第4章智能電子設(shè)備的基本原理

1、第四章智能電子設(shè)備的基本原理4.1 引言4.2 智能電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能4.3 模擬量的采集與處理4.4 常用交流采樣算法4.5 模擬量采樣處理方法4.6 開(kāi)關(guān)量采樣與處理4.7 遙控通道與信息處理4.1引言 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。 分布在一定地域的自動(dòng)化系統(tǒng)，普遍采用了分散分布式的結(jié)構(gòu)。 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)：饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)、電力用戶用電信息系統(tǒng)，均為分散分布式的結(jié)構(gòu)。 完成現(xiàn)場(chǎng)層任務(wù)處理的裝置，目前均為微機(jī)式的裝置。這種裝置統(tǒng)稱為智能電子設(shè)備IED（Intelligent Electronic Device）。 定義：智能電子設(shè)備是由一個(gè)或多個(gè)微處理

2、器組成，完成特定的功能，能向外部裝置發(fā)送信息，并能接受外部指令的裝置。 配電網(wǎng)中的智能電子設(shè)備包括TTU、FTU、無(wú)功補(bǔ)償裝置、電子式電能表等，最主要的組成部分之一。 定義：智能電子設(shè)備是由一個(gè)或多個(gè)微處理器組成，完成特定的功能，能向外部裝置發(fā)送信息，并能接受外部指令的裝置。 配電網(wǎng)中的智能電子設(shè)備包括TTU、FTU、無(wú)功補(bǔ)償裝置、電子式電能表等，最主要的組成部分之一。 教學(xué)內(nèi)容： IED的組成結(jié)構(gòu)與基本工作原理。 掌握IED的組成原理、信息處理方法與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。4.2 智能電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能4.2.1 組成、結(jié)構(gòu)4.2.2 主要功能 主要負(fù)責(zé)配電網(wǎng)電氣參數(shù)、配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、配電網(wǎng)二次設(shè)

3、備（包括IED自身)的工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集與處理，對(duì)配電網(wǎng)實(shí)施調(diào)節(jié)控制，是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的“耳目”和“手腳”。 具有數(shù)據(jù)通信的功能，與配電子站和主站通信，將采集、生成的實(shí)時(shí)信息上報(bào)，同時(shí)接收上位設(shè)備下達(dá)的控制和調(diào)節(jié)命令，對(duì)配電網(wǎng)實(shí)施控制調(diào)節(jié)。 具體功能1.數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition） 2.調(diào)節(jié)控制（Regulation and Control） 3.數(shù)據(jù)加工處理（Data Processing） 4.數(shù)據(jù)通信（Data Communication） 5.人機(jī)交互接口（Man Machine Interface） 通信是為了與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。功能： (1)通信接口配置 (2

4、)信息表(數(shù)據(jù)對(duì)象)配置 (3)命令接收與解幀處理 (4)組幀與響應(yīng)幀發(fā)送 4.3模擬量的采集與處理 主要是完成配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的采樣，實(shí)現(xiàn)智能電子設(shè)備的遙測(cè)功能。 采用A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能識(shí)別的數(shù)字量。 為了給A/D轉(zhuǎn)換器提供符合其輸入規(guī)范的電壓信號(hào)，用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行變換。 采樣方式：直流采樣、交流采樣兩種。 （1）交流采樣 直接對(duì)輸入的交流電壓、交流電流進(jìn)行采樣，CPU對(duì)A/D轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量按照一定的算法進(jìn)行計(jì)算，獲得I、U、P、Q全部電氣量信息。 （2）直流采樣 非電氣量采用直流量采樣方法采樣，傳感器將非電氣量變成直流信號(hào)，由直流模擬量采樣通道進(jìn)行采樣。

5、4.3.1模擬量的采樣原理1. A/D1. A/D轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程（1 1）采樣保持（）采樣保持（Sample HolderSample Holder） 原理圖原理圖 波形圖波形圖 采樣過(guò)程采樣過(guò)程采樣保持電路工作原理采樣-保持電路工作原理 （2 2）量化與編碼）量化與編碼(a)只舍不入方式 (b)四舍五入方式 量化過(guò)程的近似方式 2. A/D2. A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（Analog to Digit ConverterAnalog to Digit Converter）（1 1）工作原理）工作原理 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般由順序脈沖發(fā)生器、逐次逼近寄存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電壓比較器等

