變電站微機監(jiān)控系統(tǒng)2014

變電站微機監(jiān)控系統(tǒng)2014第一頁，共157頁。1SCADA系統(tǒng)概述第二頁，共157頁。1．1

微機監(jiān)控系統(tǒng)概述1．1．1

工業(yè)自動化與計算機微型計算機的出現(xiàn)，加速了信息社會的進程，并由此而產(chǎn)生了種種令人神往的預(yù)測。微電子技術(shù)影響較大的領(lǐng)域之一，是自動化技術(shù)工具的進步和完善。自動化技術(shù)工具的進步和完善促進了自動化技術(shù)的進一步發(fā)展，工廠（工業(yè)生產(chǎn)）自動化、農(nóng)業(yè)自動化、辦公室自動化、家庭自動化，即所謂“4A”，已成為國際上的熱門話題。

第三頁，共157頁。

工業(yè)過程控制是計算機的一個很重要的應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)控制機正是為滿足這一特定的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域而發(fā)展起來的。它是現(xiàn)代化工業(yè)實現(xiàn)自動化不可缺少的工具。工業(yè)控制機是以電子計算機為核心的測量與控制系統(tǒng)。工業(yè)測控系統(tǒng)通常是由包括傳感器、過程輸入／輸出設(shè)備、計算機以及執(zhí)行機構(gòu)等部分組成的。由系統(tǒng)對客觀世界的各種工作狀態(tài)進行實時數(shù)據(jù)采集、處理并對其實施控制，從而完成自動測控任務(wù)。航空、航天、核能、電力、煤炭、石油、化工、冶金、機械、電子、交通、輕工、紡織等，都在努力實現(xiàn)這種測控自動化。第四頁，共157頁。1．1．2

計算機與微機監(jiān)控系統(tǒng)

凡有微型計算機參與生產(chǎn)過程的監(jiān)視、監(jiān)測和控制管理的系統(tǒng)都可叫做微機監(jiān)控系統(tǒng)。計算機參與生產(chǎn)過程控制有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類方式。開環(huán)控制（離線控制）：計算機的計算結(jié)果僅作為指導(dǎo)生產(chǎn)的參考，生產(chǎn)過程的控制尚須由人工干預(yù)實施。閉環(huán)控制（在線控制）：系統(tǒng)的輸出量對控制作用有直接影響，計算機的計算結(jié)果，直接用來控制執(zhí)行機構(gòu)，生產(chǎn)過程的控制無需人工干預(yù)。第五頁，共157頁。

對于任何生產(chǎn)活動都應(yīng)給以科學(xué)的管理，為此，首先必須及時掌握生產(chǎn)的實際情況，然后才能作出正確的判斷，使生產(chǎn)過程盡可能維持在最佳狀態(tài)。采集生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和控制是科學(xué)管理生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

初級階段：人工進行；高級階段：機器承擔(dān)，按照人的意志自動完成。第六頁，共157頁?，F(xiàn)代生活中有許多的大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，比如電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)等，組成大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)部門多，且分散在相距甚遠的廣闊地區(qū)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，構(gòu)成系統(tǒng)的各部分必須在一個調(diào)度機構(gòu)的統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作。為此，調(diào)度機構(gòu)要隨時了解系統(tǒng)各部分在生產(chǎn)過程中的實際情況，并要此基礎(chǔ)上作出對生產(chǎn)過程進行指揮的策略。為了使調(diào)試工作既滿足實時性好，又保證可靠性高，于是便產(chǎn)生了遠動，并要綜合了自動控制理論、計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)之后迅速發(fā)展起來。第七頁，共157頁。微型計算機技術(shù)通信及接口技術(shù)智能控制技術(shù)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)多媒體技術(shù)andmore…微機遠動技術(shù)第八頁，共157頁。1.1遠動技術(shù)的概念遠動技術(shù)是近年來提出的概念，目前對遠動技術(shù)還沒有一個完整的定義，但它包括傳統(tǒng)的遙控、遙信、遙測、遙調(diào)等技術(shù)，所以可以給遠動技術(shù)下一個粗略的定義：

對物體或各種過程進行遠距離測量和控制的綜合技術(shù)，稱為遠動(Telecontrol)技術(shù)，它具有在人和機器或機器與機器之間遠距離交換信息的功能。

第九頁，共157頁。

傳統(tǒng)遠動裝置的主要功能為“四遙”—遙控、遙調(diào)、遙測、遙信。一、“四遙”功能的定義1.遙控即遠程命令(Telecommand):對被控對象進行遠距離控制，即應(yīng)用遠和通信技術(shù)，使運行設(shè)備的運行狀態(tài)產(chǎn)生變化。被控對象可以是固定的也可以是運動的。這種命令只取有限個離散值，通常只取兩種狀態(tài)命令，例如開關(guān)的“分”、“合”指令。2.遙調(diào)即遠程調(diào)節(jié)(Teleadjusting):對被控站某些設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)的遠距離調(diào)節(jié)，即對具有兩個以上狀態(tài)的運行設(shè)備進行控制的遠程命令。例如在供電系統(tǒng)中遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它具有分級升降功能的場合。第十頁，共157頁。3.遙測即遠程測量(Telemetering):對被測對象的某些參數(shù)進行遠距離測量，應(yīng)用遠程通信技術(shù)傳輸被測變量的值。如可以遙測牽引供電系統(tǒng)中變電所、分區(qū)亭中的有功和無功功率、電度、電壓、電流等電氣參數(shù)，及接觸網(wǎng)故障點等非電氣參數(shù)。又如在國民經(jīng)濟、科學(xué)研究和國防的許多部門，由于一些特殊原因，人們無法接近被測對象，就需要通過遙測來了解和監(jiān)控被測對象的情況。采用遙測技術(shù)，可以提高各部門折自動化程度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和管理調(diào)度質(zhì)量。4.遙信即遠程指示(Teleindication;Telesignalization):將被控站的設(shè)備狀態(tài)信號遠距離傳送給調(diào)度端，即對諸如告警信號、開關(guān)位置這樣的狀態(tài)信號的遠程監(jiān)視。第十一頁，共157頁。第十二頁，共157頁。主要任務(wù)：集中控制集中監(jiān)視正常狀態(tài)下實現(xiàn)合理的系統(tǒng)遠行方式；事故時，及時了解事故的發(fā)生和范圍，加快事故處理，提高安全經(jīng)濟運行水平實現(xiàn)無人化或少人化，提高運行操作質(zhì)量，改善勞動條件第十三頁，共157頁。監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱為微機遠動系統(tǒng)，即SCDAS系統(tǒng)(SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem)。被控端稱為遠方終端，即RTU(RemoteTerminalUnit)

