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1、电力系统电力系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理自动装置原理自动装置原理上海交通大学 电气工程系电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理自动装置需要哪些必须的模块呢？自动装置需要哪些必须的模块呢？v自动装置的作用：实时探测被测量物理量与其理自动装置的作用：实时探测被测量物理量与其理想值的偏差，产生调整方案，将方案发给执行机想值的偏差，产生调整方案，将方案发给执行机构。是包含自动控制系统的装置。构。是包含自动控制系统的装置。v生活中自动控制系统的例子：根据气象增减服装；生活中自动控制系统的例子：根据气象增减服装；losing weightv可以看出，自动控制系统中需要测量模块、计算可以看
2、出，自动控制系统中需要测量模块、计算分析模块、输出执行模块分析模块、输出执行模块v计算机的发展使得这些模块具有快速、稳定的特计算机的发展使得这些模块具有快速、稳定的特点点电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理自动装置的组成自动装置的组成 微型计算机系统微型计算机系统1.工业控制计算机系统工业控制计算机系统2.集散控制系统集散控制系统DCS和现场总线系统和现场总线系统FCS3.WAN系统等系统等4.v硬件构成形式硬件构成形式电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理微型计算机系统微型计算机系统传感器的作用：将物理量变成计算机能识别电信号那么电力系统电压电流信号用不用传感器呢？A/D转换器的作用模
3、拟多路开关（MUX)的作用（图示一下MUX+传感 器）电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理微型计算机系统微型计算机系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理工业控制计算机系统工业控制计算机系统v含电源、机箱、总线板、键盘等v专门的总线设计，优化安排56根线，使其相互干扰更小v合理的板极布置，每个板极功能独立v优质的电源机箱，适于户外工作和长期工作（of course,more$)总线电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理微型计算机和工控计算机都是单机系统，控制的都是单个设备，例如发电机并网，变压器分接头调整等。而有时候，需要对整个厂站进行监控，这时就需要局域网监控系统。例如，变电站自动
4、化监控系统电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理集散控制系统集散控制系统(DCS)&现场总线系统现场总线系统(FCS)DCSFCSv数据采集测控站数据采集测控站 v上位机上位机 v现场总线主节点现场总线主节点v现场总线从节点现场总线从节点v路由器路由器 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理广域网广域网WAN前述DCS&FBS均属于LAN网络LAN与WAN的区别：作用范围分别为几千米以下和几十千米以上电力系统哪些应用需要LAN，哪些又需要用WAN呢？电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样、量化与编码技术采样、量化与编码技术采样采样对连续的模拟信号对连续的模拟信号x(t)，按一定的时间
5、，按一定的时间间隔间隔Ts，抽取相应，抽取相应的瞬时值的瞬时值 将随时间变化的物理量记录在计算机中，都是采用采用离散化的方式。如果你看到（听到）的回放很“连续”，也只是因为采样间隔小、外部连续化处理做得好。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样、量化与编码技术采样、量化与编码技术量化量化把采样信号的幅值把采样信号的幅值与某个最小数量单与某个最小数量单位的一系列整数倍位的一系列整数倍比较，以最接近于比较，以最接近于采样信号幅值的最采样信号幅值的最小数量单位倍数来小数量单位倍数来表示该幅值。表示该幅值。把量化信号的数值把量化信号的数值用二进制代码表示用二进制代码表示 如果一个最小单位是0.2
6、v,那么采样测出来的0.82v的量化值是多少呢？电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理量化量化设N为数字量的二进制代码位数，量化单位定义为量化器满量程电压值VFSR（Full Scale Range）与2N的比值，用q表示，即有舍有入将信号幅值分为若干层，各层的间隔相等，且等于量化单位q。当信号幅值小于量化单位q/2时，舍去；当信号幅值大于等于量化单位q/2但小于量化单位q时，进一个量化单位。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样、量化与编码技术采样、量化与编码技术编码编码把量化信号的数值把量化信号的数值用二进制代码表示用二进制代码表示 量化和编码的全过程就是A/D转换的过程，用到的设
7、备就是A/D转换器刚才的采样信号编码值采用四位输出是多少？你觉得不太精确吗？怎么改善呢？电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样、量化与编码技术采样、量化与编码技术电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样过程采样过程 采样过程可以看作是脉冲调制过程，采样开关可以看作是调制器。输入信号与输出信号之间的关系可以表达为采样开关控制信号假设采样脉冲为理想脉冲，且考虑到时间为负值无物理意义 单位脉冲函数（t）图示一下电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样过程采样过程 插播问题：采样间隔越大越好还是越小越好？电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样定理采样定理v采样周期Ts决定了采样信号
8、的质量和数量：Ts太小：数据剧增，占用大量的内存单元 Ts太大：模拟信号的某些信息丢失，信号失真v采样定理：指出了重新恢复连续信号所必须的最低采样频率，以保证能不失真地恢复原信号x(t)v香农（Shannon）采样定理 采样频率 模拟信号频谱中最高频率 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样点数与谐波计算采样点数与谐波计算v被采样信号是频率为50Hz的正弦交流信号，则根据采样定理，在该正弦信号的一个周期内，至少多少点的采样，才可以由采样的点值确定正弦信号。v5次谐波计算需要的最小采样点数？电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样点数与谐波计算采样点数与谐波计算被采样信号是频率为50H