6、幾部分組成。 逐次逼近型A/D（2 2）性能指標(biāo)）性能指標(biāo) a a）分辯率分辯率 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。 分辯率通常用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，則轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化范圍為05 V，輸出八位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2-8 =20mV；而輸出12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2-12 1.22mV。 b b）精度）精度 精度是指轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度。 絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種。 絕對(duì)精度：對(duì)應(yīng)于輸出數(shù)碼的實(shí)際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差。它是指在零點(diǎn)和滿度都校準(zhǔn)以后，在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，

7、分別測(cè)量各個(gè)數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓實(shí)測(cè)范圍與理論范圍之間的偏差，取其中的最大偏差作為轉(zhuǎn)換誤差的指標(biāo)。絕對(duì)精度通常以數(shù)字量的最小有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示絕對(duì)精度，例如：1LSB。 相對(duì)精度：一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)精度采用相對(duì)誤差來(lái)表示，為絕對(duì)誤差與理想輸入值之比的百分?jǐn)?shù)。 IED量測(cè)領(lǐng)域，相對(duì)誤差分為兩個(gè)級(jí)別：S級(jí)和F級(jí)。所謂S級(jí)誤差和相對(duì)誤差概念一致，而F級(jí)誤差為絕對(duì)誤差與滿量程值之比的百分?jǐn)?shù)。 例如，1V電壓值經(jīng)過(guò)滿量程為10V的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，測(cè)得輸入值為0.99V，其S級(jí)誤差=(1-0.99)/1=1%S，F(xiàn)級(jí)誤差=(1-0.99)/10=0.1%F。F級(jí)誤差也稱為引用誤差。 S級(jí)

8、誤差：如果測(cè)量值在0值附近，由于分母太小，測(cè)量誤差不容易標(biāo)定，一般由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)指定一個(gè)最小的參考值作為分母。例如，A/D的滿量程為10V，在測(cè)量小于等于0.5V的電壓時(shí)，S級(jí)誤差的理想輸入值統(tǒng)一都用0.5V替代。 c）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率 是指完成一次模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)。 d d）量程）量程 A/D轉(zhuǎn)換器能轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)的電壓范圍。例如：05V, -5V+5V, 010V, -10V+10V。 （3 3）選型原則）選型原則 a a）遵循整體設(shè)計(jì)要求的原則）遵循整體設(shè)計(jì)要求的原則 b）較高性價(jià)比的原則）較高性價(jià)比的原則 c）接口方便的原則）接口方便的原則 3. 模擬多路開(kāi)關(guān)（模擬多路開(kāi)關(guān)

9、（Multiplexer） AD7506模擬多路開(kāi)關(guān)工作原理框圖 地址輸入緩沖區(qū)及電平轉(zhuǎn)換譯碼和驅(qū)動(dòng)UDD(+15V)GNDUSS(-15V)OUT S1 S15 S16EN A3 A2 A1 A0 AD公司： AD7506 16路模擬開(kāi)關(guān),Ron 為300450歐,穩(wěn)定時(shí)間700ns1000ns ton=1.5mS,toff=1 mS 速度較低. 快速：接通時(shí)間7nS,中速 00700nS, Ron=100280歐。 接通電阻和電壓有關(guān)， CD4051 Ron為100280歐，當(dāng)Vdd=5V，為280歐， 當(dāng)Vdd 10時(shí)，Ron為100歐 常用芯片：CD4502 雙4選一 AD 公司 AD

10、7502 雙4選一 CD4051 AD7501 7503 八選一 CD4067 AD7506 16 選一4.采樣定理 CPU只能處理離散的數(shù)字信號(hào)，而模擬量都是連續(xù)變化的物理量. 采樣是將一個(gè)連續(xù)的時(shí)間信號(hào)函數(shù)x(t)變成離散信號(hào)x(t)的過(guò)程。 采樣定理: 在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)(fs.max=2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的34倍。 奈奎斯特定理是模擬量數(shù)據(jù)采集的理論基礎(chǔ)。 4.3.2 IED和電力系統(tǒng)連接 電網(wǎng)中除低壓配電網(wǎng)電壓較低外，其余部分的電壓