SCDAS除了完成常規(guī)的“四遙”功能外，還可以完成數(shù)據(jù)處理和管理功能，編制各種不同的圖形、報表，提供復(fù)示終端，與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等功能，提供操作人員的在線培訓(xùn)、防誤操作以及輔助決策等功能。牽引供電SCADA系統(tǒng)是遠動系統(tǒng)的一個典型應(yīng)用第十四頁，共157頁?！?.2遠動技術(shù)的發(fā)展20世紀30年代用于鐵路遠輸系統(tǒng)40年代用于電力系統(tǒng)。我國的遠動技術(shù)從20世紀50年代起步，50年代末在電力系統(tǒng)中使用。60年代電氣化鐵道遠動系統(tǒng)在我國開始研制，80年代才得到廣泛應(yīng)用。遠動系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器、晶體管(分立元件)、集成電路和微機遠動系統(tǒng)幾個階段，相應(yīng)的遠動系統(tǒng)也稱為第一代、第二代、第三代和第四代遠動系統(tǒng)。前三代稱為布線邏輯遠動系統(tǒng)，第四代即為微機遠動系統(tǒng)。目前，廣泛應(yīng)用的電鐵遠動系統(tǒng)均為微機遠動系統(tǒng)。第十五頁，共157頁。1.3計算機遠動的基本組成計算機遠動系統(tǒng)的主要任務(wù)是對物體和各種過程實時進行遠距離監(jiān)控與調(diào)度，因此可以給出一個計算機遠動系統(tǒng)組成的基本模式：調(diào)度端通信信道被控端1被控端2被控端3被控端4被控端N信號轉(zhuǎn)換裝置1信號轉(zhuǎn)換裝置2信號轉(zhuǎn)換裝置3信號轉(zhuǎn)換裝置4信號轉(zhuǎn)換裝置N……第十六頁，共157頁。第十七頁，共157頁。遠程維護MODEM

實時打印機報表打印機GPS系統(tǒng)調(diào)度員工作站維護工作站拷貝機通道雙切網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器WEB工作站大屏系統(tǒng)通信系統(tǒng)UPS變電所的監(jiān)控變電所的監(jiān)控變電所的監(jiān)控變電所的監(jiān)控遠程維護SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第十八頁，共157頁。1.4遠動系統(tǒng)的分類1.按遠動功能的實現(xiàn)方式分：

布線邏輯式遠動系統(tǒng)計算機遠動系統(tǒng)2.按遠動裝置采用的元件是否有接點分：

有接點遠動系統(tǒng)無接點遠動系統(tǒng)3.按遠動技術(shù)的信息傳輸方式分：

循環(huán)式遠動系統(tǒng)問答式遠動系統(tǒng)第十九頁，共157頁。4.按遠動裝置的工作方式分：1：1工作方式遠動系統(tǒng)(每個被控端對應(yīng)一臺調(diào)度端)1：N工作方式遠動系統(tǒng)(調(diào)度端一臺裝置對應(yīng)N臺被控端)M：N工作方式遠動系統(tǒng)(調(diào)度端M臺裝置對應(yīng)N臺被控端)5.按遙控、遙測系統(tǒng)傳輸指令和信息是利用無線信道還是有線信道分：

無線信道遠動系統(tǒng)，常用的無線傳輸手段有無線電、紅外線、激光、微波等。有線信道遠動系統(tǒng)，常用的有線傳輸手段有郵電載波、有線載波、同軸電纜、電力線、電話線載波、光纖等。第二十頁，共157頁。6.按被控對象是分散還是集中分：

分散式遠動系統(tǒng)集中型遠動系統(tǒng)此外還可根據(jù)被控對象是固定還是活動，是鏈式分布還是輻射分布分為固定目標或活動目標遠動系統(tǒng)；鏈式或輻射式遠動系統(tǒng)。第二十一頁，共157頁。1.5遠動系統(tǒng)配置的基本模式遠動配置(Telecontrolconfiguration)是指主站與若干子站以及連接這些站的傳輸鏈路的組合體。1.點對點配置(Point-to-PointConfiguration)：主站與子站之間通過專用的傳輸鏈路相連接的一種配置。2.多路點對點配置(MultiplePoint-to-PointConfiguration)：主站通過各自鏈路與多個子站相連的一種配置，主站與各子站可同時交換數(shù)據(jù)。第二十二頁，共157頁。3.多點星形配置(Multipoint-starConfiguration)：主站與多個子站相連的一種配置。任何時刻只許一個子站向主站傳輸數(shù)據(jù)；主站可以選擇一個或多個子站傳輸數(shù)據(jù)，也可向全部子站同時傳輸全局性報文。4.多點共線配置(Multi-partylineConfiguration)：主站通過一公共鏈路與多個子站相連的一種配置。任何時刻只許一個子站傳輸數(shù)據(jù)到主站；主站可以選擇一個或多個子站傳輸數(shù)據(jù)，也可向全部子站同時傳輸全局性報文。5.多點環(huán)型配置(Multipoint-ringConfiguration)：所有站之間的通信鏈路形成環(huán)狀，主站可以通過兩條不同的路徑與每一子站通信。第二十三頁，共157頁。1.6對計算機遠動系統(tǒng)的要求(性能指標)

對任何一種遠動系統(tǒng)而言，可以用遠動系統(tǒng)的性能指標來衡量其優(yōu)劣或作為設(shè)計選型的要求，一般來說有以下幾個方面：1.可靠性遠動設(shè)備中每個設(shè)備的可靠性一般用平均故障間隔時間(MTBF)即兩次偶然故障的平均間隔時間來表示。而整個系統(tǒng)的可靠性通常可以用“可用率”來表示：式中停用時間包括故障和維修時間。影響系統(tǒng)可用率的重要因素有：設(shè)備的質(zhì)量、維護檢修情況、環(huán)境條件、電源供電可靠性及其備用程度。第二十四頁，共157頁。遠動信息在傳輸過程中，會因為干擾出現(xiàn)差錯。傳輸可靠性是用信息的差錯率來表示的。差錯率包括誤編比特率、誤碼率、誤字節(jié)率，常用誤碼率表示。在通常情況下，差錯率要求在信噪比大于15dB時，誤碼率小于10-5。2.容量與功能3.實時性強4.數(shù)據(jù)準確第二十五頁，共157頁。5.設(shè)計合理6.可維護性好7.信道混用8.設(shè)備多樣化9.兼容性強10.使用方便11.抗干擾能力強第二十六頁，共157頁。牽引供電、電力、SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖鐵路通訊網(wǎng)絡(luò)調(diào)度中心局域網(wǎng)調(diào)度中心通訊設(shè)備通訊設(shè)備牽引供電電力供電ＳＣＡＤＡ開閉所牽引變電所牽引變電所分區(qū)所分區(qū)所AT所AT所AT所AT所地方電源變配電所地方電源變配電所地方電源變配電所車站箱變區(qū)間負荷車站車站……貫通線貫通線箱變區(qū)間負荷箱變區(qū)間負荷箱變區(qū)間負荷第二十七頁，共157頁。2調(diào)度端及RTU第二十八頁，共157頁。§2.1調(diào)度端功能調(diào)度端裝設(shè)以微機為基礎(chǔ)的主監(jiān)控機，它監(jiān)控所選定的遠方終端裝置(RTU)，遠方終端由微處理器和接口電路等組裝而成。這種計算機的遠動裝置具有體積小、可靠性高、易于擴展、價格比較便宜的特點。第二十九頁，共157頁。1.數(shù)據(jù)收集調(diào)度端收集各RTU發(fā)送來的數(shù)據(jù)，在終端上顯示有關(guān)數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)處理對RTU送來的數(shù)據(jù)進行處理、運算、判斷。3.控制與調(diào)節(jié)實現(xiàn)人—機對話，形成命令與下發(fā)命令到RTU實現(xiàn)遙控操作。4.人—機聯(lián)系在調(diào)度端收集整理與處理RTU上送數(shù)據(jù)，顯示有關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)送遙控、遙測命令校對命令。在人—機聯(lián)系的另一方面就是制表打印，定點打印負荷、電能、日、月運行報表，召喚打印，操作報表打印，異常及事故打印，畫面拷貝等。第三十頁，共157頁。第三十一頁，共157頁。第三十二頁，共157頁?！?.2

