变电站模拟量输入输出原理 (17)
模拟量采集原理
模拟量采集原理
模拟量采集原理是指通过传感器将实际量转化为电压或电流信号，然后经过放大、滤波、调理等处理，最终将其转化为数字信号进行采样和储存的过程。
在模拟量采集中，传感器起着关键作用。
传感器是能够将实际量转化为电信号的装置，常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
传感器将实际量转化为电信号后，需要经过放大处理。
放大器会增加电信号的幅度，以便信号能够被准确地测量和处理。
放大后的信号还需要经过滤波处理，去除混杂在信号中的杂波和干扰，使其更加稳定和可靠。
接下来，经过调理处理。
调理包括采样和保持、线性化、电平转换等操作，以便将信号适配到后续数字处理器可接受的范围。
采样和保持是指在一定的时间间隔内对信号进行采样并保持其数值，线性化是将非线性的信号转化为线性的形式，而电平转换则是将信号的电平调整为适合数字处理器的电平范围。
最后，经过模数转换器（ADC）进行模拟信号到数字信号的
转换。
ADC会根据一定的采样频率对模拟信号进行采样，并
将其转换为对应的数字信号。
转换后的数字信号可以被储存、处理和传输，实现对实际量的监测和控制。
总结起来，模拟量采集原理是将实际量转化为电信号，并经过放大、滤波、调理等处理，再通过ADC转换为数字信号的过
程。
这一过程可以实现对实际量的准确测量和控制，广泛应用于各种工业自动化、仪器仪表等领域。
变电站综合自动化系统概述
变电站综合自动化系统的典型硬件结构
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明1
• 微处理器（中央处理器）CPU是指挥中枢，计算机 程序的运行依赖于CPU来实现；
• ②电气型防误系统：是建立在二次操作回路上的 防误功能，一般通过断路器和隔离开关的辅助触 点连锁来实现，主要包括电气回路闭锁、电磁回 路闭锁、电气报警和高压带电显示装置等。
• ③微机五防：采用计算机技术，用于高压开关设 备防止电气误操作的装置，由主机、电脑钥匙、 编码锁具等功能元件组成。主要用于断路器、隔 离开关、接地刀闸、遮拦网门等。
特点： ①工作稳定，线性好，电路简单； ②抗干扰能力强，不受脉冲和随机高频噪音干扰； ③与CPU接口简单，工作不需要CPU控制； ④可以方便地实现多CPU共享一套VFC变换。
模拟量输出电路的组成
• 作用是把微机系统输出的数字量转换成模 拟量输出，核心元件是模/数转换器，锁存 器是用来保持数字量的稳定的。
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明2
• 定时器/计数器有两个用途一是用来触发采样信号， 引起中断采样；二是在V/F变换式A/D中，定时器/ 计数器是把频率信号转换为数字信号的关键部件。
• Watchdog主要作用是当自动化装置受到干扰导致 微机系统运行程序出轨、程序无法正常运行时，能 自动复位微机系统，使微机系统重新开始执行程序， 进行入正常运行轨道。
综合自动化监控系统的基本要求
• 实时 • 可靠 • 可维护 • 信息处理和输出技术先进 • 人机交流方便 • 通信可靠 • 信息处理和控制算法先进
电力系统自动化_华北电力大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
电力系统自动化_华北电力大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.直流励磁机系统的励磁方式可以分为（）型和他励型两种励磁方式参考答案:自励2.远程自动抄表计费系统的构成主要包括：智能电度表、抄表采集器、抄表集中器和中央服务器参考答案:正确3.在最大励磁限制器中，不同励磁电压时最大励磁的允许时间是相同的参考答案:错误4.有载调压变压器分接头调压时，本身并不产生无功功率，因此，当系统无功不足时，可以用有载调压来提高全系统的电压水平。
