换成士5V(峰值)的交流电压。为了排除干扰，变换器一次侧相间和相地间应接上抗干扰电容，同时一、二次侧应有可靠的屏蔽。在送到A/D变换器前，还应经过前置滤波器(ALF)，将400Hz以上高频成分滤去，以保证采样定理的要求得到满足一、交流采样接口电路.二、交流采样的算法交流采样得到的是正弦信号的瞬时值，需求经过一种算法把正弦信号的有效值计算出来。 (一)一点采样算法(单点算法) 一点采样算法需同时采集三相电压和电流，计算出信号的有效值。 一点采样算法对采样没有定时的要求，不需定时器也可以进展数据采集。其缺陷是算法中没有滤波作用，且要求三相对称，当系统有高次谐波或三相不对称时会产生误差;同时，

38、算法中要求输人同一时辰三相电流和电压，普通的10kV线路不具备这种条件。.(二)两点采样算法 两点采样算法优点是简单快速。缺陷是无滤波，谐波分量会影响结果. 是根据周期延续函数有效值定义，将延续函数离散化，可以得出电压、电流的表达式为 式中: N为每个周期均匀采样的点数(均匀很重要，否那么不准确); ui为第i点电压采样值; ii为第i点电流采样值。(三)基于均方根值的多点采样算法. 由延续函数的功率定义可得离散表达式为:式中: Ui ii 为同一时辰电压及电流采样值; 均方根算法不仅对正弦波有效，当采样点数较多时，也可较准确地丈量畸变波形的电量，这是它的主要优点。 当然为减少误差，采样点数N

39、要增多，而这会使运算时间添加，使呼应速度降低。. 如选用12位A/D变换器，或N取更大些，精度还可提高。 中选用10位A/D变换器时， N取20， U, I的误差约为0.5%, P, Q的误差小于0.9%。.三、交流采样的微机电量变送器 (一)常规电量变送器及直流采样的缺陷 (1)常规变送器本身有误差，因其功耗大，又使TA, TV误差增 大，综合误差更大。 (2)变送器年年运转，外加电磁场、温度的影响，使元器件性能变坏。采用运放、二极管等器件会发生0飘、温飘等，性能不稳定，而且谐波分量对于常规变送器的精度影响较大。 (3)直流采样电路因有RC滤波环节，因此时间常数较大，呼应时间有的长达300-

40、400ms，这使采样实时性较差，无法反映被测交变量的波形变化， (4)常规变送器分立安装，硬件数量多，接线繁琐，造价高。.(二)微机电量变送器的根本原理 微机电量变送器的构造框图和接线图 微机变送器直接对TV, TA输出的交流电压或电流采样，数字化(A/D)后经计算得出电压、电流的有效值和有功、无功电量值。. 电压(电流)隔离变换器包括小TV(TA)、运算放大器及限幅电路等，采样坚持器可将同一瞬间采样得到的电压、电流瞬时值坚持一段时间，然后依次经过多路开关进人A/D(模/数转换器)进展数字化。. 微机电量变送器的根本原理 一个工频周期内采样点必需均匀分布，这是计算方法要求的条件，否那么会产生计

41、算误差。电压过零检测对工频周期T进展丈量，再除以每周期内采样次数N，这样就可计算出采样间隔:T/N。 上述测得的仅是上一个周期的T，而频率总会有微小变动，为此可改用前几个T的平均值。但用这种方法依然会有误差。 真正可以保证无论频率如何变化，都能使采样点在每个周期内严厉均匀分布，那么需采用锁相环技术。. 锁相环 锁相环能使其输出信号的频率紧紧跟踪其输人信号的频率，其原理框图如图.(三)微机电量变送器的优点 (1)微机变送器的中心是单片机，其任务稳定，可靠性很高。 (2)呼应快、精度高。只需适当提高采样次数N，适当提高CPU主频，即可减小误差，提高呼应速度，使丈量误差显著减小。 (3)作为综合丈量

42、系统可资源共享，经济性更好。 (4)性能稳定，不用经常调校，节省了许多工时。 (5)多功能，一台微机电量变送器相当于几十台常规电量变送器，并且可以选择需量丈量、多次谐波丈量及多种电量越限控制或报警等综合功能。 (6)稳定性好，不受谐波干扰。 (7)构造新颖，配置灵敏。 (8) 可分布式安装，交/直流220V电源直接供电，安装更灵敏，运用更广泛。.第九节 模拟量的采集与处置直流采样的模拟量输入输出通道框图图中虚线框1内为模拟量输入通道，模拟量P,Q、U, I经变送器变换成5V以下或4-20mA的直流模拟信号，经模/数(A/D)转换器转换成数字量后进入计算机。而虚线框2内为模拟量输出通道。. 电力

