第四章

數(shù)據(jù)采集電力系統(tǒng)運(yùn)行控制

數(shù)據(jù)信息

四遙量遙信斷路器的分合隔離刀閘的分合元件繼電保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)自動(dòng)裝置動(dòng)作狀態(tài)

四遙量遙測(cè)母線電壓、頻率線路有功、無(wú)功、電流變壓器有功、無(wú)功、電流發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功、機(jī)端電壓、電流變壓器分接頭位置水位溫度四遙量遙控?cái)嗦菲鞣趾习l(fā)電機(jī)投切電容器投切遙調(diào)發(fā)電機(jī)功率調(diào)整發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)整變壓器分接頭位置調(diào)整無(wú)功補(bǔ)償容量調(diào)整數(shù)據(jù)采集設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)形式

數(shù)字量輸入

數(shù)據(jù)通道抗干擾繼電器隔離數(shù)據(jù)通道抗干擾光電隔離數(shù)據(jù)通道道抗干擾擾去抖電路路觸點(diǎn)閉合合時(shí)不能能一步到到位，有有一個(gè)抖抖動(dòng)過(guò)程程。一般采用用雙穩(wěn)態(tài)態(tài)觸發(fā)器器實(shí)現(xiàn)。。數(shù)字信號(hào)號(hào)采集三態(tài)門(mén)數(shù)字信號(hào)號(hào)經(jīng)過(guò)隔隔離和去去抖后進(jìn)進(jìn)入三態(tài)態(tài)門(mén)的輸輸入。三三態(tài)門(mén)的的輸出與與微機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)總線線相連。。三態(tài)門(mén)門(mén)未被選選中時(shí)處處于高阻阻狀態(tài)。。CPU讀取數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)發(fā)出出讀三態(tài)態(tài)門(mén)的命命令，三三態(tài)門(mén)被被選中，，數(shù)據(jù)傳傳輸?shù)綌?shù)數(shù)據(jù)總線線，由CPU讀入和處處理。數(shù)字信號(hào)號(hào)采集地址譯碼碼當(dāng)輸入數(shù)數(shù)字通道道比較多多時(shí)，需需要多片片三態(tài)緩緩沖器，，這時(shí)需需要進(jìn)行行地址譯譯碼，以以確定在在某一時(shí)時(shí)刻讀取取哪一片片緩沖器器中的數(shù)數(shù)據(jù)。74LS138A8、A9，AEN低電平做做使能信信號(hào)，A5、A6、A7做片選，Y0～Y7的對(duì)應(yīng)的地址址范圍為：地址總線譯碼輸出地址范圍A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000000×××××Y0000~01F00001×××××Y1020~03F00010×××××Y2040~05F00011×××××Y3060~07F00100×××××Y4080~09F00101×××××Y50A0~0BF00110×××××Y60C0~0DF00111×××××Y70E0~0FF如果有多塊采采集板，可以以使用74LS688這樣的數(shù)值比比較器實(shí)現(xiàn)板板選。數(shù)字信號(hào)采集集采集程序數(shù)字量采集一一般定時(shí)掃查查的方式。首首先設(shè)置定時(shí)時(shí)中斷，定時(shí)時(shí)中斷可以由由CPU自己產(chǎn)生，也也可以使用專專門(mén)的定時(shí)器器/計(jì)數(shù)器芯片如如Intel8253等。定時(shí)中斷斷發(fā)生時(shí)，在在定時(shí)中斷處處理程序內(nèi)依依次讀每個(gè)三三態(tài)緩沖器端端口，將讀入入數(shù)據(jù)放到指指定的數(shù)據(jù)區(qū)區(qū)存放，并進(jìn)進(jìn)行變位判斷斷等。