电力系统自动装置第1章

page1第一章自动装置及其数据的采集处理page2内容一、自动装置的组成二、采样、量化与编码技术三、交流采样的电量计算和前置算法page3自动装置的组成自动装置(1)、硬件结构形式(2)、软件(1)、微型计算机系统(2)、工业控制计算机系统(3)、集散控制系统

现场总线系统(1)、系统软件(嵌入式系统)(2)、应用软件(1)、信号采集(2)、参数设置……page4微机型装置的原理☆基本原理模拟信号数字信号微机型自动装置CPU电力系统运行的主要参数为连续的模拟量（V、I、P）。自动装置的首要任务是将模拟量采集、转换为数字量，便于计算机处理。page5微机型装置的原理时间（ms）电压或电流波形（V）page6硬件结构分类（目前电力系统自动装置结构形式）1、微型计算机系统2、工业控制计算机系统3、集散控制系统(DistributedControlSystem-DCS)现场总线系统(FieldbusControlSystem-FCS)对于控制功能单一的自动装置,其输入输出的电气量较少,适于采用微型计算机系统,如同步发电机自动并列装置.对于控制功能要求较高,软件开发任务繁重的系统,适于采用工控机系统,如发电机励磁自动调节系统.对于分散的多对象的成套监测控制装置适于采用DCS或FCS,如发电厂、变电站远动装置和电厂机炉集控系统。page7微型计算机系统定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台才能编程的系统称为微型计算机系统（主要为单片机系统）。微型计算机系统1传感器2采样保持器3模拟多路开关4A/D转换器5存储器6通信单元7中央处理单元CPU8外部设备page8微型计算机系统☆装置硬件结构输入1传感元件（一次变换）放大电路信号调理激励电路模拟信号多路选通器可编程数据放大器CPU单片机、工控机A/D转换器数字显示图形显示打印输出数据存储通信接口传感元件（一次变换）放大电路信号调理激励电路传感元件（一次变换）放大电路信号调理激励电路输入2输入Npage9微型计算机系统1、传感器：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电信号（电压、电流）2、模拟多路开关：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用A/D转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到A/D.目的简化电路，降低成本。3、采样/保持器：A/D转换器完成信号转换需要一段时间，在这段时间内,输入到A/D的模拟信号需保持不变，由S/H完成。S/H电路page10微型计算机系统5、存储器：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。6、通信单元：包括——通信控制器和通信收发器。通信控制器——用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及建立/拆除通信的数据链路。通信收发器——用于处理通信的物理层功能，包括物理引线的排列、机械特性和物理电平等。7、CPU及外设：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。4、A/D转换器：将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。page11微型计算机系统☆多通道共享AD转换模拟信号多路选通器计算机A/D转换器采样/保持输入1输入2输入N···选通控制page12微型计算机系统☆多通道独立AD转换计算机A/D转换器输入1输入2输入N···A/D转换器A/D转换器采样/保持page13微型计算机系统☆开关量输入page14硬件抗干扰措施★GB/T14598.13脉冲群干扰★GB/T14598.14静电放电干扰★GB/T14598.9辐射电磁场干扰☆电磁兼容相关的标准：★GB/T14598.10快速瞬变干扰page15硬件抗干扰措施page16硬件抗干扰措施★给处理器电源加滤波电路★数、模分区，强、弱分离★加装隔离元件☆防止死机的处理措施（硬件布置原则）：★金属外壳，等电位处理page17工业控制计算机系统工业控制计算机——由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有：STD、PC104总线等。STD总线共有56根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级功能分散。page18工业控制计算机系统STD总线的功能单元1CPU单元——STD总线的主处理单元，处理数据、地址和控制功能。一般含有高速CPU和协处理器。2A/D单元——提供模拟/数字转换接口，模数转换和数据读取由CPU单元控制，也可以由外部触发。3存储器单元——作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。4系统支持单元—包括设置开关、后备电池、实时时钟、看门狗watchdog、上电复位、总线终端网络等。5外设单元——包括定时器单元、I/O单元、键盘显示板电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。page19集散控制系统、现场总线系统☆分布式系统结构网络技术在工控领域发展的产物一般为单片机数据采集、控制装置现场总线系统

现场总线系统：融合计算机技术、通信技术、自动控制技术发展而来。

将分散在现场的测控设备变为网络上的节点，以现场总线为纽带，组成网络型控制系统。

由主站（主节点）、从站、路由器等组成。主站（主节点）：完成信息发起、系统运行的协调任务。从站（从节点）：终端设备运行的执行者，完成信号接收、查询、测控工作。路由器：路由、中继、数据交换。page202023/2/26page21软件组成☆应用软件★信号采集与预处理程序：信号采集、标度变换、滤波、存储★主算法程序：将各个功能模块组成为一个程序系统。★运行参数设置程序：参数量程、采样通道号、采样周期等设置。★通信程序：上位机与各个站之间的通信。☆系统软件★Linux★WinCEpage22采样、量化与编码技术1、采样2、量化3、编码Shannon采样定理：采样频率必须大于原模拟信号频谱中最高频率的两倍，则模拟信号可由采样信号来唯一表示。采样周期决定了采样信号的质量和数量。把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。量化信号的数值用二进制代码表示。采用逐次逼近式ADC实现。page23交流采样的电气量计算和前置处理1、电压电流计算一、电气量计算采用变送器时，输出直流量与输入量对应，A/D转换后，可直接送计算机。当进行交流采样时，则要进行以下处理：周期信号，展成傅里叶级数n次谐波的余弦振幅n次谐波的正弦振幅page24交流采样的电气量计算和前置处理n=1时，基频分量的余、正弦振幅f(t)中的基频分量为：page25交流采样的电量计算和前置处理每周采样n次时，第k次电压基频分量的余、正弦系数分别为：基频信号的幅值和初相角分别为：在电压或电流的工频周期内，可用来求出基波信号的实部和虚部分量，从而计算得幅值和相位角。page26交流采样的电量计算和前置处理2、有功功率、无功功率计算三相功率的计算，有三表法、两表法：三表法：采集发电机定子的三相电压、电流，参与运算。page27交流采样的电量计算和前置处理3、功角计算page282023/2/26功角分为内角和外角。内功角发电机假想转子电动势相量和机端电压之间的夹角。外功角发电机假想转子电动势相量和系统电压之间的夹角。

对发电机的运行具有重要意义，计算方法如下：page29交流采样的电气量计算和前置处理二、前置处理采入数据标度变换有效性检验线性化处理数字滤波数据保存实际应用中，计算机采集的模拟量种类较多，用不同的传感器将这些模拟量转换为电压或电流量，经A/D变换为数字量，以不同的通道号代表不同的物理量，存入指定的存储单元，送计算机处理。数据还要进行前置处理，内容有（1）标度变换同样进入A/D的电平信号，代表的意义可能不同。（0-10V或4-20mA），可代表蒸汽压力或温度，或电压量值。由算法乘以不同的标度变换系数，将量值恢复到原来的物理量。（2）数据的有效性检验