11、均為高電壓。二次智能電子設(shè)備屬于弱電設(shè)備，不可能直接接入高壓電網(wǎng)。 高壓 低壓 IED二次設(shè)備一次設(shè)備 電壓互感器TV（PT）/電流互感器TA（CT）1.電壓互感器 一次側(cè)的額定電壓為高壓電網(wǎng)的額定電壓，二次側(cè)的額定電壓為100V或100/V。 （1）電壓互感器的主要參數(shù)： 1) 額定一次電壓額定一次電壓Upn: 電壓互感器性能基準(zhǔn)的一次電壓值。電壓互感器的額定一次電壓取電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)的線電壓或相電壓。 2) 額定二次電壓額定二次電壓Usn：電壓互感器性能基準(zhǔn)的二次電壓值。電壓互感器的二次側(cè)電壓為：100V(57.7)V 3)電壓誤差（比誤差）電壓誤差（比誤差）:互感器在測(cè)量電壓時(shí)出現(xiàn)

12、的誤差。它是由實(shí)際電壓比不等于額定電壓比而造成的。電壓誤差以百分?jǐn)?shù)表示如下： 式中：Up-實(shí)際一次電壓，US-實(shí)際二次電壓，Kn-額定一次電壓和二次電壓之比。 4)準(zhǔn)確級(jí)準(zhǔn)確級(jí)：對(duì)電壓互感器所給定的等級(jí)，互感器在規(guī)定的使用條件下的誤差應(yīng)在規(guī)定的限值內(nèi)。100%nspVpK UUU(2) 電壓互感器的接線(a)Y0/Y0形接線 (b)Y0/Y0/（開(kāi)口三角形）形接線 (c)V/V形接線2.電流互感器（1）電流互感的主要參數(shù) 1) 額定一次電流Ipn 2) 二次額定電流Isn 3) 額定電流比Kn 4) 負(fù)荷： 二次回路所接的阻抗Zb,用歐姆和功率因數(shù)表示。 負(fù)荷可用視在功率和伏安值表示，它是在額

13、定電流和功率因數(shù)下所吸收的視在功率Sb。 5) 額定負(fù)荷：確定互感器準(zhǔn)確級(jí)所用的負(fù)荷值。 6) 電流誤差（比誤差）：互感器在測(cè)量電流時(shí)所出現(xiàn)的誤差，它是由于實(shí)際電流比與額定電流比不相等造成的。 式中，Kp-額定變比， IS-測(cè)量條件下通過(guò)一次電流Ip時(shí)的二次電流方根均值，A； Ip-實(shí)際一次電流方根均值，A。 100%p spIpK III6）相位差：一次電流與二次電流的相位之差。若二次電流相量超前一次電流相量時(shí)，取正值。相位差通常用min(分)或crad(厘弧度)表示。7）復(fù)合誤差：在穩(wěn)態(tài)條件下，一次電流瞬時(shí)值與二次電流瞬時(shí)值乘以Kn兩者之差的方根均值。復(fù)合誤差的百分值表示如下：2011()

14、100%npTcspKITiidt8）額定準(zhǔn)確限值一次電流Ipal： 在穩(wěn)態(tài)情況下，電流互感器能滿足復(fù)合誤差要求的最大一次電流值。9）準(zhǔn)確限值系數(shù)(accuracy limit factor)：額定準(zhǔn)確限值一次電流與額定一次電流之比。 Kalf=Ipal/Ipn 8、9參數(shù)僅適用于保護(hù)用互感器。（2）電流互感器的接線 (a) 兩元件接線 三線制:電流互感器安裝在A、C相上，每相二次側(cè)2個(gè)繞組，分別為測(cè)量計(jì)量繞組和保護(hù)繞組。 (b) 三元件接線方式，A、B、C三相均接有二次側(cè)為2個(gè)繞組的互感器分別測(cè)量計(jì)量繞組和保護(hù)繞組。兩元件接線方式三元件接線方式(b)(a)4.3.3交流信號(hào)采樣通道的構(gòu)成交流