數(shù)字量輸出數(shù)字信號(hào)輸出出輸出過(guò)程輸出通道的主主要特點(diǎn)在于于由于微機(jī)輸輸出的數(shù)據(jù)只只能在總線上上存在很短時(shí)時(shí)間，必須利利用鎖存器保保持信號(hào)電平平，常用的鎖鎖存器有74LS273,74LS373,74LS573等。CPU收到輸出指令令后，向輸出出端口送出狀狀態(tài)字，地址址線上的地址址信號(hào)選通相相應(yīng)的鎖存器器，狀態(tài)字被被鎖存器保持持并通過(guò)隔離離電路和輸出出繼電器輸出出。模擬量輸入模擬量輸入通道道傳感器、變送器器傳感器將非電量量物理量轉(zhuǎn)換為為電量物理量變送器將電量物物理量轉(zhuǎn)換為計(jì)計(jì)算機(jī)可以處理理的電壓電流范范圍一次PT將高壓電電轉(zhuǎn)換為為0～100v的次級(jí)電電壓一次CT將大電流流轉(zhuǎn)換為為0～5A的二次電電流電壓、電電流變送送器將這這些范圍圍的信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)換為為0～＋5v的電壓信信號(hào)或4～20mA的電流流信號(hào)號(hào)功率變變送器器的輸輸出為為雙極極性－－5v~+5v的電壓壓范圍圍模擬量量輸入入通道道信號(hào)處處理電電路多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)開(kāi)關(guān)采樣保保持器器A/D轉(zhuǎn)換器器A/D轉(zhuǎn)換器器逐次逼逼近型型的A/D轉(zhuǎn)換器器工作原原理逐次逼逼近寄寄存器器SARD/A轉(zhuǎn)換器器比較器器時(shí)序和和控制制邏輯輯電路路轉(zhuǎn)換前前將SAR清0。轉(zhuǎn)換換開(kāi)始始后，，先將將SAR最高位位置1，此值值由D/A轉(zhuǎn)換器器轉(zhuǎn)換換成電電壓Uc，與輸輸入電電壓Ux比較，，若Ux>Uc，則該該位保保留，，否則則清0。然后后在對(duì)對(duì)次高高位進(jìn)進(jìn)行同同樣過(guò)過(guò)程。。直至至全部部位完完成。。A/D轉(zhuǎn)換器器逐次逼逼近型型的A/D轉(zhuǎn)換器器特點(diǎn)轉(zhuǎn)換速速度快快。轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間固固定。?？垢蓴_擾能力力較差差。需需要附附加抗抗干擾擾電路路。A/D轉(zhuǎn)換器器A/D轉(zhuǎn)換器器主要技技術(shù)指指標(biāo)分辨率率精度轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間電源靈靈敏度度量程輸出邏邏輯電電平工作溫溫度范范圍A/D轉(zhuǎn)換器器A/D轉(zhuǎn)換器器AD57412位逐次次逼近近型A/D轉(zhuǎn)換芯芯片，，有片片內(nèi)輸輸出數(shù)數(shù)據(jù)鎖鎖存和和三態(tài)態(tài)輸出出功能能，可可進(jìn)行行12位或8位轉(zhuǎn)換換，進(jìn)進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換換時(shí)可可以一一次讀讀出12位數(shù)據(jù)據(jù)，也也可先先讀低低8位，再再讀高高4位，輸輸入可可接單單極性性或雙雙極性性，有有片內(nèi)內(nèi)時(shí)鐘鐘。單極性性接法法雙極性性接法法多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器器各個(gè)模模擬量量在多多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)開(kāi)關(guān)的的控制制下分分時(shí)地地逐一一經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器器轉(zhuǎn)換換，每每次只只選通通一路路。對(duì)對(duì)多路路開(kāi)關(guān)關(guān)的要要求是是斷開(kāi)開(kāi)時(shí)開(kāi)開(kāi)路阻阻抗無(wú)無(wú)窮大大，導(dǎo)導(dǎo)通時(shí)時(shí)阻抗抗為0，切換換速度度快，，工作作可靠靠。常見(jiàn)的的多路路開(kāi)關(guān)關(guān)有CD4051B，AD7506等。。