調(diào)度端的硬件結(jié)構(gòu)調(diào)度端遠動設(shè)備是以單機或多機為基礎(chǔ)的計算機系統(tǒng)，完成遙控命令的發(fā)送和遙測、遙信數(shù)據(jù)的接收、輸出執(zhí)行等功能。

目前主要用微機作為主機，另配上大屏幕彩色顯示器、打印機、鼠標或光筆等外部設(shè)備構(gòu)成。主機完成大量的數(shù)據(jù)處理、人機聯(lián)系、畫面曲線顯示等工作。為減輕主機的負擔(dān)，加快運算速度，滿足實時控制的要求，系統(tǒng)一般還配置前置機，來承擔(dān)遠動信息的收集與處理(通信)。集中式（單機、冗余）分布式第三十三頁，共157頁。調(diào)度端結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。第三十四頁，共157頁。新一代調(diào)度管理系統(tǒng)是分布式網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，共享一套數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),人機交互系統(tǒng)和分布式支撐環(huán)境.系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點可以集成在同一節(jié)點上,也可分散駐留于不同節(jié)點,配置靈活,每個單獨的系統(tǒng)都可獨立運行.

分布式SCADA系統(tǒng)調(diào)度端一般為局域網(wǎng)系統(tǒng)，其主要系統(tǒng)為數(shù)據(jù)服務(wù)器，WEB服務(wù)器，調(diào)度員工作站，維護工作站，通信前置機及打印機，模擬屏（大屏幕顯示器）等外設(shè)組成第三十五頁，共157頁。第三十六頁，共157頁?！?.3

軟件軟件從層次上來分，可分為三大類，即系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件由計算機公司提供，面向機器本身，其算法和功能不依賴于特定的用戶。它的主要任務(wù)是使硬件所提供的能力可以得到充分的利用，支持用戶的應(yīng)用軟件的運行并提供恰當(dāng)?shù)姆?wù)。操作系統(tǒng)是微機最基本的系統(tǒng)軟件，由它來管理內(nèi)存分配，鍵盤操作，屏幕顯示，驅(qū)動軟盤，硬盤等外設(shè)。操作系統(tǒng)有一部分固化在主機內(nèi)存中，大部分是在開機后，從軟盤或硬盤調(diào)入內(nèi)存。第三十七頁，共157頁。UNIX+WINDOWS系統(tǒng)特點UNIX操作系統(tǒng)具備高穩(wěn)定性、可靠性及高實時響應(yīng)的特點UNIX操作系統(tǒng)具備強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力及較強的抗計算機病毒侵染的能力UNIX系統(tǒng)軟硬件成本高，運營維護欠直觀。UNIX+WINDOWS系統(tǒng)實現(xiàn)服務(wù)器采用UNIX操作系統(tǒng)，其余均采用WINDOWS操作系統(tǒng)UNIX+WINDOWS系統(tǒng)優(yōu)勢保留了UNIX系統(tǒng)可靠、安全、高實時響應(yīng)的特點，又具備WINDOWS系統(tǒng)操作直觀、簡便、易維護，維護成本低的特點第三十八頁，共157頁。支持軟件對于遠動系統(tǒng)來說主要包括：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和監(jiān)控圖形生成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括建立數(shù)據(jù)庫、修改數(shù)據(jù)、提取數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件包括：數(shù)據(jù)收集軟件、模擬屏接口軟件、同后臺機通信的軟件、計算軟件等。第三十九頁，共157頁。第四十頁，共157頁。

1、客戶/服務(wù)器(C/S)模式

2、分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)分散到各個節(jié)點獨立的數(shù)據(jù)處理能力通過網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成整體數(shù)據(jù)庫第四十一頁，共157頁。第四十二頁，共157頁。2.4RTU的主要功能1．采集狀態(tài)量信息通過一些接口電路，把變電所的斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M制數(shù)據(jù)，存儲在計算機的某個內(nèi)存區(qū)。2．采集模擬量測量值所謂采集，即把變電所的一些電流量、電壓、功率等模擬量，通過互感器、變送器、A／D轉(zhuǎn)換器變成二進制數(shù)據(jù)，存儲在計算機的某個內(nèi)存區(qū)。3．與調(diào)度端進行通信把采集到的各種數(shù)據(jù)，組成一幀一幀的報文送往調(diào)度端，并接收調(diào)度端送來的命令報文。通信規(guī)約一般有應(yīng)答式(polling)、循環(huán)式(CDT)等。RTU應(yīng)具備通信速率的選擇功能，還應(yīng)有支持光端機、微波、載波、無線電臺等信道通信轉(zhuǎn)換功能。

第四十三頁，共157頁。4．被測量越死區(qū)傳送每次采集到的模擬量與上一次采集到的模擬量(舊值)進行比較，若差值超過一定的限度(死區(qū))，則送往調(diào)度端，否則，認為無變化，不傳送。這可以大大地減少數(shù)據(jù)的傳輸量。5．事件順序記錄(SOE)

當(dāng)某個開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變位后，記錄下開關(guān)號，變位后的狀態(tài)，以及變位的時刻。事件順序記錄有助于調(diào)度人員及時掌握被控對象發(fā)生事故時各開關(guān)和保護動作狀況及動作時間，以區(qū)分事件順序，作出運行對策和事故分析。時間分辨率是事件順序記錄的重要指標，分為RTU內(nèi)與RTU之間兩種。第四十四頁，共157頁。

(1)SOE的RTU內(nèi)分辨率。在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辨認的最小時間稱為SOE的站內(nèi)分辨率。在調(diào)度自動化中，SOE的站內(nèi)分辨率一般要求小于5ms，其大小由RTU的時鐘精度及獲取事件的方法決定。

