电量变送器

微机变送器可变换多种电气量，它采用直接交流 采样，经过数值计算后得到各电气量的值。 微机变送器具有灵活性好，功能多，可靠性高， 抗干扰性强，结构简单且紧凑、误差小等优点，并 且具有数字处理和数字输出的功能，满足了现代电 网运行的要求，是今后变送器的发展方向。
第二节 电力系统数据预处理
由于发电机、变压器及各种非线性负荷的作用， 电力系统中除了基波之外，还存在着各次谐波，这给 准确地测量交流系统的各个运行参数带来了困难。 针对谐波与各种干扰的存在，在交流被测量进入 测量装置时，设置了模拟式滤波器，以滤除较高次的 N次采样并通过模／ 谐波。在交流被测量经交流一周期 谐波。在交流被测量经交流一周期N N个二进制数序列，可以通过一定的计 数转换后，得到 数转换后，得到N 算，滤除不需要的谐波量，并计算出希望得到的交流 量幅值和有效值。
从而
ui u0=u01+u02==-u
ui| 结论： u0=| =|u
恒压输出电路： 它是一个单位反馈的同相放大电路。 U04=Ui。
恒流输出电路：
交 流 电 流 变 送 器 整 体 电 路
二、常用的电量变送器
2．交流电压变送器
通过交流电压互感器将高电压转换成低电压后，再将交 流电压变送器接成电压互感器的负载。对于交流电压变送器， 可调成输入100V交流电压对应输出5V直流电压。 交流电压变送器与交流电流变送器的工作原理基本相同。
精密交一直流变换电路 : 则
设 时 则ui>0 >0时
精密交一直流变换电路 : 时， Al 输出为负， VDl 反偏， VD2 导通。 当ui<0 <0时， 时，Al Al输出为负， 输出为负，VDl VDl反偏， 反偏，VD2 VD2导通。
精密交一直流变换电路 : 有源低通滤波电路： 经过全波线性整流的信号，通过有源低通滤波 便可得到一个平滑的直流电压输出信号。
W = ∫t p(t )dt = pav (t1 − t0 )
0
t1
t0～t1之间的电能量 该式表明，在时间 该式表明，在时间t 等于该时间内平均功率与时间的乘积，
因三相有功功率变送器输出电压 U0与有功功率 P 因三相有功功率变送器输出电压U 与有功功率P 成正比，设
U 0 = k1 p
（U/f）变换，即 若将U0进行电压/频率 频率（ f=k2U0
2. 非递归型数字滤波 一般非递归型数字滤波运算可表示为 由于在电力系统测量交流量时，往往需要同时对 多路的交流量进行采集。在被采集量的个数较多的情 N不可能很大，即不可能 况下，交流一周期采样次数 况下，交流一周期采样次数N 有效采集到完整的高次谐波信息。也就不能通过较简 单的算法将高次谐波去除。根据采样定理，对某个 f fs必须满足 频率的信号进行采样，采样脉冲频率 频率的信号进行采样，采样脉冲频率f fs>2f
精密交一直流变换电路 : 时， Al 输出为正， VDl 导通， VD2 截止。 当ui>0 >0时， 时，Al Al输出为正， 输出为正，VDl VDl导通， 导通，VD2 VD2截止。 u1＝ui A2 ，同相端输入产生的输出设 对于运算放大器 对于运算放大器A2 A2，同相端输入产生的输出设 uo2。 为uo1，反相端输入产生的输出为 ，反相端输入产生的输出为u
一、模拟式滤波
在遥测量采集的输入端通常加入 RC 低通滤波 在遥测量采集的输入端通常加入RC RC低通滤波 器，用以抑制某些干扰信号。 若希望将较低次谐波滤除，需将转折频率设置 低一些，但会造成有用信息的损失和测量精度降低。 因此模拟式滤波器设计的出发点是滤除较高次谐 波，而放弃对较低次谐波的滤除。 模拟式滤波器的作用是滤掉输入信号中的干扰 （包括较高次谐波），保留有用信号，相对提高输 入信号的信噪比。
二、常用的电量变送器
1．交流电流变送器
精密交一直流变换电路 : 和低通滤波器组成。 由线性整流电路 线性整流电路和低通滤波器组成。
）精密交流 -直流转换电路： 由线性整流电路和低通滤波器 (2 (2）精密交流 ）精密交流---直流转换电路： 直流转换电路：由线性整流电路和低通滤波器 恒压输出电路和恒流输出电路： 提高变送器输出信号的传输 (3) (3)恒压输出电路和恒流输出电路： 恒压输出电路和恒流输出电路：提高变送器输出信号的传输 中间电流互感器： 主要起隔离作用，同时进一步减小输 (1) (1)中间电流互感器： 中间电流互感器：主要起隔离作用，同时进一步减小输 组成，输出一个平滑的直流电压信号。此时得到的直流电压的大 能力和抗干扰能力，实现恒流输出。 入电流的值，降低后级功耗。 小与整流前交流电压的有效值成正比。
Pav =
U 0 av N 1 = k1 k1k 2 t 1−t0
二、常用的电量变送器
4．电能变送器 所以
N W = Pav (t1 − t0 ) = = kN k1k 2
）电能变送器的电路结构 (2 (2）电能变送器的电路结构
