电网监控与调度自动化 第二章_电网监控与调度自动化
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第二章交流数据采集与处理
• 电量变送器
• 模拟交流量的交换 • 微机变送器与交流采样 • 电力系统数据预处理 • 标度变换 第一节电量变送器
电工测量变送器（电量变送器）是一种电量变换为供测量用的另一种电量的仪器。它在电网监控系统中居首要环节，起着十分重要的作用。
在电力系统中，电量变送器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。第二节模拟交流量的变换
• 交流电流变送器 • 交流电压变送器
• 电能变送器
一、交流电流变送器 在电力系统中，被测的模拟量通常具有较高的电压或较大的电流，一般不宜直接采用电量变送器测量，必须通过电压互感器或电流互感器来实现与较高电压或较大电流系统的隔离。通常电压互感器的副边额定电压为0~100V，电流互感器的副边额定电流为0~5A（少数0~1A）。所以考虑一定的裕度电量变送器的电压输入范围为0~120V；电流输入范围为0~5A或0~1A。由于微机可接受的电压比较低，且常用5V电压作为标准电压，所以电量变送器的电压输出范围一般为0~5V，电流输出范围一般为0~1mA，或4~20mA。具体参考表2-1。
（一）、交流电流变送器的接线形式
（二）、电流变送器的原理框图 中间电流互感器主要起隔离作用，同时也能进一步减小输入电流值，降低后级功耗。2 精密交流—直流交换电路由线形整流电路和低通滤波器组成。恒压输出电路和恒流输出电路
（三）、交流电流变送器整体电路
二、交流电压变送器 交流电压变送器与交流电流变送器原理上相似，由中间电压互感器TV，精密交流—直流变换电路、恒压输出电路和恒流输出电路组成。
三、电能变送器
电能测量实现一般有两种：
一是脉冲电能表；二是电能变送器
电能变送器是在功率变送器的基础上形成的，将功率变送器输出的直流信号变换为与之成正比的脉冲信号。
补充功率变送器的基本原理
（一）、功率与电能的关系
（二）、电能变送器的电路结构
分三个部分：
一、将电路功率转化为直流电压信号的功率变送部分；
二、将代表功率的电压信号转化为脉冲信号的U/f变换部分；
三、将脉冲信号进行分频整形输出部分。
（三）、电压、频率变送器
（四）、电能脉冲输出电路
1．分频目的是保证传输信号的可靠性，易于与干扰相区别。
2.脉冲整形目的是保证整形信号脉冲相等，便于检测和累积。3.电子开关与光电耦合器。识别功率流向和信号的电气隔离。第三节微机变送器与交流采样
模拟量变送器存在的主要问题：
（1）变压器功耗大，对测量精度有影响。（2）附加误差大（3）稳定性差
（4）响应时间较大。
改进：利用微机的运算速度快，采用交流采样，可实现多路测试，减轻互感器的负载，减小测量误差。
一、微机变送器硬件原理
主要有：交流信号输入回路、采样保持器、A/D转换器、CPU和存储器以及工频跟踪和采样时序电路等组成。
二、工频跟踪和采样脉冲的产生
在一个交流信号周期T内，若对每一路输入信号都要采样N次，那么对某一输入信号两次采样之间的时间间隔为Ts=T/N。由于实际电网频率的波动，按T=0.02s计算的Ts采样，将导致采样间隔过大或过小，从而造成附加误差。在微机变送器中，随时测量当时的交流信号周期T，则Ts将随T而变化，使每一个采样周期内都能均匀地采样。
三、采样保持器的作用与原理
采样保持器的作用是保持采样信号在一定的时间内不变，减小A/D转换器的误差。采样定理：如果f（t）是一个有限带宽的信号，最高频率为ωm，若以采样频率为ωs≥ 2ωm对f（t）采样，则离散信号可携带f（t）的全部信息。
四、A/D转换器
作用：将采样得到的模拟信号值转化为数字信号。
第四节电力系统数据预处理
一、滤波
由于谐波和各种干扰的存在，在交流被测量进入测量装置时，设置了模拟式滤波器，以消除较高次谐波。采样后也可以采用一定的算法，消除不需要的谐波。
1.模拟式滤波 主要消除掉输入信号中的干扰，保留有用信号，相对提高输入信号的信噪比。一般采用简单而有效的一级或二级、单向或双向π型RC低通滤波器。
二、数字滤波
数字滤波实际上是一种算法，通过采用一定的算法将采样信号进行滤波，消弱干扰和谐波的影响。
一般有以下几种常用滤波方式：
1.低通滤波，又称递归滤波。本次计算值不仅与本次采样值有关，而且与上一个计算结果有关。
2.非递归滤波本次计算值仅与当前和过去的采样输入值有关，与过去的输出值无关。3.算术平均滤波根据交流信号一周的积分为零的原理，可实现直流量的求取。
二、交流数值的计算
对于交流采样，交流数值的计算方法很多，如傅立叶算法，沃尔什函数法，曲线拟合法。电力系统常用傅立叶算法。
傅立叶算法以傅立叶级数为基础，对于输入量为周期函数的信号来说，可以分解为直流量和各种谐波分量的傅氏级数。
为了得到其基波分量，则用sin(nωt)和cos(nωt)分别与u(t)或i(t)相乘，并在一个周期内积分，则得：
假设，一个周期采样N次，用采样值表示则为：
第五节标度变换
电力系统中的各种参数有不同的量纲和数值变换范围，如电压测量值单位为v或kv，电流的测量值单位为A或kA等。一次检测仪表的变化范围也不同，如电压互感器输出为0~100v 电流为0~5A等，所有这些信号又都经过各种形式的变换器转化为A／D转换器所能接受的信号范围，如0~5v。经A／D转换成数字量，然后再由计算机进行数据处理和运算。经A／D变换成的数字量已成为一种标么值形态，无法表明该遥测量的大小。为了显示、打印、报警及向调度传送，又必须把这些数字量转换成具有不同量纲的数值，以便于操作人员进行监视与管理，这就是标度变换。