15、信號(hào)采樣通道的組成 二次TV/TA互感器信號(hào)調(diào)理電路模擬多路開(kāi)關(guān)采保與AD轉(zhuǎn)換與CPU接口電路電網(wǎng)頻率跟隨與倍頻電路將信號(hào)源提供的信號(hào)變換為模擬器件可以接受的信號(hào) 控制AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，以及控制模擬多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道切換 實(shí)現(xiàn)濾波、IV轉(zhuǎn)換和信號(hào)統(tǒng)一化處理 主要完成模擬信號(hào)的量化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換。 4.3.5交流采樣電路設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的關(guān)鍵技術(shù)交流采樣電路設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的關(guān)鍵技術(shù) （1）同時(shí)）同時(shí)采樣采樣 （2）對(duì)一個(gè)完整周期等間隔）對(duì)一個(gè)完整周期等間隔采樣采樣 測(cè)頻問(wèn)題。測(cè)頻問(wèn)題。 交流采樣算法，要求將連續(xù)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)按照等間隔進(jìn)行采樣，實(shí)際工頻交流量周期不是恒定值. 因

16、此為了保證，工頻量計(jì)算的準(zhǔn)確性，必須進(jìn)行測(cè)頻。 硬件測(cè)頻，采用鎖相環(huán)方式，軟件測(cè)頻跟蹤周期量的過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻。（3）時(shí)鐘）時(shí)鐘 微機(jī)、單片機(jī)的時(shí)鐘為其時(shí)鐘周期的整數(shù)倍。時(shí)鐘周期T又稱為狀態(tài)周期，是時(shí)序中最小的時(shí)間單位。具體計(jì)算就是1/fosc。也就是說(shuō)如果晶振為1MHz，那么時(shí)鐘周期就為1uS；6MHz的話，就是1/6uS。 例如：機(jī)器時(shí)鐘1MHz，測(cè)定的被測(cè)信號(hào)頻率為49.4Hz, 每一周期采樣20點(diǎn)。 每一次采樣時(shí)間 1000000/49.4/20=1016.26uS 1016.26/1=1016.26個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期 每一點(diǎn)采樣取1016個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期。按1016采樣，每采4個(gè)點(diǎn)，少算0.26

17、*4=1.05 uS，按1016采樣，每采20個(gè)點(diǎn)，慢0.2620=5.4個(gè)時(shí)鐘周期。矯正方法為及時(shí)調(diào)整采樣點(diǎn)的時(shí)間。采樣時(shí)間10161016101610171016101610161017101610161017本次采樣誤差-0.26-0.26-0.26+0.74-0.26-0.26-0.26+0.74-0.26-0.260.74累計(jì)誤差-0.26-0.52-0.78-0.04-0.30-0.56-0.82-0.08-0.34-0.60+0.14（4）交流交流采樣的實(shí)時(shí)采樣的實(shí)時(shí)性性（5）抗干擾問(wèn)題抗干擾問(wèn)題4.4常用交流采樣算法4.4.1 一點(diǎn)采樣算法一點(diǎn)采樣算法 對(duì)采樣沒(méi)有定時(shí)要求，不需

18、要設(shè)置定時(shí)器也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其缺點(diǎn)是算法中沒(méi)有濾波作用，且要求三相對(duì)稱，當(dāng)系統(tǒng)有高次諧波或三相不對(duì)稱時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。 算法中要求輸入同一時(shí)刻三相電流與電壓，這對(duì)大型設(shè)備是不成問(wèn)題的，但對(duì)一般的10KV線路則不具備這種條件。22213ABBCACUuuu22231CBAiiiIACCACBBCBAABiiuiiuiiuP91BCAABCCABiuiuiuQ331計(jì)算原理如下：2323222132221313 3sin()sin()sin()1()()()9( )abmbcmcamabbccaabcaababbcbccacaab cbc aca buUtuUtuUtUuuuIiiiPuiiuii

19、uiiQu iu iu i同理：4.4常用交流采樣算法4.4.2 兩點(diǎn)采樣算法兩點(diǎn)采樣算法 兩點(diǎn)采樣值算法是利用一個(gè)周期內(nèi)固定采樣間隔的采樣值求出信號(hào)有效值的方法。兩點(diǎn)采樣具有簡(jiǎn)單快速的優(yōu)點(diǎn)，都能在半周期內(nèi)完成采集，但是對(duì)輸入信號(hào)要求嚴(yán)格，只適于輸入為正弦信號(hào)或有預(yù)濾波裝置的場(chǎng)合。 下面公式 兩點(diǎn)相差22221uuU22221iiI221121iuiuP2222PUIPSQ2另一種兩點(diǎn)采樣算法，能計(jì)算出各種電氣參數(shù)定義： t=t1時(shí) 當(dāng)t=t2=t1+t時(shí)0mmuU sintiI sin(t)111111110mmuu (t )U sintii (t )I sin(t)222211111222

