电气智能化

4.5.1.电压和电流参量信号的采样方法




交流采样的特点： (1)对A/D转换器转换速率和采样保持器要求 较高。一个交流周期内采样点数为12、16、20、 24点等，32点用于分析高次谐波。 (2)交流采样采用大规模的集成电路，稳定性、 可靠性高，延长了校验的次数周期。 (3)交流采样的周期采样次数N提高，即可提 高相应的速度，减小系统误差。 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


采用电流、电压采样值计算时，上面两个式子 可以变为
4.5.2常用的电量测量算法
1 N P (uAk iAk uBk iBk uCk iCk ) N k 1 P A P B PC
1 N P (uABk iAk uCBk iCk ) N k 1 1 N (uAk uBk ) iAk (uCk uBk ) iCk N k 1 P1 P2
4.5.2常用的电量测量算法

公式如下
2 I I12 I n
2 U U12 U n
式中，In和Un分别为被测电流和电压第n次谐 波的有效值，n最大值由测量精度确定。
4.5.2常用的电量测量算法

源自文库
2.有功功率、无功功率与功率因素计算 电网中有功功率的测量有三瓦法和两瓦法。三 瓦法对应的表达式为：
4.5.2常用的电量测量算法

根据无功功率和功率因数定义，可得三 瓦法测量无功功率的计算公式
SA、SB、SC分别为A、B、C三相视在功率，由 求得的各相电压、电流有效求得。
4.5.2常用的电量测量算法
三相总视在功率为
S S A S B SC
按两瓦计法测量原理计算，三相总视在功率为
S U AB I A U CB I C S1 S 2
4.5.2常用的电量测量算法

在高压和超高压电网中，处理短路电流 的依据是短路时电流的基波有效值和额 定电流是否超过设定阈值。因此总要对 电流、电压的采样结果进行傅里叶分析 和离散傅里叶分析，以便计算电流基波 和各次谐波有效值。在这种情况下，也 可以根据已经得到的基波和各次谐波有 效值直接求得电流、电压的有效值。
4.5.1.电压和电流参量信号的采样方法


从4.2.3节中已知，对模拟量信号采样必须满足 采样定理，而选择采样频率的关键是确定被测 信号的截止频率。 电力传输线工作于强磁干扰环境，会有谐波干 扰。这些干扰引起的电网电压和电流波形的畸 变不能忽略，所以在确定被测信号截止频率时， 要考虑保持实际电压、电流的非正弦特性，否 则会产生测量误差。此外，非周期、非正弦的 短路电流具有更宽的信号频带，选择它们的截 止频率时，需要更严格的分析，以保证保护操 作的正确性。
4.5.2常用的电量测量算法

智能电器对电量的测量是采样被测电压、 电流信号，根据采样结果实时计算并显 示被测量的当前值，包括监控和保护对 象的电压、电流有效值、有功和无功功 率及功率因数。
4.5.2常用的电量测量算法

1.电压、电流的有效值计算 电压、电流的有效值就是其方均根值，任 意周期函数f(x)的方均根公式为
4.5.2常用的电量测量算法

复化梯形求积公式法是根据采样结果直接计算 周期函数有效值，而且与函数波形无关，得到 的结果是函数的真有效值。在中、低压电网中， 由于受到各种大功率非线性负载影响，实际电 压、电流往往不是正弦；另一方面，在低压电 网中处理故障，都是在故障电流的真有效值与 额定电流之比超过设定阈值时进行，监控器采 用这种方法计算可以快速得到结果。
T T 1 T P ( u i ) d t ( u i ) d t ( u i ) d t 0 B B 0 C C 0 A A T PA PB PC
4.5.2常用的电量测量算法

两瓦法对应的表达式为：
1 T T P 0 (uAB iA )dt 0 (uCB iC )dt T P1 P2
1 F T

T
0
f 2 ( x)dx
1 2
式中，T为函数f(x)的周期。同理，检测器根 据采样结果计算电压电流有效值的表达式分 别为
4.5.2常用的电量测量算法
I 1 N
i
k 1
N
2 k
U
1 N
u
k 1
N
2 k
式中，N为每个电源周期的采样点数；ik和uk为 电压、电流在第k点的采样值。这两个式子就是 复化梯形求积公式。
4.5.1.电压和电流参量信号的采样方法

直流采样的特点： (1)直流采样对A/D转换器的转换速率要求不高。 (2)直流采样程序简单，采样后只需乘以相应的 标度系数便可得到电压电流的有效值或功率值。 (3)直流采样的变送器经过了整流、滤波等环节， 抗干扰能力较强。 (4)直流采样输入回路采用R-C滤波电路，相应 时间较长，使采样的实时性较差。 (5)直流采样误差较大。变送器本身功率较大， 使作为测量信一号源的TV/TA输出精度下降;变 送器的电路中采用的非线性元件如铁心、整流 二极管等都引起误差。 (7)直流采样需要很多变送器，硬件数量多， 接线繁琐，占用平面多
4.5被测电参量的测量和保护算法
一般来说，运行现场的电压、电流是与供电 电网同频率的周期函数（在不考虑各类干扰造 成的畸变时，应该是正弦波），短路故障电流 却是一个非周期函数。因此，处理器在处理上 将有很大的区别。
4.5.1.电压和电流参量信号的采样方法

对智能电器工作现场的电压和电流采样，有交 流和直流两种方法。早期的电力系统继电保护 中基本采用直流采样，而在以可编程数字处理 器件为核心的智能电器监控器中，都用交流采 样。
4.5.1.电压和电流参量信号的采样方法


在中低压等级的智能电器监控单元中， 六次以上的谐波不影响电参量的测量精 度，因此截止频率一般定为6倍的基波频 率，大多数使用600Hz采样频率，也就是 每个电源周期采样12点。 在高压智能监控单元中，中央处理器多 采用DSP，每个电源周期采样32点和64 点。