(2)SOE的RTU之間分辨率。

SOE的RTU之間分辨率，即站間分辨率，是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辨認的最小時間，它取決于系統(tǒng)時鐘的誤差和通道延時的誤差、中央處理機的處理延時等，SOE的站間分辨率一般要求小于10ms，這是一項整個遠動系統(tǒng)的性能要求指標。第四十五頁，共157頁。6．執(zhí)行遙控命令調(diào)度端發(fā)來遙控命令，RTU收到命令，確認無誤后，即進行遙控操作，通過接口電路，執(zhí)行機構(gòu)，使某個或多個斷路器或隔離開關(guān)進行“合”或“分”的操作。

7．系統(tǒng)對時

RTU站間SOE分辨率是一項系統(tǒng)指標，因此它要求各RTU的時鐘與調(diào)度中心的時鐘嚴格同步。采用時鐘同步的措施有以下兩點：

第四十六頁，共157頁。

(1)采用全球定位系統(tǒng)GPS。該方法需要在各站點安裝GPS接收機、天線、放大器，并通過標準RS-232口和RTU相連。

(2)采用軟件對時。

CDT、DNP、Modbus等規(guī)約提供了軟件對時手段，可采用軟件對時。但由于受到通信速率的影響，需要采取修正措施。這種方法的優(yōu)點是不需要增加硬件設(shè)備。第四十七頁，共157頁。8．自恢復(fù)和自檢測功能

RTU作為遠動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，必須保證不間斷地完成和SCADA系統(tǒng)的通信，但RTU的工作環(huán)境惡劣，具有強大電磁干擾，運行中難免發(fā)生程序受干擾，或通信瞬時中斷等異常情況，有時也會發(fā)生電源瞬時掉電，這都會造成RTU死機，而使系統(tǒng)無法收到該被控對象的信息。因此要求RTU在遇這些情況時，能在最短時間內(nèi)自動恢復(fù)，重新從頭開始運行程序，為了維護方便，通常要求RTU含有自檢程序。

第四十八頁，共157頁。除以上功能外，RTU還應(yīng)有以下功能：

1．當(dāng)?shù)仫@示與參數(shù)整定輸入在RTU上安裝一個當(dāng)?shù)劓I盤和LED或LCD顯示器，使得RTU的采集量在當(dāng)?shù)鼐涂梢燥@示到顯示器上，也可通過鍵盤輸入遙測量的轉(zhuǎn)換系數(shù)和修改保護整定值等。2.一發(fā)多收，有時一臺RTU要向不同上級計算機發(fā)布信息，或通信規(guī)約不相同，需實現(xiàn)多規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)。3．CRT顯示與打印制表，要求RTU具有當(dāng)?shù)仫@示功能，并能將異常事故報告打印出來。第四十九頁，共157頁。2.5RTU的硬件構(gòu)成傳統(tǒng)的遠動裝置是由晶體管或集成電路，通過邏輯設(shè)計構(gòu)成的，稱為布線邏輯遠動(或硬件遠動)。自從微型計算機應(yīng)用于遠動以來，遠動的功能設(shè)計主要由軟件的設(shè)計來實現(xiàn)，所以又稱為軟件遠動。第五十頁，共157頁。第五十一頁，共157頁。第五十二頁，共157頁。1哈大線牽引供電SCADA調(diào)度系統(tǒng)項目概況哈大線牽引供電系統(tǒng)管轄全線近950km的復(fù)線電氣化鐵路的17個變電所，供電范圍包括哈爾濱、長春、大連、沈陽四個鐵路分局。全線在沈陽設(shè)置一個總牽引供電調(diào)度所，在哈爾濱、長春、大連設(shè)置三個分調(diào)所。調(diào)度端結(jié)構(gòu)組成:哈大線SCADA系統(tǒng)設(shè)一個主調(diào)度中心，三個分調(diào)度中心，是一個基于廣域網(wǎng)的調(diào)度端（WAN）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第五十三頁，共157頁。主控中心內(nèi)部采用10M/100M自適應(yīng)局域網(wǎng)連接，主要由主服務(wù)器、GPS全球定位系統(tǒng)、調(diào)度員工作站、數(shù)據(jù)維護工作站、通信前置機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及相應(yīng)的外圍設(shè)備組成。各分控中心內(nèi)部通過10M局域網(wǎng)相連，只配置有調(diào)度員工作站及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)和外圍設(shè)備。主控中心和分控中心間通過路由器和高速MODEM相連。第五十四頁，共157頁。哈大線SCADA系統(tǒng)調(diào)度端結(jié)構(gòu)圖第五十五頁，共157頁。特點:調(diào)度端系統(tǒng)可采用廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在廣域網(wǎng)系統(tǒng)中的任何一個工作站上，只要安全權(quán)限允許就可以監(jiān)視和控制整個廣域網(wǎng)內(nèi)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設(shè)備。三個調(diào)度中心的管理權(quán)限也可按需要配置，冗余度高可靠性強。第五十六頁，共157頁。秦沈線SCADA系統(tǒng)調(diào)度端項目概況:秦沈客運專線在沈陽分局設(shè)牽引供電調(diào)度所,該遠動系統(tǒng)由設(shè)在調(diào)度所內(nèi)的控制站設(shè)備、遠動數(shù)據(jù)傳輸通道、設(shè)在沿線各牽引變電所、分區(qū)所、開閉所、網(wǎng)上開關(guān)站及維修基地遠動復(fù)示終端設(shè)備組成。全線調(diào)度劃分為兩個調(diào)度臺。第一調(diào)度臺管轄范圍為由山海關(guān)至錦州南（含），包括四個牽引變電所、一個開閉所、三個分區(qū)所、一個網(wǎng)上開關(guān)站；第二調(diào)度臺管轄范圍為由錦州南（不含）至分局界（錦州與沈陽分局），包括三個牽引變電所、四個分區(qū)所、一個網(wǎng)上開關(guān)站。一個分區(qū)所及一個網(wǎng)上開關(guān)站納入既有哈大線沈陽牽引供電調(diào)度所。其中分局界分區(qū)所采用一機雙調(diào)方式.第五十七頁，共157頁。第五十八頁，共157頁。特點:系統(tǒng)調(diào)度端采用計算機局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)、分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置了主機、調(diào)度員工作站、系統(tǒng)維護工作站、視頻監(jiān)視工作站、前置通信處理機、模擬屏驅(qū)動器、復(fù)示系統(tǒng)處理機等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備及相應(yīng)的人機接口設(shè)備，還設(shè)置了實時數(shù)據(jù)、文檔管理報表打印機、畫面拷貝機及實時監(jiān)視牽引供電系統(tǒng)概況的模擬屏等外圍設(shè)備，同時提供完善的軟件資源及UPS設(shè)備。第五十九頁，共157頁。京津城際軌道工程，電氣化牽引供電、電力遠動工程共設(shè)置一套遠動系統(tǒng)，遠動系統(tǒng)的建成開通將實現(xiàn)京津城際工程電力、電牽系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理。全線設(shè)調(diào)度中心一處，設(shè)于北京南臨時高度指揮中心，本地控制站2處，設(shè)于沿線兩變電所內(nèi)。下設(shè)被控站有變電所2所、ATS所7個、開閉所2所、箱式變電站46個、變配電所12個。京津SCADA系統(tǒng)設(shè)備主要包括控制中心、本地控制站的計算機、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及打印機等；被控站的RTU。SCADA系統(tǒng)采用了西門子的VICOSP500軟件。京津工程全套引進了西門子公司的VICOS-RTU，本產(chǎn)品主要基于SIMATICS7的標準部件，該產(chǎn)品可以模塊化的方式靈活組合。第六十頁，共157頁。第六十一頁，共157頁。第六十二頁，共157頁。采用COSMOS綜合調(diào)度系統(tǒng)，管轄1000km新干線的運行調(diào)度集行車調(diào)度、電力調(diào)度（牽引供電及電力供電）、通信調(diào)度、設(shè)備調(diào)度于一體第六十三頁，共157頁。3遠動信息的信源編碼第六十四頁，共157頁。遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點提供，輔助接點的開合直接反映出該設(shè)備的工作狀態(tài)。無源接點：即空接點，這種接點無論是在“開”狀態(tài)還是“合”狀態(tài)下，接點兩端均無電位差。