参考答案:错误5.智能电网特点主要有：（）、自愈、兼容、经济、集成和优化参考答案:坚强6.（）调式消弧线圈在正常运行时，计算出目标补偿电流，处于远离谐振的位置；当发生单相接地故障后，快速调整至谐振状态，产生补偿电流；当故障消失后，重新将消弧线圈恢复到远离谐振的位置参考答案:随7.自动低频减负荷装置分为两组：基本轮和特殊轮。
其中，（）轮为快速动作，用以抑制频率下降参考答案:基本8.只要发电机励磁电流超过“过热限制值”，励磁调节器就会启动一个（）积分器参考答案:过热9.为了保证发电机转子发热的安全，励磁系统过励时间（）超过规定值参考答案:不10.在变电站采用补偿电容器进行调压时，可以改变无功分布，但是，不能弥补系统无功不足的问题参考答案:错误11.为了满足电力系统稳定性的要求，大容量发电机的励磁系统必须具有高起始响应的性能，高值励磁电压将会危及励磁机及发电机的安全，为此设置了最大励磁限制器。
参考答案:错误12.同步发电机可以在电压/频率比大于1.1的状态下长期稳定运行参考答案:错误13.在事故初期，延缓切除负荷功率对于延缓频率下降过程是有利的参考答案:错误14.IEC 61850-6定义了一种基于XML技术的ACSI，用于描述变电站自动化系统和一次开关之间的关系以及智能电子设备（IED)的配置情况参考答案:错误15.某配电网采用中性点不接地方式，当发生单相接地故障时，零序电压和零序电流具有一定的特征，故障线路的零序电流与正常线路的零序电流相位相同。
变电站模拟量输入输出原理 (10)
模拟量输出通道结构框图
由于D/A需要一定时间，在转换期间，输入待转换的数字量 应保持不变，而数据在总线上稳定的时间很短，因此必须 用锁存器来保持数据量的稳定。
比较器
/ 数 字 量 输 出
电压 第一次 预测 第三次 预测 第四次 预测
第二次 预测
1000 0100 0110 0101 终值 时序及控制逻辑 ( )原理框图 0 ( )逐次逼近过程
逐次逼近型A/D转换器的工作原理
模拟量输出通道
（一）模拟量输出电路组成
总线 工业生 产过程 放 大 驱 动 / 转 换 器 锁 存 器 输 出 接 口
2
总线 变 换 器 电压形成回路 低通滤波 采样保持 电压形成回路 低通滤波 采样保持 多 路 转 换 开 关
/
存储器
Hale Waihona Puke 模拟量输入通道结构图3
（一）电压形成回路 来自TA、TV的电流或电压量不适应模数变换 器的范围，故需要进行变换。
电压互感器隔离与电平转 换
4
电压形成电路作用： ⑴起电量变换 ⑵将一次设备的TA、TV的二次回路与微机A/D转 换系统完全隔离，提高抗干扰能力。
（二）、低通滤波
电力系统在故障的暂态期间，电压和电流含 有较高的频率，需在采用之前将最高频率分量限 制在一定的频带内，以降低采样频率fs,这样一 方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需 要的最高频率信号的采样不至于发生失真。
（三）、采样保持电路
一个随时间连续变化的物理量f(t)，经过 采样后，得到一系列的脉冲序列f*(t)， 它是离散的信号，被称为采样信号，。 根据香农（Shannon）定理：如果随 时间变化的模拟信号（包括噪声干扰在内） 的最高频率为fmax，只要按照采样频率 f≥2fmax进行采样，那么所给出的样品 系列就足以代表（或恢复）f(t)了，实际 应用中常采用f≥(5-10)fmax。
第二章-变电站综合自动化系统的间隔层装置
第二章变电站综合自动化系统间隔层装置第一节间隔层装置简述一、间隔层装置配置间隔层装置在设计和配置方面，原则上与电气间隔之间存在密切关系。