20、20110mmmmmmuu (t )U sin t U sin(tt) U sin(t )cos(t)cos(t )sin(t) u cos(t) U cos(t )sin(t)ii (t )I sin(t) i cos(t)I cos(t)sin(t)由原u1 i111110mmus i n (t)Uis i n (t)Icos(t1)和sin(t1)平方及cos(t1-?0)和sin(t1-?0)和得到：21221212212222mmuuc o sNU()us inNiic o sNI()is inN即可得到Um和Im010110110111221221222m mcoscos(tt )

21、 =cos(t)cos(t )sin(t)sin(t )u *iu *i(u *iu *i )cosN =U I sin ()N0m m P=U I cos101010101001cos(t)cos( t )cossin(t )sincos( t) cos( t )cos sin()=sin(t )得：0m m Q=U I sin() 取t =T/N, T為信號(hào)周期，N為周期等分?jǐn)?shù)，則有t=2/N，代入u2 ，i2 2212221222211122211010NmNNmNmNNuu cos()Usin()mNNii cos()Isin()uu cos() U cos(t )sin()cos(t

22、 )ii cos()I cos(t)sin()cos(t)4.4.3 均方根算法均方根算法 均方根算法是用于監(jiān)控系統(tǒng)的交流采樣的一種良好的算法。其基本思想是根據(jù)周期連續(xù)函數(shù)的有效值定義，將連續(xù)函數(shù)離散化，可得出電壓、電流有效值的表達(dá)式 該算法不僅對(duì)正弦波有效，當(dāng)采樣點(diǎn)較多時(shí)，可較準(zhǔn)確的測(cè)量波形畸變的電氣量，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然為減少誤差，采樣點(diǎn)數(shù)N要較多，而這會(huì)使運(yùn)算時(shí)間增加。NiiuNU121NiiiNI121NiiiiuNP01 2222PUIPSQ U，I有效值，P,Q 有功無(wú)功，S視在功率，小寫(xiě)字母u,I,p為瞬時(shí)值,N為一個(gè)周期采樣點(diǎn)數(shù)。201( )TUut d tT201( )T

23、Iit dtT2211( )( )11NNkkkku tu tUtN tN21( )1NkkitIN001111 P= ( ) ( ) NTTkkkpdtuidtu t i tTTNP22()UIPQ33ABcppllSUIUIPPPP4.4.4 傅里葉算法傅里葉算法 傅里葉算法是利用連續(xù)一個(gè)周期的采樣值求出信號(hào)幅值的方法。傅里葉變換算法計(jì)算電壓、電流有效值的算法思想如下： 假設(shè)交流電氣信號(hào)的離散表示如下：)kN2sin(2v(k)10)2sin()(2NKskNmkvNX10)2cos()(2NKckNmkvNX10)2sin()(2NKskNkvNX10)2cos()(2NKckNkvNX

24、22scXXX4.4.5 現(xiàn)代交流采樣算法現(xiàn)代交流采樣算法 半周波絕對(duì)值積分法的原理是一個(gè)正弦量x(t)在任意半個(gè)周期內(nèi)絕對(duì)值的積分為一常數(shù)S。 所以在求得正弦波的半波面積S后，就可以利用下式計(jì)算正弦波的有效值或幅值：其中，N為每周波采樣點(diǎn)數(shù)，TS為采樣間隔時(shí)間，x(0)為K=0時(shí)的采樣值，x(k)為第K次采樣值， x(N/2)為K=N/2時(shí)的采樣值。XtdtXdttxSTT22sin2)(202022SX 120NKkxTsS4.5模擬量采樣處理方法 主要方法一般包括數(shù)字濾波、越限判別、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等。4.5.1越限判別及越越限判別及越限呆滯區(qū)限呆滯區(qū) 告警上限：當(dāng)模擬量變化超過(guò)此值時(shí)，進(jìn)行告警

