电力系统常用交流采样方法比较.doc

电力系统常用交流采样方法比较Comparison of Normal Alternating Sampling Methods in Electric Power System张红山东工业大学计算中心 (济南 250061)王诚梅文摘 电量的数据采集是实现自动化的重要环节，而交流采样实时性好、相 位失真小、投资少、便于维护，因此越来越受到人们的重视。特别是随着计算机和集成电路技术 的发展，交流采样原有的困难如算法复杂、提高精度难、对A/D的速度要求高等已逐步得到克服，所以它呈现出取代直流采样的趋 势。为此，介绍电力系统中常用 的交流采样算法，分 析其特点，以便正确选择其使用场合。关键词电力系统交流采样算法随着电力系统的快速发展，电力网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中实时监控、调度的自动化就显得十分重要，而数据采集又 是实现自动化的重要环节，尤其是如何准确、快速地采集系统中的各个模拟电量，一直是电力工作者关注的热点。 根据采样信号的不 同，可分为直流采样和交流采样2大类。直流采样是把 交流电压、电流信号转化为05V的直流电压，这种方法的主要优点是算法简单，便于 滤波，但投资较大，维护复杂，无法实现实时信号采集，因而在电力 系统中的应用受到限制。交流采样是把交流量转化为5V(或05V)的交流电压进行采 集，主要优点是实时性好，相位失真小，投资少、便于维护；其缺点 是算法复杂，精度难以提高，对A/D转换速度要求较高。 随着微机技术的发展，交流采样以其 优异的性能价格比， 有逐步取代直流采样的趋势。交流采样的应用范围非常广泛，根据应用场合不同，其算法也有很多种，按照其模型函数，大致可分 为正弦模型算法，非正弦周期模型算法。其中正弦模型算法主要有最 大值算法、单点算法、半周期积分法、两点采样等；非正弦模型算法有均方根算法、付里叶算法 等，各种算法都有其优缺点，在电力系统中的应用也不相同。1正弦函数模型算法1.1最大值算法假定正弦量为纯交流量，通过采集最大值即可得到有效值。设u=Um sin(t+u)则式中Um同步采样得到的电压最大值。同样1.2单点算法这种算法适用于对称三相正弦电路，在某一时刻同时对三相线电流和线电压采集1点，就可计算出各线电压和线电流有效值、各相有功及无功功率。其中同理其中1.3半周期积分法设 则 把积分离散化，有其中N为半周期中采样点数。同理1.42点采样对正弦电压、电流，相差90采2组值。设u=Umsint则u1=Umsin(t+)u2=Umsin(t+90) u21+u22=U2msin2(t+)+U2mcos2(t+)=U2m=2U2又i=Imsin(t-)同理 下边再讨论P、Q采集：2非正弦 周期函数算法2.1均方根法设u=Umsint离散化得到其中N为每周期等间隔采样次数，uk为第k次采样值。由采样定理知，这种算法可计及 次谐波。同理由 离散化2.2全周波付里叶算法设u(t)为周期函数，并且满 足狄里赫利条件，则U(t)可展开为级数。 离散化有 其中N为采样点数，uk为第k次采样值。基波电压幅值 基波功率计算，由ua1ia1+ub1ib1=UmcosImcos(-)+2.3递推付里叶算法参考全周波付氏算法，可得到递推计算各次谐波实部、虚部的表达式 递推开始时取 u(k-N)=0，当kN时再计及u(k-N)，这种方法的计算数据 仍是最近 1 个周波的。基波电压以及有功功率和无功功率分别表示为3几种采样算法的应用前面介绍的几种算法各有其特点，在应用时主要根据对准确或实时性的不同要求 来选择。如果采集三相对称正弦信号，单点算法不失为理想算法，对采样时刻没有要求，既准确又快捷，并且可以同时得到电压、电流、有 功、无功等信号，但这种算法对采样信号要求较高，硬件较为复杂。最大值采样，半周期积分采样，2点采样具有简单快速 的优点，都能在半周期内完成采集，但是对输入信号要求严格，只适于输入为正弦信号或有预滤波装置的场合。以上几种采样方法，采集速度快，实时性强，特别适于继电保护系统及实时监控系统。均方根算法能计及高次谐波的影响，并且随着每周采样点的增多，可以提高采集精度，但采样点太多必然降低采集速度，增加了运 算量，因而需要在精度和快速之间作出适当选择。 全波付里叶算法具 有很强的滤波能力，适用于各种周期量采集，基波或高次谐波，但是其响应速度慢，不能适合快速采集的要求，比较适于电量计算时的数据采 集，或者是其他实时性要求差但精