有源接點：有源接點在“開”狀態(tài)時兩端有一個直流電壓，是由系統(tǒng)蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護信號提供此類接點。第六十五頁，共157頁。

第六十六頁，共157頁。

不論無源還是有源觸點，由于它們來自強電系統(tǒng)，直接進入遠動裝置將會干擾甚至損壞遠動設(shè)備，因此必須加入信號隔離措施。通常采用繼電器和光電耦合器作為遙信信息的隔離器件。

第六十七頁，共157頁。

下圖給出一種適用于有源和無源接點的實用電路。當(dāng)遙信信源連通(短路)時，輸出YX為高電平；當(dāng)遙信信源懸空或帶有直流正電壓時，YX為低電平。圖中+U的大小選擇應(yīng)根據(jù)電力設(shè)備的輔助觸點與遠動裝置之間距離的遠近來決定，距離遠時+U可選大一些。一般+U取+12V或+24V，當(dāng)然適當(dāng)提高該電壓水平可以增強遙信信息的可靠性和抗干擾能力。第六十八頁，共157頁。

目前在遙信對象狀態(tài)的采集方面也有采用雙觸點遙信的處理方法。雙觸點遙信就是一個遙信量由兩個狀態(tài)信號表示，一個來自開關(guān)的合閘接點，另一個來自開關(guān)的跳閘接點。因此雙觸點遙信需用二進制代碼的兩位來表示?！?0‘’和“01為有效代碼，分別表示合閘與跳閘；“11”和“00‘’為無效代碼。這種處理方法可以提高遙信信源的可靠性和準確性。第六十九頁，共157頁。3.1遙信狀態(tài)的輸入電路

經(jīng)過上述信號處理后，遠動裝置內(nèi)的遙信信息為符合TTL電平的“0”、“1”狀態(tài)信號。每一遙信對象映射到計算機中正好是二進制代碼的一位。大量散亂的遙信對象必須通過遙信狀態(tài)的輸入電路的有效組織，才能便于計算機處理。

接收遙信量的輸入電路可以采用三態(tài)門芯片并行接口芯片數(shù)字多路開關(guān)芯片

第七十頁，共157頁。

三態(tài)門芯片種類很多，有SN74LS240、SN7413241、SN74LS244、SN74LS245等。以SN74LS244為例說明。遙信量接至輸入端，輸出端可直接掛在CPU的數(shù)據(jù)總線上，選通信號由CPU或譯碼電路提供。當(dāng)選通信號為低電平時，輸出狀態(tài)跟蹤輸入狀態(tài)；當(dāng)選通信號為高電平時，輸出處于高阻狀態(tài)，輸入狀態(tài)的變化不影響輸出。第七十一頁，共157頁。并行接口芯片有Intel8l55、Intel8255等。如圖所示，以Intel8255可編程I/O接口芯片為例說明。

Intel8255芯片共有PA、PB和PC三個口，每口都是8位，可用軟件將這三個口設(shè)置為輸入方式，能實現(xiàn)24路遙信量采集。各口數(shù)據(jù)狀態(tài)的讀取控制見下表。Intel8255數(shù)據(jù)讀取控制第七十二頁，共157頁。

在上述兩種實現(xiàn)方法中，CPU一次可以直接讀取8個遙信狀態(tài)量。當(dāng)遙信量較多時，可采用多片三態(tài)門芯片或并行接口芯片，也可采用數(shù)字量多路開關(guān)進行擴展。數(shù)字量多路開關(guān)有SN74150、SN74151等。

SN74151為8選1的數(shù)字量多路開關(guān)，如圖所示，其功能表見表所示。SN74151有8個輸入端D0-D7，兩個輸出端，Y為非反相輸出，W為反相輸出，設(shè)置數(shù)據(jù)選擇A、B、C，可以確定輸出所對應(yīng)的輸入。第七十三頁，共157頁。圖為采用1片SN74LS244和8片SN74151實現(xiàn)64路遙信量輸入的例子。8片SN74151共可接64路遙信量，其輸出分別接至SN74LS244的8個輸入端，SN-74LS244的輸出端接至Intel8031CPU的數(shù)據(jù)總線上。SN74151的數(shù)據(jù)選擇由Intel8031的P1.0-1.2控制，SN74LS244的片選信號由Intel8031的P2.7產(chǎn)生。這樣在74LS244的8路輸入的基礎(chǔ)上，連接8片SN74151實現(xiàn)64路輸入量的擴展。第七十四頁，共157頁。

遙信信息在采集和處理上有兩種不同的模式：定時掃查和變位觸發(fā)。下面以Intel8255為例對8個遙信量輸入的簡單情況分別加以說明。1．定時掃查模式遙信信息不同于遙測信息，它不是隨時隨刻都在變化。通常情況下狀態(tài)是不變化的，而狀態(tài)的改變往往又是瞬間完成的。因此對遙信量采集時，必須不斷地掃查，以捕捉遙信變位。下圖給出了一個8路遙信量采集的電路圖。第七十五頁，共157頁。

將Intel8255的A口設(shè)置為輸入方式，讀A口的狀態(tài)即可得到8路遙信量的狀態(tài)。

通常系統(tǒng)對遙信采集有一分辨率的指標，即對同一遙信量的前后兩次掃查的時間間隔。根據(jù)分辨率可以設(shè)定遙信掃查的時間間隔，一般將遙信掃查置于實時時鐘中斷服務(wù)程序中，每一個等時間間隔，如1—10ms，都要對全部的遙信量進行一次掃查。第七十六頁，共157頁。