25、并記錄。 告警下限：當(dāng)模擬量變化低于此值時(shí)，進(jìn)行告警并記錄。 上復(fù)位限：低于告警上限的一個(gè)值，當(dāng)值低于此值時(shí)，認(rèn)為模擬量恢復(fù)正常。 下復(fù)位限：高于告警下限的一個(gè)值，當(dāng)值高于此值時(shí)，認(rèn)為模擬量恢復(fù)正常。x(t)xxa12bc3d4t0報(bào)警上限越上限復(fù)位線越下限復(fù)位線報(bào)警下限越限呆滯區(qū)4.5.2 零漂抑制與越死區(qū)發(fā)送零漂抑制與越死區(qū)發(fā)送零漂抑制零漂抑制 IED在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，有些測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備實(shí)際處于停運(yùn)狀態(tài)，但是IED采集的電氣量卻并不為0，而是一個(gè)很小的數(shù)值。 當(dāng)這樣的小數(shù)字顯示在監(jiān)控畫(huà)面上時(shí)，容易造成監(jiān)控人員的視覺(jué)誤差，誤認(rèn)為對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備處于投運(yùn)狀態(tài)。 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是模擬

26、量采集通道本身存在一定誤差，而且在0值附近，采樣誤差往往還偏大。在電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域，通俗地將這種現(xiàn)象稱之為“零漂”。越死區(qū)發(fā)送越死區(qū)發(fā)送 節(jié)約通信資源，減少帶寬。 減少上傳信息點(diǎn)個(gè)數(shù)，大幅減小報(bào)文幀大小，這樣可以提高報(bào)文幀傳送的成功率，節(jié)省上位系統(tǒng)報(bào)文幀數(shù)據(jù)處理時(shí)間。 變化量傳輸方法，就是設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)參數(shù)變化死區(qū)閾值，當(dāng)該測(cè)點(diǎn)參數(shù)的當(dāng)前值和上次傳輸?shù)淖兓看笥谒绤^(qū)閾值時(shí)，就在本周期的上傳報(bào)文中發(fā)送該測(cè)點(diǎn)參數(shù)，否則不傳送。死區(qū)閾值大小根據(jù)實(shí)際情況決定，一般為測(cè)點(diǎn)量程的0.1%左右。4.5.3 數(shù)字濾波數(shù)字濾波 1. 非遞歸數(shù)字濾波非遞歸數(shù)字濾波 2. 遞歸數(shù)字濾波遞歸數(shù)字濾波 3. 基于量測(cè)值

27、變化趨勢(shì)的中值濾波算法基于量測(cè)值變化趨勢(shì)的中值濾波算法 4.5.4 標(biāo)度轉(zhuǎn)換標(biāo)度轉(zhuǎn)換 后臺(tái)機(jī)接收的各種模擬量經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，將接收的量變換成實(shí)后臺(tái)機(jī)接收的各種模擬量經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換，將接收的量變換成實(shí)際的物理量，稱為標(biāo)度轉(zhuǎn)換。際的物理量，稱為標(biāo)度轉(zhuǎn)換。 例如：例如：10kV10kV饋線出口電流的測(cè)量用饋線出口電流的測(cè)量用300/5300/5互感器，互感器，IEDIED接入二次互感接入二次互感器將器將-55A-55A變?yōu)樽優(yōu)?3.633.63V-3.633.63V，經(jīng)，經(jīng)ADAD轉(zhuǎn)換和計(jì)算，裝置發(fā)送的值為轉(zhuǎn)換和計(jì)算，裝置發(fā)送的值為0204702047。實(shí)際值和輸出之間關(guān)系為線性關(guān)系。實(shí)際值和輸