根据间隔层装置按电气间隔配置的原则和站内一次设备规模,可以方便地确定变电站综合自动化系统所需间隔层装置的数量.电气间隔是一个强电即一次接线系统的概念，通常把断路器或电气元件(如主变压器、母线等）作为电气间隔划分的依据.一个典型高压变电站内主要包括线路间隔、母联（分段)间隔、主变压器间隔、电容（电抗)间隔、站用变压器间隔、母线间隔等.其中，主变压器按其绕组涉及的电压等级可分为高、中、低压间隔和本体间隔.一般认为，间隔层装置是指按变电站内电气间隔配置，实现对相应电气间隔的测量、监视、控制、保护及其他一些辅助功能的自动化装置.间隔层装置直接采集和处理现场的原始数据，通过网络传送给站控级计算机,同时接收站控层发出的控制操作命令,经过有效性判断、闭锁检测和同步检测后，实现对装置的操作控制.间隔层也可独立完成对断路器和隔离开关的控制操作。
间隔层装置通常安装在各继电器小室，测控装置按电气设备间隔配置,各测控装置相对独立，通过通信网互联.间隔层装置具有以下优点：按电气间隔配置的原则使得因间隔层装置故障产生的影响被限定在本间隔范围内，不会波及其他电气间隔；监控对象由整个变电站缩小为某个电气间隔，单个装置所需配备的I／O点数量较少，减小了装置体积的同时也使装置安装方式更加灵活；间隔层装置除具备传统的输入输出功能外,还集成了同期合闸、防误联锁等高级功能，保护测控综合装置更是把监控功能和微机保护功能合而为一，降低了装置成本.二、间隔层装置分类在分层分布式变电站综合自动化系统中，间隔层装置（或称为间隔层单元），即前面所说的IED，大致可分成以下几类:（1）保护测控综合装置。
也可简称为保护测控装置,一般用于中低压（110Kv以下)系统中，例如输电线路保护测控装置、变压器后备保护测控装置、站用变压器保护测控装置、电容器保护测控装置、电抗器保护测控装置等等，它们主要用于完成相应的电气间隔中设备的保护、测量及断路器、隔离开关等的控制以及其它与其对应的电气间隔相关的任务，降低了装置成本并减少了二次电缆使用数量.对于110kV及以上电压等级的高压和超高压间隔,为避免可能受到的干扰，保证保护功能的可靠性，目前仍采用保护和测控功能各自独立配置的模式。
继电保护保护装置上的“开关量”和“模拟量”的概述
继电保护保护装置上的“模拟量”和“开关量”概述在继电保护装置中有两个常见的术语，“模拟量”和“开关量”。
不论输入还是输出，一个参数要么是“模拟量”，要么是“开关量”。
下面详细讲述含义：开关量：开关量顾名思义就是只有开和关两种状态的工程量了，也叫变量，也就是说这种变量要么是0、要么是1，对应而言就是要么他就是开、要么他就是关，反映的是状态。
开关量分为输入开关量和输出开关量，在变电站、发电厂的设备中例如一个电动机或者是电动门，输入开关量就是这些设备的开关状态的反馈，输出开关量就是开关这些设备的指令；就像控制继电器的开关一样。
一般指开关量（如温度开关、压力开关、液位开关等）。
该物理量只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和打开，电磁阀的通和断，等等。
数字量：数字量由多个开关量组成。
如三个开关量可以组成表示八个状态的数字量。
模拟量：模拟量简单的说就是一些变化的量，模拟量的有他的量程的上下限，就像水位、压力、流量等，他们叫做模拟量，模拟量也有输入和输出之分，一般输入的模拟量用作反馈监视或者控制计算，输出模拟量一般用于控制输出，例如水位的给定值、负荷的给定值等，他主要用于控制设备的开度。
模拟量是连续的量，数字量是不连续的。
反映的是电量测量数值（如电流、电压）。
控制系统量的大小是一个在一定范围内变化的连续数值。
比如温度，从0至100度，压力从0至10Mpa，液位从1至5米，电动阀门的开度从0至100%，等等，这些量都是模拟量。
常见的模拟量输入/输出信号有：4-20mA、0-10mA、1-5V、0-5V、0-10V、其它电压或者毫伏级信号等对控制系统来说，由于CPU是二进制的，数据的每位只有“0”和“1”两种状态，因此，“开关量”只要用CPU内部的一位即可表示，比如，用“0”表示开，用“1”表示关。
而模拟量则根据精度，通常需要8位到16为才能表示一个“模拟量”。
最常见的“模拟量”是12位的，即精度为2-12，最高精度约为万分之二点五。
变电站直流系统讲解ppt课件