遙信定時掃查模式方式簡單、結(jié)構(gòu)清晰。由于在每一個定時間隔中都要進行全遙信掃查，如果采集的遙信量大，同時要求分辨率高時，則會加重CPU的負荷，影響CPU對其他中斷的響應(yīng)速度，延長程序的執(zhí)行時間，降低了實時性。這些問題的解決通常采用智能遙信采集，即用一CPU專門負責(zé)遙信采集，構(gòu)成多CPU的RTU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果是單CPU結(jié)構(gòu)的RTU系統(tǒng)，要有高的遙信分辨率，同時又有整體的實時性，則可以采用下述遙信變位觸發(fā)模式加以實現(xiàn)。第七十七頁，共157頁。2．變位觸發(fā)模式

在實時掃查模式的基礎(chǔ)上，稍加修改則可實現(xiàn)變位觸發(fā)模式。增加一8位數(shù)值比較器74LS688，Intel8255的A口仍接遙信量輸入，同時接到74LS688的P口，Intel8255的B口置成輸出方式，接到74LS688的Q口，74LS688的比較輸出經(jīng)反向后接至Intel8031的外部中斷源INTO上。

第七十八頁，共157頁。3.2模擬量采集接口一、模擬量采集回路多路模擬量一般共用一路A／D轉(zhuǎn)換器及一路采樣保持器，如圖所示。多路通道開關(guān)對各模擬量分別進行順序分配，每個模擬量分別送采樣保持器，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量，然后送入并行接口由CPU處理。第七十九頁，共157頁。A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器的種類有很多，從數(shù)據(jù)的精度(分辨率)來分有8位、10位、12位或更高。1.A/D轉(zhuǎn)換原理1）逐位比較式把待轉(zhuǎn)換的直流模擬電壓與一組呈二進制關(guān)系的標準電壓一位一位的由高至低位進行比較，決定每位是去碼（0）還是留碼（1），從而實現(xiàn)模擬電壓到二進制數(shù)碼的轉(zhuǎn)換。第八十頁，共157頁。D3D2D1D0VREFS3S2S1S023R22R21R20RRF+-+第八十一頁，共157頁。第八十二頁，共157頁。

逐位比較A/D轉(zhuǎn)換采用二分搜索法讓D/A網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓向待轉(zhuǎn)換電壓逼近。因此轉(zhuǎn)換速度快，完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間稱為轉(zhuǎn)換時間，其倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率。在逐位比較中，轉(zhuǎn)換過程是對某一固定的輸入電壓經(jīng)多次比較后得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)正常波動或受到干擾，直接會給轉(zhuǎn)換結(jié)果帶來嚴重誤差。因此在實際應(yīng)用中需在逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換器前加一S/H，以保證轉(zhuǎn)換進行期間輸入電壓不發(fā)生變化。2).雙積分式A/D轉(zhuǎn)換采用U/T（電壓/時間）轉(zhuǎn)換方式。其工作過程分為三個階段完成：采樣階段、回積階段和復(fù)零階段第八十三頁，共157頁。

對周期等于T1或T1/n的對稱交流干擾或尖峰脈沖干擾有很強的抑制作用。

優(yōu)點：轉(zhuǎn)換精度高，抑制干擾能力強，造價低缺點：轉(zhuǎn)換速度低第八十四頁，共157頁。3)并行比較式A/D轉(zhuǎn)換又稱瞬時比較—編碼式A/D轉(zhuǎn)換，是一種轉(zhuǎn)換速度最快，轉(zhuǎn)換原理最直觀的轉(zhuǎn)換技術(shù)。第八十五頁，共157頁。并行比較式轉(zhuǎn)換速率極高，常用于數(shù)字通信技術(shù)和超高速數(shù)據(jù)采集。但其電路組成復(fù)雜，集成度高，一般分辨率較低，價格昂貴。4)U/f轉(zhuǎn)換（略）

直接A/D轉(zhuǎn)換器：輸入的模擬信號直接被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。

間接A/D轉(zhuǎn)換器：是將輸入的模擬信號先轉(zhuǎn)換成某個中間變量（如時間T、頻率F等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量。第八十六頁，共157頁。分辨率=1.分辨率分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號的分辨能力。從理論上講，一個n位二進制數(shù)輸出的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入模擬電壓的2n個不同量級，能區(qū)分輸入模擬電壓的最小差異為（滿量程輸入的1/2n）。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標例如，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為12位二進制數(shù)，最大輸入模擬信號為10V，則其分辨率為第八十七頁，共157頁。2.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間是指A/D轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換啟動信號開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，不同類型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度相差很大。①雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最慢，需幾百毫秒左右；②逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，需幾十微秒；③并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，僅需幾十納秒時間。第八十八頁，共157頁。3.轉(zhuǎn)換誤差它表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上輸出的數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如，轉(zhuǎn)換誤差≤。就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。例：某信號采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s內(nèi)對16個熱電偶的輸出電壓分數(shù)進行A/D轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓范圍為0～25mV（對應(yīng)于0～450℃溫度范圍），需分辨的溫度為0.1℃，試問應(yīng)選擇幾位的A/D轉(zhuǎn)換器？其轉(zhuǎn)換時間為多少？解：分辨率=12位ADC的分辨率=故需選用13位A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時間=第八十九頁，共157頁。AD574的原理結(jié)構(gòu)和使用方法。

1．電路結(jié)構(gòu)

AD574是美國模擬器件公司制造的12位A／D轉(zhuǎn)換芯片，采用逐次逼近轉(zhuǎn)換原理。芯片內(nèi)部包含與微機接口邏輯及三態(tài)輸出緩沖電路?？梢院芊奖愕嘏c8086、Z80、6800、6502等8位通用微處理器和12位、16位微處理器配接，是應(yīng)用廣泛的一種芯片。

AD574內(nèi)部由兩片大規(guī)模集成電路構(gòu)成，每片都包括模擬和數(shù)字兩種電路．其中一片為12位D/A轉(zhuǎn)換器AD565，包括電流輸出和高速開關(guān)電路、激光微調(diào)的薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)、低溫度系統(tǒng)參考電壓源、精密的輸人定標電阻及失調(diào)補償電阻．為了減少芯片系統(tǒng)誤差，在制造過程中，對輸入定標電阻、失調(diào)補償電阻、梯形電阻網(wǎng)絡(luò)及參考電源作了激光修正。另一片是采用集成注入邏輯工藝制造的逐次逼近寄存器、轉(zhuǎn)換控制電路、時鐘電路、總線接口電路和高分辨閂鎖比較器。AD574的雙片結(jié)構(gòu)較混合結(jié)構(gòu)的多片設(shè)計具有更高的可靠性，滿足軍用產(chǎn)品所需的-55～125℃溫度范圍內(nèi)的線性度，在惡劣的環(huán)境下亦能穩(wěn)定地工作。圖5--8為AD574的結(jié)構(gòu)框圖。第九十頁，共157頁。第九十一頁，共157頁。AD574A的非線性誤差小于±1LSB，完成一次轉(zhuǎn)換需要25μs。

