电力系统自动装置第1章

第一章自动装置及其数据的采集处理齐郑教5B区10280798596内容一、自动装置的组成二、采样、量化与编码技术三、交流采样的电量计算和前置算法2023/2/42NorthChinaElectricPowerUniversity自动装置的组成自动装置(1)、硬件(2)、软件(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

现场总线系统(1)、系统软件(嵌入式系统)(2)、应用软件(1)、信号采集(2)、参数设置……2023/2/43NorthChinaElectricPowerUniversity微机型装置的原理☆根本原理模拟信号数字信号微机型自动装置CPU2023/2/44NorthChinaElectricPowerUniversity微机型装置的原理时间（ms）电压或电流波形（V）2023/2/45NorthChinaElectricPowerUniversity微机型装置的原理voidArrayMax(unsignedcharvRow,floatFarray[

],unsignedchar*MaxNo,float*MaxValue){ inti; *MaxNo=0; *MaxValue=Farray[0]; for(i=1;i<=vRow-1;i++) { if(*MaxValue<Farray[i]) { *MaxValue=Farray[i]; *MaxNo=i; } }}2023/2/46NorthChinaElectricPowerUniversity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(DistributedControlSystem-DCS)现场总线系统(FieldbusControlSystem-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。2023/2/47NorthChinaElectricPowerUniversity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才能编程的系统称为微型计算机系统。微型计算机系统1传感器2采样保持器3模拟多路开关4A/D转换器5存储器6通信单元7中央处理单元CPU8外部设备2023/2/48NorthChinaElectricPowerUniversity微型计算机系统☆装置硬件结构输入1传感元件（一次变换）放大电路信号调理激励电路模拟信号多路选通器可编程数据放大器CPU单片机、工控机A/D转换器数字显示图形显示打印输出数据存储通信接口传感元件（一次变换）放大电路信号调理激励电路传感元件（一次变换）放大电路信号调理激励电路输入2输入N2023/2/49NorthChinaElectricPowerUniversity微型计算机系统1、传感器：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2、模拟多路开关：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用A/D转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到A/D.目的简化电路，降低成本。3、采样/保持器：A/D转换器完成信号转换需要一段时间，在这段时间内,输入到A/D的模拟信号需保持不变，由S/H完成。2023/2/410NorthChinaElectricPowerUniversity微型计算机系统5、存储器：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。6、通信单元：包括——通信控制器和通信收发器。通信控制器——用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及建立/拆除通信的数据链路。通信收发器——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。7、CPU及外设：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。4、A/D转换器：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。2023/2/411NorthChinaElectricPowerUniversity微型计算机系统☆多通道共享AD转换模拟信号多路选通器计算机A/D转换器采样/保持输入1输入2输入N···2023/2/412NorthChinaElectricPowerUniversity微型计算机系统☆多通道独立AD转换计算机A/D转换器输入1输入2输入N···A/D转换器A/D转换器采样/保持2023/2/413NorthChinaElectricPowerUniversity微型计算机系统☆开关量输入2023/2/414NorthChinaElectricPowerUniversity硬件抗干扰措施★GB/T14598.13脉冲群干扰★GB/T14598.14静电放电干扰★GB/T14598.9辐射电磁场干扰☆电磁兼容相关的标准：★GB/T14598.10快速瞬变干扰2023/2/415NorthChinaElectricPowerUniversity硬件抗干扰措施2023/2/416NorthChinaElectricPowerUniversity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：★金属外壳，等电位处理2023/2/417NorthChinaElectricPowerUniversity工业控制计算机系统工业控制计算机——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。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总线等。STD总线共有56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，实现了板级功能分散。2023/2/418NorthChinaElectricPowerUniversity工业控制计算机系统STD总线的功能单元1CPU单元——STD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CPU和协处理器。2A/D单元——提供模拟/数字转换接口，模数转换和数据读取由CPU单元控制，也可以由外部触发。3存储器单元——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。4存储器单元——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。5系统支持单元—包括设置开关、后备电池、实时时钟、看门狗watchdog、上电复位、总线终端网络等。6外设单元——包括定时器单元、I/O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。2023/2/419NorthChinaElectricPowerUniversity集散控制系统、现场总线系统☆分布式系统结构2023/2/420NorthChinaElectricPowerUniversity软件组成☆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★Linux★WinCE2023/2/421NorthChinaElectricPowerUniversity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。2023/2/422NorthChinaElectricPowerUniversity交流采样的电气量计算和前置处理1、电压电流计算一、电气量计算2023/2/423NorthChinaElectricPowerUniversity交流采样的电气量计算和前置处理2023/2/424NorthChinaElectricPowerUniversity交流采样的电量计算和前置处理2023/2/425NorthChinaElectricPowerUniversity交流采样的电量计算和前置处理2、有功功率、无功功率计算2023/2/426NorthChinaElectricPowerUniversity交流采样的电量计算和前置处理3、功角计算方法1：间接计算方法2：直接测量---GPS时钟2023/2/427NorthChinaElectricPowerUniversity交流采样的电气量计算和前置处理二、前置处理采入数据标度变换