43、系统运转参数u, i等经过TV, TA输出后，经变送器变成0-5V(或4-20mA)的直流模拟信号。为消除干扰，提高输人信号的信噪比，可采用一级或二级硬件RC低通滤波器。同时RC电路又可作为过电压维护，防止浪涌电压进人通道内部损坏各种芯片元件。 不同变送器或传感器输出的电信号各不一样，因此需经信号处置环节将其放大或处置成后面A/D转换器所能接受的电压范围。通常A/D的输人电压范围，单极性为0-5V,。0-10V,0-20V;双极性为0-士2. 5V, 0-士5V, 0-士10V。一、滤涉及信号处置 . 也称采样切换器，是一种受CPU控制的高速电子切换开关。由电量变送器送来的多路模拟量公用一套A

44、/D转换器，只需被选中的一路才可以经过多路开关进人A/D转换器，其他各量那么需等候下一次的选择。二、多路开关MUX . . 采样坚持器S/H的根本原理：A/D转换器完成一次完好的转换需求的一段时间里，模拟量不能变化，才干保证准确性，S/H可将瞬间采集的模拟量坚持一段时间，以保证A/D转换的实时性。 三、采样坚持器S/H 采样坚持器的根本组成原理图.四、数/模(D/A)转换器 数/模(D/A)转换器的作用是将二进制的数字量转换成相应的模拟量。由于有的控制执行元件要求控制信号是模拟电压或电流。另外，模/数(A/D)转换也需求用D/A转换器来产生衡量未知电压的电压祛码。 D/A转换器主要包括电阻开关

45、网络和运算放大器。. 放大系数K很大。输入信号电压值很小、两端电压很小，所以“端电位与“端电位很接近，因此在一端接地时，另一端可近似视为接地，即“虚地。此时： 输入阻抗很大，那么输入到运放中的电流可近似视为0，因此图中个电流之间有如下关系：一运算放大器.二权电阻网络 其本质为反相比例求和电路 .每个权电阻都与相应电子开关串联。图中权电阻网络的总电流为： 假设Rf=R，那么有推行到n位：D/A转换的精度，取决于基准电压Us及电阻精度.三T型电阻解码网络高阻值的高精度电阻制造困难。利用T型电阻解码网络，只需求R和2R。特点：Di为数字量控制双投开关。 Di =1，投UE； Di =0，投接地。Rf

46、=2R时，.特点：Di为数字量控制双投开关。 Di =1，投UE； Di =0，投接地。Rf=2R时，.四D/A转换的实践电路及芯片数据缓冲器：D/A转换需求时间，而在转换期间，数据总线上能够不断向D/A送入数据，缓冲器的作用是在D/A转换期间暂存总线上不断送入的待转换数据。数据锁存器：类似与采样坚持器，保证D/A转换期间数据不发生变化，转换完成再从缓冲器中获取新数据。电流开关：一系列电子开关译码器，将数据信号高、低电平转换为相应开关的通断形状，从而使电阻网路的输出总电流与锁存器中的二进制数码相对应。常见的D/A芯片：DAC1210、AD588、AD7520等。. 关键逻辑模块： 采样及样本坚

47、持：Ux 电压比较运放：Ux 与 Uc 逐次逼近 SAR五、模/数(A/D)转换器一根本原理 实现A/D转换的根本方法有积分法和逐次逼近法，积分法对输入信号求积分，取平均值，抗干扰但转换时间长。 远动安装中普通采用逐次逼近法。.8位逐次逼近型A/D转换器任务原理 (a)原理框图 (b)逐次逼近过程表示 在电压比较器中，先用最高电压砝码Uc与采样得到的模拟电压样本Ux比较，假设缺乏，再添加下一位电压砝码，直至最小砝码。此时，添加的砝码之和即为未知的电压Ux 。.逐次逼近过程阐明.二量化误差：1A/D转换的精度取决于转换的位数，假设为10位A/D，那么其内部D/A必定为10位，即只需10个电压砝码

48、。2当逼近过程中，用上最小一个电压砝码，仍略小于Ux时，此时只能给出一个近似结果丈量值0.5Umin，那么实践值与转换值之间的误差为量化误差，该误差不会超越最小砝码的一半。三常见的A/D芯片： 常用12位逐次逼近A/D芯片-AD574A、AD1674等。 思索问题：1对于范围为010V的A/D转换器，10位A/D转换器的精度是多少？.六、集成数据采集系统 随着大规模集成电路开展，已有将多路开关，采样坚持，和A/D转换器集成于一个芯片产品，如MAX197. . 主要有数字滤波，乘系数，BCD码转换及越限判别等一数字滤波 目的：进一步提高抗干扰的才干，减少误差。 方式：本身是一种计算机程序，也被称为数据平滑。 分类：非递归滤波和递归滤波。 七、模拟量的数据处置.1非递归数字滤波 假设数字滤波的输出结果仅与当前的和过去的输入值有关，而和过去的输出值无关，就称为非递归数字滤波。以书上的例子：设有模拟信号x(f)=u(t)+z(t) 有用信号，f1=2Hz 干扰信号，f2=100Hz采样频率：fs500Hz，采样间隔TS=1/500=2ms，得到样本： x(0), x(1), x(2), x(n-1), x(n).非递归滤波算法：通用表达式：其中：i为加权因子，N为滤波因子长度。滤波原理：干扰普通是高频周期信号，经过N个采样值的算术平均或加权