电网监控与调度自动化第二章交流数据采集与处理

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1、第二章 交流数据采集与处理概述互感器直流采样交流采样与合并单元电力系统数据预处理标度变换实现对电网的监视和控制 表征电网实时运行状态的遥测量值和遥信状态采集与传送 对这些信息进行适当的加工处理，形成控制电网安全、稳定和经济运行的遥控、遥调命令。 直流采样整流、二进制转换 交流采样一周期多次采样、转换、计算 电能数据采集脉冲与计数采样方式三种模拟量三种模拟量快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操作母线的直流电压作母线的直流电压缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。缓

2、慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。采样方式只针对交流信号的采集。直接将交流信号变送为只针对交流信号的采集。直接将交流信号变送为0 05V5V的交流电压信号送至的交流电压信号送至A/DA/D转换器进行转换，即采集转换器进行转换，即采集交流信号的瞬时值，然后采用算法计算电压、电流交流信号的瞬时值，然后采用算法计算电压、电流的有效值及利用电压电流计算功率。的有效值及利用电压电流计算功率。直流采样直流采样交流采样交流采样l直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流值转换为值转换为05V的直流电压。的直流电压。 l交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器

3、将相交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相应原始信号转换为应原始信号转换为05V或或05V的直流电压信号。的直流电压信号。l非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器采样方式直流采样的特点直流采样的特点l对对A/D转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程序可靠性高序可靠性高l经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。l直流采样输入回路常采用直流采样输入回路常采用RC电路滤去整流后的纹波，电路滤去整流后的纹波，采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用采样实时性差，无法反映被测量

4、的波形，因此不适用于微机保护和故障录波。于微机保护和故障录波。l需要变送器屏。需要变送器屏。采样方式交流采样的特点交流采样的特点l实时性好实时性好l能反映实际波形能反映实际波形l可以省略功率变送器，功率由算法计算得到。可以省略功率变送器，功率由算法计算得到。l对对A/D转换器和采样保持器要求较高，要求转换器和采样保持器要求较高，要求一个周期内必须有足够的采样点数，要求一个周期内必须有足够的采样点数，要求A/D转换器转换速度高。转换器转换速度高。l采样和计算的程序比较复杂。采样和计算的程序比较复杂。模拟量输出 D/A转换器基本原理 R R R 2R 2R S4 A - + Rf 2R S3 2R

5、 S2 2R S1-UR UD 12341234,2222fRDR UUDDSSSSRD/A转换器的结构 互感器（TA）高电压、大电流测量传统电压互感器和电流互感器输出交流电压0100V，交流电流05A，经中间变换器变换 为低电压。电子式互感器直接变换到数据变换设备所规定的低电压。 1.1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，使测量仪表和保护装置标准化。准值，使测量仪表和保护装置标准化。2.2.所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接，二次设备的绝缘水平能按低电压设计，结构轻巧，二次设备的绝缘水平能

6、按低电压设计，结构轻巧，价格便宜。便于集中管理，可实现远方控制和测价格便宜。便于集中管理，可实现远方控制和测量。量。3.3.二次回路不受一次回路的限制，二次回路不受一次回路的限制， 4.4.使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人员的安全。员的安全。 光电式电容分压式电磁式电压互感器光电式电磁式电流互感器 互感器互感器 电磁式电流互感器的工作原理：相当于工作在短电磁式电流互感器的工作原理：相当于工作在短路 条 件 下 的 小 容 量 升 压 变 压 器路 条 件 下

7、的 小 容 量 升 压 变 压 器 K KTATA=I=IN1N1/I/IN2N2 W WN2N2/W/WN1N1W1W2电磁式电压互感器电磁式电压互感器工作原理工作原理相当于工作在开路相当于工作在开路条件下的小容量条件下的小容量降压变压器。其一、降压变压器。其一、二侧额定电压之比为：二侧额定电压之比为：K KTVTV=U=U1N1N/U/U2N2N一、电磁式互感器的工作原理一、电磁式互感器的工作原理 二、互感器的误差二、互感器的误差 三、互感器的准确级与二次额定容量三、互感器的准确级与二次额定容量四、互感器的极性和常用接线四、互感器的极性和常用接线（一）电流互感器1。电磁式电流互感器二次侧处

8、于近似于短路 比值误差和角误差21NNIIKi 磁饱和 、铁磁谐振、动态范围小电子式电流互感器 国际电工委员会发布的电子式电流互感器标准为 IEC600448我国等同采用并转化为相应的国标 GB208408-2007 （1）罗氏线圈电流互感器 Rogowski线圈为一空心环形线圈，二次绕组缠绕在非磁性骨架上，被测电流垂直穿过线圈中心，根据电磁感应原理可以得到线圈输出电压电子式电流互感器 罗氏线圈电流互感器 罗氏线圈电流互感器电磁感应原理 dtHdIdtDSdIe/00-真空磁导率 D-匝数密度，匝数/m S-二次绕组导线面积，m2 dI/dt-一次电流对时间的导数 H-电感系数，h 罗氏线圈电

9、流互感器没有铁心，没有非线性影响，如饱和等问题,因为没有饱和，动态范围大 。罗氏线圈电流互感器输出电压正比于电流对时间的导数，须积分后才可以还原电流波形，高压侧存在积分器和采样变换回路 ，线圈材质易受环境温度影响变形 。 光学电流互感器（OCT）Faraday磁光效应光的偏振面受到外加磁场的作用而产生旋转的现象。磁场的方向与光的传播方向平行，线性偏振光通过置于磁场中的法拉第旋光材料后，出射线性偏振光与入射线性偏振光的偏振面将产生旋转角。 全光纤电流互感器的原理全光纤电流互感器的原理法拉第磁光效应原理法拉第磁光效应原理光学电流互感器（OCT）光学电流互感器（OCT）LHdlvv-材料的Verde

10、t常数H-磁场强度L-通过法拉第磁光玻璃的光程光学电流互感器（OCT）测得线偏振光的旋转角度就可以求出导体中的电流i(t)。OCT具有不受电磁干扰、不饱和、测量范围大、有效频带宽 。A）不通电）不通电 B）通电）通电保护:5P30/1P50，测量:0.2级符合IEC60044-8和GB/T 20840.8 光光源源探探测测器器耦耦合合器器偏偏振振器器相相位位调调制制器器光纤汇流排反射镜信号处理电路两偏振光传播方向（红、绿箭头） 利用磁光法拉第效应利用磁光法拉第效应 光波在通电导体的磁光波在通电导体的磁场作用下，光的传播发场作用下，光的传播发生相位变化生相位变化 检测光强的相位变化，检测光强的相

11、位变化，测出对应电流大小测出对应电流大小全光纤电流互感器的原理全光纤电流互感器的原理全光纤电流互感器的特点全光纤电流互感器的特点 敏感元件和传输元件全部采用光纤；敏感元件和传输元件全部采用光纤； 共光路技术和差动信号解调方式提高了抗干共光路技术和差动信号解调方式提高了抗干扰能力扰能力 采用了全数字闭环控制技术；采用了全数字闭环控制技术； 受环境影响小；受环境影响小； 高精确度和大测量动态范围；高精确度和大测量动态范围； 精确测量直流。精确测量直流。 安装方式灵活，适应性强。安装方式灵活，适应性强。（灵活的安装方式）（灵活的安装方式）电压互感器电磁式电压互感器 电压互感器电磁式电压互感器 NNU