28、出之間關(guān)系為線性關(guān)系。 計(jì)算接收到計(jì)算接收到16001600，實(shí)際值是多少？，實(shí)際值是多少？4.6開(kāi)關(guān)量采樣與處理 開(kāi)關(guān)量： (1) 繼電器觸點(diǎn)提供（或合成）。 (2) 反映開(kāi)關(guān)開(kāi)合狀態(tài)、設(shè)備特定工作狀態(tài)。 如：斷路器、刀閘的開(kāi)合狀態(tài)。 繼電保護(hù)動(dòng)作信息。 設(shè)備：運(yùn)行、停運(yùn)，正常、斷線、故障。 模擬量越線。 其它：門禁，動(dòng)物進(jìn)入；壓力超限，油溫超限等。 在IED開(kāi)關(guān)量采樣通道中，采集繼電器觸點(diǎn)。 開(kāi)關(guān)量：表示觸點(diǎn)或虛擬觸點(diǎn)的“開(kāi)”與“關(guān)”的狀態(tài)的量。在數(shù)字設(shè)備中開(kāi)關(guān)量用“0”或“1”來(lái)表示開(kāi)與關(guān)的狀態(tài)。 忽混淆開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量數(shù)字量和模擬量 給IED裝置提供的觸點(diǎn)： 有源：有源觸點(diǎn)通過(guò)電壓反映設(shè)

29、備開(kāi)關(guān)量信息。 無(wú)源：一個(gè)開(kāi)關(guān)回路，開(kāi)入IED裝置時(shí)，無(wú)論反映的是“合”還是“分”，觸點(diǎn)兩端均無(wú)電位差。 斷路器、隔離刀閘的信息，均是無(wú)源觸點(diǎn)。 4.6.1 開(kāi)關(guān)量采集通道的構(gòu)成開(kāi)關(guān)量采集通道的構(gòu)成 信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理、光電隔離、與CPU接口電路組成 。1. 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路無(wú)源觸點(diǎn)接入IED有源觸點(diǎn)接入IED2.信號(hào)調(diào)理電路 （1）濾波：濾去高頻分量。 （2）消抖 消抖電路用于消除開(kāi)關(guān)量輸入過(guò)程中的抖動(dòng)現(xiàn)象。機(jī)械觸點(diǎn)在分合過(guò)程中都存在一個(gè)抖動(dòng)的過(guò)程，同時(shí)開(kāi)關(guān)量輸入通道受電磁干擾，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)量采集時(shí)經(jīng)常發(fā)生瞬間多次連續(xù)變位的現(xiàn)象。3. 隔離電路 隔離部分實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電回路和微處理器（或單片機(jī)的隔離）。 目

30、的：微處理部分抗干擾能力較弱，解決抗干擾能力。 外部電路，繼電器觸點(diǎn)容易氧化、銹蝕，提高電壓解決外部觸點(diǎn)問(wèn)題。（1）信號(hào)繼電器中繼 （2）光電耦合中繼 RS1開(kāi)關(guān)量輸入通道中信號(hào)繼電器中繼方式-220V K1RS2K2+220V UCK1-1K2-1計(jì)算機(jī) 外部無(wú)源開(kāi)關(guān)R開(kāi)關(guān)量輸入通道中信號(hào)繼電器中繼方式-220V +220V UCGND2U01R1UCUDGND1S1外部無(wú)源開(kāi)關(guān) 4.接口電路 開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò)光隔后的信號(hào)，微處理器已可以直接訪問(wèn)。 開(kāi)關(guān)量少，直接接到微處理器IO口。 一般，IED采集的開(kāi)關(guān)量較多，對(duì)微控制器的IO不夠，采用鎖存器方式，對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行分組訪問(wèn)，通過(guò)鎖存器和總線對(duì)開(kāi)關(guān)量

31、進(jìn)行讀取。 接口電路：開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和微處理器之間的接口，有限IO口實(shí)現(xiàn)多路開(kāi)關(guān)量的訪問(wèn)。 4.6.3 事件順序記錄 電力系統(tǒng)發(fā)生事故往往是系統(tǒng)性的，可能有好幾個(gè)變電所、發(fā)電廠的保護(hù)裝置或開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作，為了便于對(duì)事故的分析，需要終端裝置記錄各種開(kāi)關(guān)量的動(dòng)作和動(dòng)作時(shí)間。開(kāi)關(guān)量事件記錄，稱為事件順序記錄。 格式：信號(hào)名稱，時(shí)間，動(dòng)作性質(zhì) 主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率 站內(nèi)與站間事件分辨率，即能區(qū)分各個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的最小時(shí)間間隔。站內(nèi)分辨率小于4ms（2ms），站間分辨率小于10ms。 裝置中，形成事件序列隊(duì)列，發(fā)送到后臺(tái)。 不能丟失。 裝置的時(shí)間：通過(guò)外部對(duì)時(shí)，內(nèi)部守時(shí)。 IEEE 1588 以太網(wǎng)；GPS