多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器器模擬量量多路路開(kāi)關(guān)關(guān)由三三部分分組成成地址輸輸入緩緩沖和和電平平轉(zhuǎn)換換使得得輸入入端對(duì)對(duì)TTL，CMOS邏輯電電平兼兼容譯碼和和驅(qū)動(dòng)動(dòng)把地地址譯譯為通通道號(hào)號(hào)代碼碼模擬開(kāi)開(kāi)關(guān)，，對(duì)應(yīng)應(yīng)通道道的模模擬開(kāi)開(kāi)關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通，，將該該通道道的輸輸入模模擬電電壓引引至輸輸出端端。多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器器若輸入入模擬擬通道道數(shù)目目超過(guò)過(guò)16，需多多片AD7506，這時(shí)時(shí)需要要增加加譯碼碼器進(jìn)進(jìn)行片片選。。AD7506導(dǎo)通時(shí)時(shí)導(dǎo)通通電阻阻約400Ω，由于于不接接近0，所以以負(fù)載載電阻阻一定定要比比較大大，一一般在在輸出出后增增加一一級(jí)電電壓跟跟隨器器以提提高輸輸入阻阻抗。。采樣保保持器器A/D芯片完完成一一次轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換需需要時(shí)時(shí)間，，對(duì)于于變化化較快快的模模擬量量，如如不采采取措措施會(huì)會(huì)引起起轉(zhuǎn)換換誤差差，一一般增增加一一級(jí)采采樣保保持器器，在在轉(zhuǎn)換換期間間保持持輸入入A/D的模擬擬信號(hào)號(hào)基本本不變變。對(duì)于變變化緩緩慢的的模擬擬量，，可以以不設(shè)設(shè)置這這一級(jí)級(jí)。采樣保保持電電路由由保持持電容容和輸輸入輸輸出緩緩沖放放大器器和控控制開(kāi)開(kāi)關(guān)組組成：采樣期期間，，S閉合，，A1通過(guò)S向Ch充電，，使輸輸出隨隨輸入入變化化而變變化。。保持期期間，，S斷開(kāi)，，由于于A2的高輸輸入阻阻抗，，使得得輸出出保持持充電電時(shí)的的最高高值。。集成化化的數(shù)數(shù)據(jù)采采集芯芯片A/D轉(zhuǎn)換器器、多多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)開(kāi)關(guān)、、采樣樣保持持器是是模擬擬量輸輸入通通道中中的關(guān)關(guān)鍵部部分，，已經(jīng)經(jīng)由一一些公公司開(kāi)開(kāi)發(fā)出出集成成了以以上三三個(gè)部部分的的集成成化的的數(shù)據(jù)據(jù)采集集芯片片。如如MAXIM的MAX197它是一個(gè)多多量程的12位數(shù)據(jù)采集集芯片，只只需一個(gè)＋＋5V電源供電，，片內(nèi)含8路模擬通道道，5MHz帶寬的采樣樣保持器和和12位的A/D轉(zhuǎn)換器。采樣方式三種模擬量量快速變化的的交流量：：如交流電電壓、電流流、功率等等。緩慢變化的的直流量：：如控制母母線的直流流電壓、操操作母線的的直流電壓壓。緩慢變化的的非電量：：如溫度、、壓力、水水位等。采樣方式直流采樣直流電量：：利用直流流電量變送送器將實(shí)際際的電壓電電流值轉(zhuǎn)換換為0～5V的直流電壓壓。交流電量：：采用交流流電壓、電電流和功率率變送器將將相應(yīng)原始始信號(hào)轉(zhuǎn)換換為0～5V或0～±5V的直流電壓壓信號(hào)。非電量：利利用專用的的溫度變送送器、壓力力變送器采樣方式交流采樣只針對(duì)交流流信號(hào)的采采集。直接接將交流信信號(hào)變送為為0～5V的交流電壓壓信號(hào)送至至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行行轉(zhuǎn)換，即即采集交流流信號(hào)的瞬瞬時(shí)值，然然后采用算算法計(jì)算電電壓、電流流的有效值值及利用電電壓電流計(jì)計(jì)算功率。。采樣方式直流采樣的的特點(diǎn)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換換速率要求求不高，軟軟件算法簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，程序序可靠性高高。