电力系统自动装置第1章

1、North China Electric Power University第一章第一章 自动装置及其数据自动装置及其数据的采集处理的采集处理齐郑教5B区10280798596North China Electric Power Universitypage22022-4-28内容内容n一、自动装置的组成n二、采样、量化与编码技术n三、交流采样的电量计算和前置算法North China Electric Power Universitypage32022-4-28自动装置的组成自动装置的组成自动装置自动装置(1)、硬件、硬件(2)、软件、软件(1)、微型计算机系统、微型计算机系统(2)、工业控制

2、计算机系统、工业控制计算机系统(3)、集散控制系统、集散控制系统 现场总线系统现场总线系统(1)、系统软件、系统软件(嵌入式系统嵌入式系统)(2)、应用软、应用软件件(1)、信号采集、信号采集(2)、参数设、参数设置置North China Electric Power Universitypage42022-4-28微机型装置的原理微机型装置的原理根本原理根本原理模拟信号模拟信号数字信号数字信号微机型自动装置微机型自动装置CPUNorth China Electric Power Universitypage52022-4-28微机型装置的原理微机型装置的原理时间（ms）电压或电流波形（V）

3、North China Electric Power Universitypage62022-4-28微机型装置的原理微机型装置的原理void ArrayMax(unsigned char vRow,float Farray ,unsigned char *MaxNo,float *MaxValue)int i;*MaxNo=0;*MaxValue=Farray0;for(i=1;i=vRow-1;i+)if(*MaxValueFarrayi)*MaxValue=Farrayi;*MaxNo=i;North China Electric Power Universitypage72022-4-

4、28硬件结构分类硬件结构分类1、微型计算机系统2、工业控制计算机系统3、集散控制系统(Distributed Control System-DCS)现场总线系统(Fieldbus Control System-FCS) 对于控制功能单一的自动装置,其输入输出的电气量较少,适于采用微型计算机系统,如同步发电机自动并列装置. 对于控制功能要求较高,软件开发任务繁重的系统,适于采用工控机系统,如发电机励磁自动调节系统. 对于分散的多对象的成套监测控制装置适于采用DCS或FCS,如发电厂、变电站远动装置和电厂机炉集控系统。North China Electric Power Universitypag

5、e82022-4-28微型计算机系统微型计算机系统定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台才能编程的系统称为微型计算机系统。才能编程的系统称为微型计算机系统。微型计算微型计算机系统机系统1 传感器传感器2 采样保持器采样保持器3 模拟多路开关模拟多路开关4 A/D转换器转换器5 存储器存储器6 通信单元通信单元7 中央处理单元中央处理单元CPU8 外部设备外部设备North China Electric Power Universitypage92022-4-28微型计算机系统微型计算机系统装置硬件结构装置硬件结构输入输入1 1传感元件传感元

6、件（一次变换）（一次变换）放大电路放大电路信号调理信号调理激励电路激励电路模模拟拟信信号号多多路路选选通通器器可可编编程程数数据据放放大大器器CPU单片机、单片机、工控机工控机A/D转转换换器器数字显示数字显示图形显示图形显示打印输出打印输出数据存储数据存储通信接口通信接口传感元件传感元件（一次变换）（一次变换）放大电路放大电路信号调理信号调理激励电路激励电路传感元件传感元件（一次变换）（一次变换）放大电路放大电路信号调理信号调理激励电路激励电路输入输入2 2输入输入N NNorth China Electric Power Universitypage102022-4-28微型计算机系统微型

7、计算机系统1、传感器、传感器：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电压信号流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电压信号2、模拟多路开关、模拟多路开关：在采样速度要求不高的场合，一般采用公：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用用A/D转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到A/D.目的目的简化电路，降低成本。简化电路，降低成本。3、采样、采样/保持器保持器：A/D转换器完成信转换器完成信号转换需要一段时号转换需要一段时间，在这段时间内间，在这段时间内

8、,输入到输入到A/D的模拟的模拟信号需保持不变，信号需保持不变，由由S/H完成。完成。North China Electric Power Universitypage112022-4-28微型计算机系统微型计算机系统5、存储器、存储器：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。6、通信单元、通信单元：包括：包括通信控制器和通信收发器。通信控制器和通信收发器。通信控制器通信控制器用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及建立建立/拆除通信的数据链路。拆除通信的数据链路。通信收发器通信收发器用于处理通信的物理层

9、功能，包括物理引线的排用于处理通信的物理层功能，包括物理引线的排列、机械特性和物理电平等。列、机械特性和物理电平等。7、CPU及外设及外设：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。4、A/D转换器转换器：将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，：将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。North China Electric Power Univers