例1：如梧州变电站110V蓄电池的额定容量是900Ah，如果以0.1C（C为 电池容量）即90Ah的电流(额定放电电流)给电池放电，请问可以持续多 长放电时间？
该电池可以持续工作时间：t=900Ah/90mA=10h（实际工作时间因电 池的实际容量的个别差异而有一些差别）
第二部分 直流系统组成及部件的作用
蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种；
第二部分 直流系统组成及部件的作用
第三小节 变电站直流系统的构成
➢ 蓄电池的容量及放电时间计算： 额定容量是指充足电的蓄电池在25℃时，以10h放电率放出的电能。
QN=IN·tN 式中 QN——蓄电池的额定容量，A·h； IN ——额定放电电流，即10小时率的放电电流，A； tN ——放电至终止电压的时间，一般为10h。
流母线。 ➢ 直流馈线：直流馈线屏至直流小母线和直流分电屏的直流电源电
缆。 ➢ 均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较
高，常用作快速恢复电池容量。 ➢ 浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来
平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。
第二部分 直流系统组成及部件的作用
第二部分 直流系统组成及部件的作用
第三小节 变电站直流系统的构成
➢ 蓄电池的容量及放电时间计算：
蓄电池的容量（Q）)是蓄电池蓄电能力的重要标志。是指定的放电
条件（温度放电电流、终止电压）下所放出的电量称为蓄电池的容
量，单位用A•h（安培小时）表示； 蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为h（小时率）
为实现两路交流输入的自动切换； (3) 直流馈电：将直流输出电源分配到每一路输出； (4) 配电监控：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信
plc模拟量原理
plc模拟量原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的电子设备。
它通过接收和处理来自传感器的模拟量信号来监测和控制不同的生产过程。
模拟量是指可以连续变化的物理量，例如温度、压力、流量等。
PLC的模拟量输入模块被用于将模拟信号转换为数字信号，以便PLC可以处理它们。
它通常包括一个模拟到数字转换器（ADC），用于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
ADC将模拟信号分为许多小的离散级别，然后将每个级别映射到一个数字值。
PLC的模拟量输出模块被用于将数字信号转换为模拟信号，以便控制外部设备。
它通常包括一个数字到模拟转换器（DAC），用于将数字信号转换为相应的模拟信号。
DAC通过将数字值映射到一系列离散电压或电流级别来完成这个转换。
PLC通过读取和写入模拟量信号来实现对控制系统的监测和控制。
当PLC读取模拟量输入信号时，它会根据预设的条件和参数来判断是否需要采取相应的控制行动。
然后，PLC将处理后的控制信号发送到模拟量输出模块，以控制外部设备的行为。
例如，在一个温控系统中，PLC可以通过读取温度传感器的模拟量输入信号来监测当前的温度。
如果温度超过了预设的上限，PLC可以发送一个控制信号给加热器来降低温度。
相反，如果温度低于预设的下限，PLC可以发送一个控制信号给冷却器来提高温度。
总而言之，PLC的模拟量原理涉及将模拟信号转换为离散的数字信号，并将数字信号转换为相应的模拟信号，以实现对自动化控制系统的监测和控制。
这种技术使得PLC能够处理和控制各种实际物理量，使得生产过程更加稳定和可靠。
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（二）D/A转换器 输出电压为：
uD I R f