AD574A有兩個模擬量輸入引腳10UIN和20UIN都可置成單極性和雙極性輸入方式，因此其模擬輸入量程有四檔：0-+10V、0-+20V、-5-+5V和-10-+10V。A／D轉(zhuǎn)換中的零漂調(diào)整和增益調(diào)整是通過引腳BIPOFF和REFIN外接可調(diào)電位器來實現(xiàn)。如圖所示，RPl為零漂調(diào)整，RP2為增益調(diào)整。在進行零漂調(diào)整和增益調(diào)整時，應(yīng)先確定模擬輸入量是單極性還是雙極性，然后按照下表給出的輸入模擬量與輸出代碼的關(guān)系進行調(diào)整。第九十二頁，共157頁。AD574A的工作過程是由邏輯控制輸入信號CE、CS、R/C、12/8以及A0進行A/D轉(zhuǎn)換的啟動以及數(shù)據(jù)的輸出，其邏輯控制真值表見下表。第九十三頁，共157頁。模擬遙測量輸入的接口電路為了進一步了解遙測量采集的各環(huán)節(jié)，給出32路遙測量采集的實用電路。該電路主要包括三個部分：CPU、譯碼、程序/數(shù)據(jù)存貯(a)圖；多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換，(b)圖。第九十四頁，共157頁。第九十五頁，共157頁。

第九十六頁，共157頁。第九十七頁，共157頁。

在這個電路中，A/D轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)可采用查詢方式，也可采用中斷方式。查詢方式是判斷INT0腳電平的高低來決定何時啟動轉(zhuǎn)換、何時讀數(shù)；中斷方式則是先啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后STS的下降沿觸發(fā)中斷，進入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中讀數(shù)，或再啟動下一次轉(zhuǎn)換。在設(shè)置8031的外部中斷時，應(yīng)置為邊沿觸發(fā)而不是電平觸發(fā)。否則中斷響應(yīng)后，中斷源仍不能消除，這一點值得注意。第九十八頁，共157頁。3.3遙測信息的處理1.數(shù)字濾波一階遞歸濾波法限幅濾波法算術(shù)平均濾波法遞推平均濾波法2.死區(qū)計算3.越限比較4.標度變換與二-十轉(zhuǎn)換5.事故追憶第九十九頁，共157頁。5電量變送器第一百頁，共157頁。

通過變送器測量電量的方法是：首先將被測電量經(jīng)電量變送器變換成直流信號，然后將直流信號送入采樣保持器、A／D轉(zhuǎn)換器，CPU從A／D轉(zhuǎn)換器內(nèi)讀出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，經(jīng)標度變換計算得所測電量值。變送器測量方式中，電量變送器將流互CT、壓互PT送來的交流電量變換成與原交流電量值成線性正比關(guān)系的直流電量，轉(zhuǎn)換后的直流電量范圍一般是直流電壓0～5V，直流電流為0—1mA。

CPU讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)標度變換計算，得到原電量值。第一百零一頁，共157頁。

電量變送器一般有電壓變送器、電流變送器和功率變送器，下面我們分別講述三種變送器的主要原理。一、交流電流變送器交流電流變送器的主要任務(wù)就是將交流電流(由電流互感器CT次邊送來)變換成額定值為5V的直流電壓，交流電流變送器的原理接線圖如圖所示。

第一百零二頁，共157頁。第一百零三頁，共157頁。第一百零四頁，共157頁。三、功率變送器我們下圖所示的橋式開關(guān)電路方案來說明單相功率的測量原理。流過儀表的平均電流I0為:I0=(i

T1-i

T2)/T=i

(T1-T2)/T

如果讓這些開關(guān)的動作受電壓U的控制，使(T1-T2)/T=KU，那末I0=i

(T1-T2)/T=Kui

=KP就和功率成正比了。第一百零五頁，共157頁。功率變送器是用來測量工頻電路中的有功和無功功率，把被測電功率變換成和它成線性關(guān)系的直流電壓。每個功率測量部件為一個時間差值乘法器。第一百零六頁，共157頁。第一百零七頁，共157頁。方波發(fā)生器電路第一百零八頁，共157頁。PWM電路第一百零九頁，共157頁。開關(guān)電路移相電路第一百一十頁，共157頁。一、采樣二、采樣定理三、采樣方式采樣方式大致可分為以下幾種：

1、單一通道采樣方式

(1)異步采樣（或稱定時采樣）異步采樣是保持等間隔的采樣周期不變，通常取fs/f0=N(為整數(shù))，其中f0為工頻頻率，因系統(tǒng)故障時基頻f1將產(chǎn)生變化（偏離），這時，采樣脈沖和輸入信號時間的位置造成異步，將出現(xiàn)誤差。4.2交流采樣第一百一十一頁，共157頁。(2)同步采樣同步采樣一般采用自動跟蹤的方法，經(jīng)常保持fs/f1=N(為常數(shù))，需要由硬件或軟件測量基頻周期的變化，再動態(tài)調(diào)整采樣周期來實現(xiàn)同步。加一種方式為定位采樣：在任可情況下不但要保持fs/f1=N，而且采樣點總位于基波中事選確定的固定位置上，即采樣過程與被測量的正弦基波的給定相樣嚴格同步。其方法是利用硬件或軟件檢測基波或其導(dǎo)函數(shù)的過零點。由于同步定位的技術(shù)比較復(fù)雜，故較少使用。2、多通道采樣方式計算機保護往往需輸入多個信號，如三相電流、電壓、零序電流、電壓等，在每個采樣周期中，對多個通道的輸入信號全部采樣一次，一般有下列幾種。第一百一十二頁，共157頁。(1)同時采樣同時采樣是各通道信號在同一時刻都進行采樣。同時采樣的實施技術(shù)有二種：一種是每一個通道都設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器，同時采樣后同時進行A/D轉(zhuǎn)換，如圖6-14。由于A/D轉(zhuǎn)換器的價格貴，功耗大，經(jīng)濟上不合理。廣泛采用的是，同時采樣依次A/D轉(zhuǎn)換，如圖6-15。第一百一十三頁，共157頁。(2)順序采樣在每一個采樣周期內(nèi)，對上一個通道完成采樣及A/D轉(zhuǎn)換后，再開始對下一通道進行采樣叫順序采樣。順序采樣方式的采樣保持器在多路轉(zhuǎn)換器之后，各通道信號按順序依次完成采樣及A/D轉(zhuǎn)換，從而克服了上述同時采樣所存在的缺陷。市場上出售的多通道采樣A/D轉(zhuǎn)換板大部分是順序采樣方式。