10、itypage122022-4-28微型计算机系统微型计算机系统多通道共享多通道共享AD转换转换模模拟拟信信号号多多路路选选通通器器计计算算机机A/D转转换换器器采样采样/ /保持保持输入输入1 1输入输入2 2输入输入N NNorth China Electric Power Universitypage132022-4-28微型计算机系统微型计算机系统多通道独立多通道独立AD转换转换计计算算机机A/D转换器转换器输入输入1 1输入输入2 2输入输入N NA/D转换器转换器A/D转换器转换器采样采样/保持保持North China Electric Power Universitypage1

11、42022-4-28微型计算机系统微型计算机系统 计 算 机 总 线 CPU 驱动控制 三态门 。 三态门 逻辑控制 地址译码 。 信号调节 信号调节 去抖电路 去抖电路 隔离电路 隔离电路 。 信号输入 信号调节 信号调节 去抖电路 去抖电路 隔离电路 隔离电路 。 信号输入 开关量输入开关量输入North China Electric Power Universitypage152022-4-28硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施GB/T 14598.13 脉冲群干扰GB/T 14598.14 静电放电干扰GB/T 14598.9 辐射电磁场干扰电磁兼容相关的标准：电磁兼容相关的标准：GB/T

12、14598.10 快速瞬变干扰North China Electric Power Universitypage162022-4-28硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施North China Electric Power Universitypage172022-4-28硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施给处理器电源加滤波电路 数、模分区，强、弱分离 加装隔离元件 防止死机的处理措施：防止死机的处理措施：金属外壳，等电位处理North China Electric Power Universitypage182022-4-28工业控制计算机系统工业控制计算机系统工业控制计算机工业控制计算机由稳压电源、机箱

13、和不同功能的总线由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有：STD、PC104总线总线等。等。STD总线总线共有共有56根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级功能分散。功能分散。North China Electric Power Universitypage19

14、2022-4-28工业控制计算机系统工业控制计算机系统STD总总线线的的功功能能单单元元1 CPU单元单元STD总线的主处理单元，处理数据、总线的主处理单元，处理数据、地址和控制功能。一般含有高速地址和控制功能。一般含有高速CPU和协处理器。和协处理器。2 A/D单元单元提供模拟提供模拟/数字转换接口，模数转换和数数字转换接口，模数转换和数据读取由据读取由CPU单元控制，也可以由外部触发。单元控制，也可以由外部触发。3存储器单元存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。4存储器单

15、元存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。5系统支持单元系统支持单元包括设置开关、后备电池、实时时钟、包括设置开关、后备电池、实时时钟、看门狗看门狗watchdog、上电复位、总线终端网络等。、上电复位、总线终端网络等。6外设单元外设单元包括定时器单元、包括定时器单元、I/O单元、键盘显示板单元、键盘显示板电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。North China Electric Power Universitypage2020

16、22-4-28集散控制系统、现场总线系统集散控制系统、现场总线系统分布式系统结构分布式系统结构North China Electric Power Universitypage212022-4-28软件组成软件组成应用软件应用软件信号采集与预处理程序主算法程序数字量输出控制程序通信程序系统软件系统软件LinuxWinCENorth China Electric Power Universitypage222022-4-28采样、量化与编码技术采样、量化与编码技术1、采样2、量化3、编码Shannon采样定理：采样频率必须大于原模拟信号频谱中最高频率的两倍，则模拟信号可由采样信号来唯一表示。把采

17、样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。量化信号的数值用二进制代码表示。North China Electric Power Universitypage232022-4-28交流采样的电气量计算和前置处理交流采样的电气量计算和前置处理TtntfTbtntfTatnbtnaatfTTnTTnnnn2sin)(2cos)(2)sincos(2)(2222101、电压电流计算一、电气量计算North China Electric Power Universitypage242022-4-28交流采样的电气量计算和前置处理交流采样的电气

18、量计算和前置处理221221sin)(2cos)(2TTTTtntfTbtntfTa111221111( )cossin2cos()2arctan()f tatbtFtabFbaNorth China Electric Power Universitypage252022-4-28交流采样的电量计算和前置处理交流采样的电量计算和前置处理10)1(10)1(2sin22cos2NmmNKINmmNKRmNUNUmNUNU)arctan(222RIIRUUUUUNorth China Electric Power Universitypage262022-4-28交流采样的电量计算和前置处理交流采样的电量计算和前置处理CICBRCRCBIAIABRARABICICBICRCBRAIABIARABRCCBAABIUIUIUIUQIUIUIUIUPIUIUS*2、有功功率、无功功率计算North China Electric Power Universitypage272022-4-28交流采样的电量计算和前置处理交流采样的电量计算和前置处理3、功角计算方法方法1：间接计算：间接计算方法方法2：直接测量：直接测量-GPS时钟时钟cos*2222OAOBOAOBAB