D
URRf R
D
式中： 是按代码的权组合起 来表示的数字量 ，某位B为“0”时，相应 UR 的这项为0。 为基准电压。
B1 B1 B1 B1 2 4 8 16
数字脉冲波 Uin 电压 形成 二进制 数字量 CPU
总线
VFC
计数器
图2.1５ VFC型A/D变换原理框图
（二）AD654的结构及 工作原理
AD654是单片VFC变换芯片， 中心频率为50Hz。在装置中 一般采用负端输入方式，如 图2-16，AD654只能转换单 极性，所以对交流电压的信 号输入，必须有个负的偏置 电压，它在3端输入。
输入+5V
t
0
250
500
图2.17 VFC变换关系图
当输入电压 uin 0 时，由于偏置电压-5V加在输 入端3上，输出信号是频率为250kHz的等幅等宽 的脉冲波，见图2-18（a），当输入信号是交流 信号时，经VFC变换后输出的信号是被交变信号 调制了的等幅脉冲调频波，见图2-18（b）。
图 2.14
逐次逼近型A/D转换器的工作原理
三、基于V/F转换的模拟量输入回路 （一）VFC型A/D变换 VFC的原理是将输入的电压模拟量ui线性地变换 为数字脉冲式的频率f，使产生的脉冲频率正比 于输入电压的大小，然后再固定的时间内用计 数器对脉冲数目进行计数，使CPU读入，其原理 如同2-15所示。
0 t0
t1 t2
t3 t4
t5 t6
图 2.11
采样保持示意图
采样 采样
（四）多路转换开关（ＭＰＸ） 以AD7506为例说明多路转换开关的工作原理。
ui0
输
AD7506
入
通 道 数 选 择
图 2.13
多路转换开关
（五）模数(A/D)变换 A/D变换器主要有逐次逼近型、积分型、计数 型和并行比较型等几种类型。
二、逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电路
总线 变 换 器 电压形成回路 低通滤波 采样保持 电压形成回路 低通滤波 采样保持 多 路 转 换 开 关
/
存储器
图2-7 逐次逼近型模拟量输入电路框图
（一）电压形成回路 来自TA、TV的电流或电压量不适应模数变换器的 范围，故需要进行变换。
图中的RC有什 么作用？
图 2.10
采样过程
（三）采样保持器 连续时间信号的采样及其保持是指在采样时刻上， 把输入模拟信号的瞬时值记录下来，并按所需的要 求准确地保持一段时间，供模数转换器A/D使用。 在t0时，s开关闭合， 采样阶段 保持阶段 电容被迅速充电， ui=uo。t0-t1是采样阶段。
在t1时，s断开，uo为此刻 的输入值，t1-t2 是保持 阶段，供A/D使用。
常用的滤波电 路的类型？
２、采样和采样定理 模拟量的采样可分为直流采样和交流采样两种类型。 （1）直流采样 直流采样是指将现场不断连续变化的模拟量先转换 成直流电压信号，再送至A／D转换器进行转换；即 A／D转换器采样的模拟量为直流信号。 （２）交流采样 指对交流电流和交流电压采集时，输入至A／D转换 器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率， 大小成比例的交流电压信号。如下页图所示。
（二）低通滤波器和采样定理 １、低通滤波
电力系统在故障的暂态期间，电压和电流含 有较高的频率，需在采用之前将最高频率分量限 制在一定的频带内，以降低采样频率fs,这样一 方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需 要的最高频率信号的采样不至于发生失真。 模拟低通滤波器可以做成有源或无源的，最 常用的是RC低通滤波器，阶数根据具体的情况而 定。
-5
-15 Rp1 3 R1 Uin Rp2 +Us VFC 4 快速光隔 至各 插件
交流输入 R
R
零漂调整
C
R
VFC
fout 0~20MHz
光隔
至各
插件
图2-16 AD654工作电路图
此偏置电压为-5V，其压控震荡频率与网络电阻 的关系为