第一百一十四頁，共157頁。

順序采樣必然會給各通道采樣值帶來時間差。由于順序采樣而引起的各通道之間的相角差可如下計算。設(shè)單通道采樣時間為Ts

，單通道A/D轉(zhuǎn)換時間為TA/D

，需求n個通道間的基頻相角差。則第一通道與第n通道的角度差為n，則n=(n-1)(Ts+TA/D)360/T1度

式中，T1為基頻周期，T1

、Ts與TA/D單位為s。例：設(shè)先對三相電流及零序電流采樣后，再對三相電壓采樣，且同相電壓與電流間的各項參數(shù)為n=5,T1=20ms，Ts=10，TA/D=30。則

n=0.36(5-1)(10+30)/20=2.88(度)第一百一十五頁，共157頁。

為了減少角度差，可使采樣與A/D轉(zhuǎn)換重迭進行，即對上一通道值進行A/D轉(zhuǎn)換的同時對下一通道進行采樣，這在技術(shù)上是可行的，此時通道間角度差n的計算公式為n=(n-1)TA/D360/T1度仍用上例，可算得n=0.36(5-1)30/20=2.16(度)第一百一十六頁，共157頁。(3)分組同時采樣將所有輸入通道分成若干組，組內(nèi)各通道同時采樣，組間人為地增加一延時再開始采樣叫分組采樣。第一百一十七頁，共157頁。4.3交流采樣算法的分類現(xiàn)有的算法種類很多，按它們所反映的輸入量情況或反映繼電器動作情況來分類，可分為：1、正弦函數(shù)模型算法它是基于被采樣的電壓和電流是純正弦的信號，從而可以利用正弦函數(shù)的一系列特性，由采樣數(shù)字序列計算出電壓、電流的幅值（有效值）、相位以及功率和測量阻抗的量值的一種運算方法。第一百一十八頁，共157頁。2、周期函數(shù)模型算法假定被采樣的電壓和電流信號是不僅含有純正弦量而且含有高次諧波的周期函數(shù)，以此為基礎(chǔ)由采樣數(shù)字序列中計算出電壓、電流的幅值（有效值）、相位以及功率和測量阻抗的量值。3、隨機模型算法假定被采樣的電壓和電流信號含有純正弦量、高次諧波，而且還有衰減的直流分量，以此為基礎(chǔ)由采樣數(shù)字序列中計算出電壓、電流的幅值（有效值）、相位以及功率和測量阻抗的量值。第一百一十九頁，共157頁。4、輸電線路物理模型算法假定被采樣的電壓、電流信號滿足輸電線路微分方程或積分方程，由此計算出各參量。5、繼電器動作直接算法

第一百二十頁，共157頁。假設(shè)被采樣的電壓電流信號都是純正弦特性，不含非周期分量，又不含高頻分量。一、最大值算法與半周積分算法1、最大值算法在每半周期中取其采樣值的最大值作為幅值，取其采樣值過零點時對應(yīng)的電角度作為相位值。但由于采樣值不一定剛好落在最大值時刻，因此所取值與實際的最大值存在一個誤差。幅值的最大誤差出現(xiàn)在何處？第一百二十一頁，共157頁。最大誤差為：式中T為采樣周期，當(dāng)一周采樣12點時，則

采樣頻率愈高，采周期愈小，則誤差愈小，精度愈高，求解速度需要半個周期的時間，此外幅是由采樣值決定，受干擾信號影響較大，可靠性低。

6.7.16.7.2第一百二十二頁，共157頁。2、半周積分算法重要申明：在以上公式都用T表示采樣周期，以下則用Ts表示；用T表示信號的實際周期。若U=Umsinwt則半周積分為———純正弦量的半周絕對值積分正比于幅值Um，設(shè)半周有k個采樣點，且第一個采樣值的初相角為，則

6.7.3第一百二十三頁，共157頁。當(dāng)

6.7.56.7.46.7.6第一百二十四頁，共157頁。所以二者的誤差為可見，在采樣值情況相同時，用半周積分算法僅由于值的變化引起的誤差就比最大值算法稍大。但由于采用累加法計算值，個別采樣值所受的干擾對累加的影響就相對較小。這種算法也有一定的濾波作用，因為在半波積分過程中，諧波中部分正負半周抵消，剩余未被抵消的部分占總和的比重就減小了,但由第一百二十五頁，共157頁。于它還不能全部濾除所有的諧波分量,因此仍要求另外加入濾波環(huán)節(jié).

用上述兩方法同樣可以得出電流的幅值及相位，由此得到:二、采樣值積算法利用幾個采樣值的乘積來計算電流、電壓、阻抗的幅值和相角等電氣參量的方法。1、兩采樣值算法設(shè)電壓電流為純正弦波

第一百二十六頁，共157頁。6.7.7設(shè)電壓過零點的時刻采樣值為和落后電壓一個相角的電流采樣值為第一百二十七頁，共157頁。而另一時刻的采樣值為

則由上兩式可得

6.7.86.7.9第一百二十八頁，共157頁。6.7.10若用同一電壓的采樣值相乘或同一電流的采樣值相乘，則相當(dāng)于上式中，則

6.7.126.7.13第一百二十九頁，共157頁。由于是已知的常數(shù)，所以都為常數(shù)，故只要送進相隔的兩個時刻的采樣值，便可按式上兩式計算出、，但運算量較大，運算量為：

兩次平方，兩次乘法，一次除法，兩次加減法和一次開平方，占用計算機的時間較多。

如果則6.7.12、6.7.13可簡化為6.7.14第一百三十頁，共157頁。以式6.7.15去除式6.7.9和6.7.10可得測量阻抗中的電阻和電抗分量

6.7.166.7.156.7.17第一百三十一頁，共157頁。由上兩式可得：

6.7.186.7.196.7.20第一百三十二頁，共157頁。這種算法受直流分影響較大，當(dāng)取時，其數(shù)據(jù)窗為5ms

1、三采樣值積算法是利用三個連續(xù)的等間隔的采樣值中兩兩相乘，通過適當(dāng)?shù)慕M合消去項以求出u、i的幅值和相位的方法。組合的方式可以有多種，下面是其中的一種。設(shè)時刻的采樣值為

6.7.21第一百三十三頁，共157頁。6.7.22取時，上式簡化為

6.7.23用代以（或以代以），并取得

6.7.246.7.25將三個采值適當(dāng)組合可得到

第一百三十四頁，共157頁。由以上三式可得

三采樣值積簡化算法與二采樣值積算法比較，三采樣值算法只需等侍約為3.32ms，速度較快，而二采樣值算法需要等待約為5ms；另外三采樣值算法運算量要大些。6.7.266.7.27第一百三十五頁，共157頁。

一、傅里葉算法——周期函數(shù)模型算法上節(jié)所述的算法是按輸入信號為正弦函數(shù)考慮的，但電力系統(tǒng)在故障狀態(tài)下輸入繼電保護裝置的信號不是純正弦的，其它分量往往相當(dāng)大，當(dāng)采用前述算法之前，要求嚴格的預(yù)濾波，將預(yù)濾波與算法作統(tǒng)一考慮時，所占的計算機時間與計算容量就比較大。傅里葉算法則是假設(shè)輸入信號是周期函數(shù)，這與輸入信號實際情況非常接近。

4.4輸入量為周期函數(shù)算法第一百三十六頁，共157頁。如設(shè)輸入電流信號為、、——分別為直流分量、余弦項和正弦項的n次諧波系數(shù)上式也可表示為

1、傅里葉算法的原理假設(shè)輸入信號是周期函數(shù)（含有直流和大量的高次諧波），其周期為T，則可展成傅氏級數(shù)。6.