經(jīng)過(guò)整流和和濾波環(huán)節(jié)節(jié)，抗干擾擾能力較強(qiáng)強(qiáng)。直流采樣樣輸入回回路常采采用RC電路濾去去整流后后的紋波波，采樣樣實(shí)時(shí)性性差，無(wú)無(wú)法反映映被測(cè)量量的波形形，因此此不適用用于微機(jī)機(jī)保護(hù)和和故障錄錄波。需要變送送器屏。。采樣方式式交流采樣樣的特點(diǎn)點(diǎn)實(shí)時(shí)性好好。能反映實(shí)實(shí)際波形形?？梢允÷月怨β首冏兯推?，，功率由由算法計(jì)計(jì)算得到到。對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器和采樣保持持器要求較高，要要求一個(gè)周期內(nèi)必必須有足夠的采樣樣點(diǎn)數(shù)，要求A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度高高。采樣和計(jì)算的程序序比較復(fù)雜。模擬量采集的處理理數(shù)字濾波標(biāo)度變換二－十轉(zhuǎn)換越限判別數(shù)字濾波非遞歸濾波一般形式——濾波因子K——K個(gè)采樣間隔y——輸出x——輸入數(shù)字濾波非遞歸濾波非遞歸數(shù)字濾波的的輸出只與當(dāng)前和和過(guò)去的輸入值有有關(guān)，與過(guò)去的輸輸出值無(wú)關(guān)。差分濾波器y(n)=x(n)－x(n－K)設(shè)信號(hào)頻率為f，采樣頻率為fs，諧波頻率為mf，N是每周波采樣點(diǎn)數(shù)數(shù)，則可濾除的諧諧波頻率為：數(shù)字濾波非遞歸濾波加法濾波器y(n)=x(n)＋x(n－K)設(shè)信號(hào)頻率為f，采樣頻率為fs，諧波頻率為mf，N是每周波采樣點(diǎn)數(shù)數(shù)，則可濾除的諧諧波頻率為：數(shù)字濾波非遞歸濾波積分濾波器y(n)=x(n)＋x(n－1)＋…＋x(n－K)設(shè)信號(hào)頻率為f，采樣頻率為fs，諧波頻率為mf，N是每周波采樣點(diǎn)數(shù)數(shù)，則可濾除的諧諧波頻率為：非遞歸數(shù)字濾波器器是有限沖擊響應(yīng)應(yīng)濾波器，優(yōu)點(diǎn)是是設(shè)計(jì)比較靈活，，可以實(shí)行理想的的線性相位，缺點(diǎn)點(diǎn)是計(jì)算量比較大大。數(shù)字濾波遞歸濾波一般形式K——K個(gè)采樣間隔L——數(shù)字濾波器的階數(shù)字濾波遞歸濾波一階遞歸數(shù)字濾波波y(n)=αx(n)+(1－α)y(n－1)遞歸數(shù)字濾波相當(dāng)當(dāng)于引入了反饋，，是無(wú)限沖擊響應(yīng)應(yīng)濾波器。它的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算量比較較小，缺點(diǎn)是相頻頻特性非線性，功功率、方向計(jì)算誤誤差較大。標(biāo)度變換對(duì)于不同的模擬量量，它的滿量程是是不同的，但A/D轉(zhuǎn)換出的滿量程結(jié)結(jié)結(jié)果總是同一個(gè)個(gè)值，如12位A/D轉(zhuǎn)換器滿量程轉(zhuǎn)換換結(jié)果為2047，為了將2047變?yōu)閷?shí)際物理量的的滿量程值，需要要乘以一個(gè)系數(shù)，，該過(guò)程稱為標(biāo)度度變換。注意點(diǎn)每個(gè)模擬量的滿量量程都不相同，所所以每路通道對(duì)應(yīng)應(yīng)一個(gè)系數(shù)，該系系數(shù)可以統(tǒng)一存放放在數(shù)據(jù)區(qū)中避免系數(shù)有效位數(shù)數(shù)減少，盡量保證證系數(shù)>1二－十轉(zhuǎn)換連續(xù)減法適用于二進(jìn)制整數(shù)數(shù)。某一二進(jìn)制數(shù)B可表示為連續(xù)減法實(shí)質(zhì)是試試探法，首先減1000，若夠減則D3加1，否則進(jìn)行下一級(jí)級(jí)判斷，最后余數(shù)數(shù)為D0。二－十轉(zhuǎn)換乘十取整法適用于二進(jìn)制小數(shù)數(shù)。某一二進(jìn)制數(shù)B可表示為等式兩側(cè)乘10后得：取整數(shù)部分可求出出D1，再乘10可求出D2，