f out 1 10C T uin 5 ( R RP 1 ) ( R1 RP 2 )
变电所模拟量输入输出原理
——电气化3111班
卜朋朋
一、模拟量输入及输出电路简述 变电站综合自动化的微机系统所采集的变电 站测控对象的电流、电压、有功和无功功率、温 度等都属于模拟量。模拟量输入电路的主要作用 是隔离、规范输入电压及完成模数变换，以便与 CPU接口完成数据采集任务。
模拟量输入电路有两种方式： （1）逐次逼近型A/D转换方式——直接将模拟量转 换为数字量的变换方式； （2）利用电压/频率变化（VFC）原理进行模数变 换方式——将模拟量电压先转换为频率脉冲量， 通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式。
uin=0
uin tk-2Ts
2Ts
tk
u0
250kHz的等幅 等宽脉冲
u0
Rk Rk-2 Dk
(a)
(b)
-5V—500kHz—T小—稠 密
图2-28 VFC工作原理和计数采样 （a）uin=0 （b）uin为交变信号
t k NTS
tk
在 D k Rk 至 ( k N )的这一段时间内计数器计到的 R 脉冲数为 ，如果每个脉冲对应的 电压值为Kb系数，则输入电压可用下式表示
uin ( Dk D0 ) K b
D0
式中：
为250kHz中心频率对应的脉冲常数。
瞬时值
D0
四、模拟量输出电路 （一）模拟量输出电路组成
总线 工业生 产过程 放 大 驱 动 / 转 换 器 锁 存 器 输 出 接 口
图2.19 模拟量输出通道结构框图
由于D/A需要一定时间，在转换期间，输入待转 换的数字量应保持不变，而数据在总线上稳定的时 间很短，因此必须用锁存器来保持数据量的稳定。 锁存器：本质是一种触发器，具有记忆功能， 一经触发就将输入信号锁存输出端，输入端再发生 变化不影响输出端状态。
图2-9 交流电压电流输入通道结构框图 （a）电压输入通道（b）电流输入通道
采样定理
一个随时间连续变化的物理量f(t)，如图2.10（a）， 经过采样后，得到一系列的脉冲序列f*(t)，它是离散 的信号，被称为采样信号，如图2.10(c) 。
根据香农（Shannon）定理：如果随时间变化的模 拟信号（包括噪声干扰在内）的最高频率为fmax，只要 按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么所给出的样品系 列就足以代表（或恢复）f(t)了，实际应用中常采用 f≥(5-10)fmax。
可见输出频率与输入电压呈线性关系。 RP1用来调整偏置值，使外部输入电压为零时 输出频率为250kHz,从而使交流电压的测量范围 控制在±5V的峰值内，这也叫零漂调整。各通道 的平衡度及刻度比可用电位器RP2来调整。
VFC的变换特性与输入交流信号的变换关 系如图2-17。
输入-5V 输入0V
Uin -10 -5
100V
（a)
变换器 R1 R2 C2 V1 V2 U
5A/1A
TA二次侧i(t)
R
？
C1
（b)
图2-8 图1 模拟量输入电流变换原理图 模拟量输入电压变换原理图 （a)电压接口 （b) 电流接口
电压形成电路作用： ⑴起电量变换 ⑵将一次设备的TA、TV的二次回路与微机 A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。 电路中的稳压管V1和V2的作用？ 稳压管V1和V2组成双向限幅，使后面环节 的采样保持器、A/D转换芯片的输入电压限 制在峰—峰值±10V（或±5V）以内。
逐次逼近型A/D转换的实质是：逐次把设定的 SAR 寄存器的数字量经D/A转换后得到的电压Uc与 待转换的模拟电压Ux进行比较。比较时，先从SAR 最高位开始，逐次的确定各位的数码是“1”还是 “0” 。
比较器
/ 数 字 量 输 出
电压 第一次 预测 第三次 预测 第四次 预测
第二次 预测
1000 0100 0110 0101 终值 时序及控制逻辑 ( )原理框图 0 ( )逐次逼近过程