第二章 电量变送器

二点算法
2.2.2 相位差角的采样
有关相位差角的采样也有多种实现方式。如借助积分电路用三角公 式求功率因数方法，运用瞬时功率法在计算出有功、无功功率后利 用一定公式求联。这两种方法由于计算公式复杂，且含乘除计算， 因此计算工作量较大。为此本文利用MCS-51系列单片机外部中断 INT0或INT1检测相位差角。具体实现方法是，当电压方波正跳变时，
设正弦电压电流的瞬时值表达式为
u(t ) U m sin( t ) i(t ) I m sin( t )
Um Im分别为电压电流的幅值， 为角频率， 为电压、电 式中， 流的相角差，则电压电流的有效值 U I 为

U

0
u (t )dt
2
I

T
0
i 2 (t ) dt
开始计时，读上跳变时时间值t1，当电流方波正跳变时，同理便可
读出时间值t2，二者差值即为反映相角差的时间值。
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3.微机电量变送器硬件电路设计 (以MCS-51单片机为核心)
微机变送器的输入信号取自电压互感器和电流互感器的输出回路，分别
是有效值为0～100V，0～5A的交流信号。这些信号不能直接输入到A／D
转换器，而需要变换成A／D转换器输人所允许的信号形式以及变化范围。 一般A／D转换器输入-5～+5V或-10～+10V的电压信号。中间电压互感器
TV将0～100V交流电压按比例变换成峰值为0～5V的交流电压信号，中间
电流互感器TA将0～5A的电流信号变换成较小的电流后使之在电阻上形 成峰值为0～5V的交流电压信号。
电流、直流电压、直流电压、电流、交流有功功率无功功 率和周波变送器等，是一种单一电气测量变换装置，这类 变送器均由子线路组成。为保证一定通用性和精确性，输 入量和输出量之间要保持线性关系。
直流变送器功能单一，稳定性差，可靠性低。尤其是常
规变送器因输出端并接有较大惯性的电容器，所以对被
测量的响应速度慢，一般在O.1～O.3s之间，这种响应速 度对电力网正常过负荷的检测尚可以适应，但是对电力 网故障状态的下暂态信息如短路电流、母线残压的变化 的提取，显然是不适应的，可能造成在故障期间内大量
=
1 T
=
1 T
T
1 T
1 T

T
0
u
2
m
sin( t )dt
Um 2
Im 1 1 T 2 i m sin( t )dt 0 T T 2
由以上的计算公式不难看出，要想求出上述几个用电参数，关键在
于电压、电流有效值和相位差角的采样，下面分别对其进行讨论。
如果将电压真有效值即均方根值公式：
信息的丢失。
随着电网调度自动化对变送器的要求越来越高，即希望响应速度快、 精度高并具有数字处理和数字输出的功能，以便与计算机接口。计 算机技术尤其单片机技术的迅速发展和日臻成熟与完善，为微机变 送器的产生和发展提供了强有力保证。 微机变送器是通过使用先进的计算机技术、集成电路技术和成熟的 数学工具对交流电压、交流电流信号直接采样得到各个相关电量。 它与直流采样的差别是用软件功能代替硬件功能，是一种多功能综 合测量装置。
由于微机的运算速度快，一台微机变送器可测量几条线 路的电量，而且还可测出每条线路的多个电气量。因
此一台微机变送器可代替多台常规变送器，从而减轻
了互感器的负载，减小了测量误差。微机变送器对环
境温度变化的影响也比常规变送器小。
2.2 交流采样的原理及算法
在遥测量采集中，若采用直流采样，就必须有电量变送器提供信号，
发电厂和变电所中被监测电量都是高电压大电流的强电信号，不 能被远动装置直接接受。远动装置中的遥测量采集信号一般是0～5V 或-5～+5V的直流电压，因此必须做量值的转换。一次系统的强电 信号经电压互感器(TV)和电流互感器(TA)变换成额定值为100V和 5A的交流信号，供二次系统仪表、保护和测量使用。但是要想将这 些二次系统的信号引入远动装置中，还必须再经过一级变换，以使达 到远动装置遥测量采集信号接口特性要求，电量变送器 (transducer)正是实现这一转换的器件。
并且需要采集什么电量，就需要提供什么电量变送器。由此可见，若
采集一个厂、站的全部电量所需的变送器的种类和数量很大，通常要 安装在单独的变送器屏中，而且投资也高。能否直接对交流电压、电 流进行采样，用软件完成各类电量变送器的功能，从而获得全部电量 信息，这就是交流采样要完成的工作。
2.2.1 交流采样原理
2.1 变送器的概念及分类
变送器是微机运动系统和微机监测系统的感受元件，按
其变送的参数，可分为电量变送器和非电量变送器。
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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)和微机电量变送器方法(直接交流采 样 )。
常规电量变送器是先将被测信号转换成直流输出，再对其
施行模数转换得到各种电量。常规电量变送器有交流电压、