9、z的正弦交流信号，在该正弦信号的一个周期内，任意多于两点的采样，就可以由采样的两点值确定正弦信号。是因为：v50Hz对应的周期是0.02Sv根据采样定理，采样频率至少为100Hz，对应的周期为0.01Sv在该正弦信号的一个周期0.02S内要有两个周期为0.01S的采样点。就可保证采样计算的不失真。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理采样点数与谐波计算采样点数与谐波计算5次谐波计算需要的最小采样点数？v在一个周期内采样至少10点。这是因为：v5次谐波的频率是基波的5倍，采样频率也应是基波的5倍。采样的点数也应是基波的5倍。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理交流采样的电量计算和前置算法交
10、流采样的电量计算和前置算法v交流采样的电量计算交流采样的电量计算电压/电流量通常采用工频周期内12点采样法（与香农定理比；并板书简介傅里叶展开）有功功率和无功功率采用“三表法”和“两表法”这里U是基波的实部、虚部电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理交流采样的电量计算和前置算法交流采样的电量计算和前置算法v数据的前置处理数据的前置处理标度变换 数据的有效性检验 线性化处理（消除传感器、变送器的非线性测量）数字滤波 算术平均法 加权平均法 一阶递归法电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理标度变换作用标度变换作用v在被控系统中有各种不同的遥测量，它们的数值不同，量纲相异。v但是经过相应的变送器
11、后，即变成统一的05V直流模拟电压送入远动装置。v经过A/D转换器，变换成几位二进制数。v为了解决用什么方法才能将遥测量的绝对值显示出来的问题，并能在接收端用同一数码显示器显示不同的遥测量值，就要乘以不同的系数。v这个过程称为标度变换电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理标度变换系数标度变换系数v被测量的满量程与模/数转换的输出量,两者呈线性比例关系,比例系数为K,称为标度变换系数标度变换系数。v设遥测量的实际值为S,模/数转换后的值为D,则K=S/Dv因为S和D呈线性比例关系,所以可以以满量程的对应关系来求出标度变换系数K。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理例子例子v【例1】经A/D
12、转换器的转换精度12位，双极性输出，被测电流的满量程为1500A和150A时，求标度变换系数K？v先问个问题，哪个精度更高？v解：双极性输出A/D变换后，当被测值与满量程相等时,转换结果为11位全1码,满量程结果为 11111111111B=2047。被测电流的满量程为1500A时 K=S/D=1500/2047=0.732779677=0.101110111001011B被测电流的满量程为150A时 K=S/D=150/2047=0.0732779677 =0.00010010110B为保证有效位数，1500A标度变换系数比150A的放大10倍电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v今测得
13、A/D值为06F6H,被测电流的满量程为1500A和150A时，分别计算其对应的被测电流值？首先将所测值转换为十进制值。06F6H0011011110110B1782Dv满量程为1500A时，被测电流值=1782 K=1782 0.732779677=1305.8132（A）v满量程为150A时，被测电流值=1782 K=1782 0.0732779677=130.58132（A）电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理v直流变换采样的电量计算【例2】采用电压变送器测量电网电压值，AD转换器的转换精度12位，单极性输出，电网为110kV，今测得A/D值为0CF6H，计算其原电压值。解：首先将所
14、测值转换为十进制值。0CF6H0110011110110B3318D12位A/D转换的最大值为111111111111B，即0FFFH代表直流5V电压。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理111111111111B转换为十进制为4095。根据A/D的线性关系有：4095：3318=5V：xx=33185/40954.05(V)变送器的直流5V代表交流侧110kV电压则110kV：y=5：4.05y=4.05110/5=89.1(kV)这样经过标量计算后得被测电压值为89.1kV。这道题的解法也可以不涉及5v,这里主要是为了让大家理解有两级变换电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理死区死区
15、v由于厂站端的一些参数例如母线电压等，平时变化不大，远动装置在收集后要传送到调度中心去。如果它变比不太大，甚至无变化，也向调度中心传是不必要的，反而增加了装置处理数据的负担。v为了提高装置效率和信道利用率，在处理这类模拟量时，采用“阈值”方法，只有变化量超过这个阈值时才传送，小于或等于阈值就不传送，这个阈值称为“死区”。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理远动终端概念远动终端概念v 远动终端(Remote Terminal Unit)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装置，简称RTU。vRTU采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状
16、态的模拟量和状态量v监视并向发电厂（变电站）值班室、调度中心传送这些模拟量和状态量v执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调节命令。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理RTU在电网监控系统中的示意图在电网监控系统中的示意图电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一种典型的远动终端一种典型的远动终端 机柜机柜机箱机箱各种插件板各种插件板电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理 RTU的主要功能的主要功能 1采集状态量信息2采集模拟量测量值3与调度端进行通信4被测量越死区传送5事件顺序记录（SOE）6执行遥控命令7系统对时8自恢复和自检测功能返回本章首页电力系统电力系统自动装置原理自动装置
17、原理OUTA3A2A1A0IN00000IN20001IN40010IN60011IN10100IN30101IN50110IN70111 RTU模拟量输入电路原理图模拟量输入电路原理图CD406*:采样保持电路AD92*:A/D转换器电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理时序图时序图电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理A/D转换器转换器 交流采样时序计算：vTss=Ta+Tb+Tcv其中：Tss为采样时序脉冲信号的周期 Ta 为A/D转换时间也是采样保持时间；Tb为采样时间；Tc为CPU处理采样时间电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理A/D转换器转换器 交流采样时序计算：vTs=T/N v(l+m)Tss=Ts。v其中：Ts为采样信号周期，T为交流信号周期N为交流信号周期内采样的点数l+m为交流信号周期内所采样的路数（l为电压采集路数，m为电流采集路数）