32、B碼對(duì)時(shí)。當(dāng)片選端/CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收）DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。4.6.4 開(kāi)關(guān)量信號(hào)去抖動(dòng)處理 繼電器接點(diǎn)閉合時(shí)常會(huì)產(chǎn)生接點(diǎn)抖動(dòng)，消除接點(diǎn)抖動(dòng)和其它干擾噪聲，可采用施密特觸發(fā)器電路。 V1為反極性保護(hù)二極管，R1為泄露電阻，R2限流電阻，V2為門限二極管，起消除噪聲作用.R3為光敏三極管的集電極電阻，R4、C1、D構(gòu)成消抖電路。1） 開(kāi)關(guān)變位的識(shí)別 編程時(shí)開(kāi)關(guān)變位識(shí)別是開(kāi)關(guān)量采集過(guò)程中，一項(xiàng)工作。 假設(shè)CPU 從八位鎖存器得到開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 1“合”，0“分”， 原開(kāi)關(guān)狀態(tài)：D7 D6

33、D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 1 1 0 1 0 現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 1 1 0 1 對(duì)比：D4 1變0、 D2 0變1、D1 1變0，D0 0變14.6.5 開(kāi)關(guān)量采集的算法 (1) 用原開(kāi)關(guān)狀態(tài)和現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)異或運(yùn)算發(fā)現(xiàn)變位 0 0 0 1 0 1 1 1 (2) 變位位與原開(kāi)關(guān)狀態(tài)“與”, 發(fā)現(xiàn)由1 變0位 原開(kāi)關(guān)狀態(tài)： 1 0 0 1 1 0 1 0 變位開(kāi)關(guān)狀態(tài)：0 0 0 1 0 1 1 1 結(jié)果： 0 0 0 1 0 0 1 0 表示D4 、D1位，由 1變0。(3) 現(xiàn)狀態(tài)與變位字節(jié)“與”發(fā)現(xiàn)由0變1位 現(xiàn)

34、開(kāi)關(guān)狀態(tài)： 1 0 0 0 1 1 0 1 變位開(kāi)關(guān)狀態(tài)：0 0 0 1 0 1 1 1 結(jié)果： 0 0 0 0 0 1 0 1 表示D2 、D0由0變1。 總結(jié)：現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài) 原運(yùn)行狀態(tài)得到變位位。 變位位原狀態(tài), 結(jié)果是1的位,表示1變0。 變位位現(xiàn)狀態(tài)，1 位是0變1。(3) 開(kāi)關(guān)狀態(tài)的檢測(cè) 連續(xù)三次采樣，三決二，A*B+B*C+C*A 例一個(gè)點(diǎn)，1 1 0 結(jié)果為1 YX變位，不僅需要正確測(cè)量狀態(tài)，變位時(shí)間非常重要。在一次變位測(cè)試過(guò)程中，每一路YX應(yīng)處于下列三個(gè)狀態(tài)之一。 捕捉開(kāi)關(guān)變位，變位消抖狀態(tài)，變位確認(rèn)狀態(tài)。 第一個(gè)狀態(tài)最重要。 (2) YX變位時(shí)間的確定 一個(gè)裝置中，存在多組YX信號(hào)。一般按照定時(shí)方式掃查方式發(fā)現(xiàn)變位信號(hào)。對(duì)所有的YX信號(hào)輪循一周需要的時(shí)間稱為掃描周期Ts。 確定開(kāi)關(guān)變位時(shí)間有兩種方法：立即計(jì)時(shí)法,終了計(jì)時(shí)法。 立即計(jì)時(shí)法: 在一個(gè)掃描周期中，當(dāng)讀取一組開(kāi)關(guān)變位信號(hào)，發(fā)現(xiàn)變位時(shí)，以發(fā)現(xiàn)變位的時(shí)刻作為開(kāi)關(guān)的變位時(shí)間。終了計(jì)時(shí)法，為每一個(gè)讀取周期結(jié)束時(shí)，進(jìn)行計(jì)算并發(fā)現(xiàn)變位。前者，最嚴(yán)重在Ts周