在时间 t0～t1内的电能量与该时间内 结论： 结论：在时间 在时间t N成正比。因 对有功功率转换成的电脉冲计数值 对有功功率转换成的电脉冲计数值N 此，电能的测量就可转化为对电脉冲的计数。 电能变送器就是将通过电路的电能转化为与 5．微机变送器
电量变送器自从20世纪50年代问世至今，经历了两大发展阶 模拟式电量变送器和数字式电量变送器 。 段： 段：模拟式电量变送器和数字式电量变送器 模拟式电量变送器和数字式电量变送器。 是将交流信号转换成直流信号来测量 模拟式电量变送器： 模拟式电量变送器：是将交流信号转换成直流信号来测量 的，功能很单一，元件性能的不稳定性，模拟量容易受到各 种干扰，测量精度较低，其电路的滤波时间常数较大，动态 响应速度可长达几百毫秒。 在原理上突破了几十年遵循的理论基础，采用 微机变送器： 微机变送器：在原理上突破了几十年遵循的理论基础，采用 了微处理器作为核心处理部件，智能化程度高，提高了性能 价格比。
二、常用的电量变送器
3．功率变送器 功率变送器用于测量通过输电线路、变压器和发 电机等的有功功率和无功功率，它能将被测的功率 变换成与其成线性关系的直流电压或电流，并能反 映功率方向。 )，电流i(t )的瞬时值表达式分别为 设电压u(t u(t) i(t)
二、常用的电量变送器
3．功率变送器 由有功功率P，无功功率Q，视在功率 S的定义有
第一节 电量变送器
一、电量变送器
简称电量变送器，是将一种电量 电工测量变送器： 电工测量变送器：简称电量变送器，是将一种电量 变换为供测量用的另一种电量的仪器。 目前，RTU测得各种电量的方法有两种： � � 常规电量变送器方法 (直流采样式 ) 微机电量变送器方法 (直接交流采样 )
�
电量变送器分类：
二、常用的电量变送器
4．电能变送器 将功率变送器输出的直流信号变换为与之成正比的 脉冲信号，并将该脉冲信号输出，向调度中心发送。 电能量计算 (1) (1)电能量计算 每次求得功率值后乘以计算间隔时间，然后 累加，即得到电能量。 p(t )，则该电路的 设三相电路的瞬时功率为 设三相电路的瞬时功率为p(t p(t) W就是瞬时功率 p (t ）的时间积分，即 有功电能 有功电能W 就是瞬时功率p (t）的时间积分，即 Pav,则 平均功率 平均功率P
二、数字滤波
数字滤波就是在计算机中用一定的计算方法对 输入信号的量化数据进行数学处理，减少干扰在有 用信号中的比重，提高信号的真实性。这是一种软 件方法，对滤波算法的选择、滤波系数的调整都有 极大的灵活性，因此在遥测量的处理上广泛采用。 数字滤波可分为递归型滤波和非递归型滤波两种。
递归型数字滤波 1. 1.递归型数字滤波 )=(1-Q)y(n-1)+Qx(n) y(n y(n)=(1-Q)y(n-1)+Qx(n) 可见其输出不仅与输入值有关，而且与过去的输 出值也有关，故称为递归型数字滤波器。 根据上式可编制计算机程序。当对一个信号在 N 次，可得到 N 个采样值 Xk ，经滤波 一个周期内采样 一个周期内采样N 次，可得到N 个采样值X N个计算值 Yk，Yk的高次谐波含量被基本 计算可得到 计算可得到N 个计算值Y 滤除。
二、常用的电量变送器
5．微机变送器
TV 或TA 变换成 0-5V 交流电压 输入信号经相应的 输入信号经相应的TV TV或 TA变换成 变换成0-5V 0-5V交流电压 信号，这些信号输入到滤波电路进行滤波。将选定 的模拟电压输出到采样保持器。多路模拟电子开关 立即采样保持器按确定的采样时序信号采集该交流 CPU 发出启动 A/D 转换信号， A/D 转换器 信号。之后， 信号。之后，CPU CPU发出启动 发出启动A/D A/D转换信号， 转换信号，A/D A/D转换器 将多路模拟电子开关输出的模拟电压转换成数字量。 转换结束后， A/D 转换器经与非门向 CPU 发出 当A/D A/D转换结束后， 转换结束后，A/D A/D转换器经与非门向 转换器经与非门向CPU CPU发出 转换结束信号， CPU 中断当前工作，经并行接口 A/D A/D转换结束信号， 转换结束信号，CPU CPU中断当前工作，经并行接口 A/D 转换输出数据。 …这种过程在一个交流 电路读得 电路读得A/D A/D转换输出数据。 , CPU 获得了一个周期内每路输入信 信号周期内重复 信号周期内重复, CPU获得了一个周期内每路输入信 N个采样值。 CPU 将已采集的数据进行处理，并 号的 号的N 个采样值。CPU CPU将已采集的数据进行处理，并 计算出线路上的各种电气量值。
在时间 t0～t1内，计得以 f为频率的脉冲数为 N， 在时间t 内，计得以f 为频率的脉冲数为N （t1-t0)代表在时间 t0 ～t1内频率 f平均值 fav, 则N/ N/（ 代表在时间t 内频率f 平均值f U0的平均值 U0av,即 故可求出相应时间内 故可求出相应时间内U 的平均值U f N 1 U 0 av = av = k 2 t1 − t0 k 2 从而