電力系統(tǒng)自動裝置第1章

page1第一章自動裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理page2內容一、自動裝置的組成二、采樣、量化與編碼技術三、交流采樣的電量計算和前置算法page3自動裝置的組成自動裝置(1)、硬件結構形式(2)、軟件(1)、微型計算機系統(tǒng)(2)、工業(yè)控制計算機系統(tǒng)(3)、集散控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線系統(tǒng)(1)、系統(tǒng)軟件(嵌入式系統(tǒng))(2)、應用軟件(1)、信號采集(2)、參數(shù)設置……page4微機型裝置的原理☆基本原理模擬信號數(shù)字信號微機型自動裝置CPU電力系統(tǒng)運行的主要參數(shù)為連續(xù)的模擬量（V、I、P）。自動裝置的首要任務是將模擬量采集、轉換為數(shù)字量，便于計算機處理。page5微機型裝置的原理時間（ms）電壓或電流波形（V）page6硬件結構分類（目前電力系統(tǒng)自動裝置結構形式）1、微型計算機系統(tǒng)2、工業(yè)控制計算機系統(tǒng)3、集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem-DCS)現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FieldbusControlSystem-FCS)對于控制功能單一的自動裝置,其輸入輸出的電氣量較少,適于采用微型計算機系統(tǒng),如同步發(fā)電機自動并列裝置.對于控制功能要求較高,軟件開發(fā)任務繁重的系統(tǒng),適于采用工控機系統(tǒng),如發(fā)電機勵磁自動調節(jié)系統(tǒng).對于分散的多對象的成套監(jiān)測控制裝置適于采用DCS或FCS,如發(fā)電廠、變電站遠動裝置和電廠機爐集控系統(tǒng)。page7微型計算機系統(tǒng)定義（本課程）：把較簡單的、借助于特定開發(fā)平臺才能編程的系統(tǒng)稱為微型計算機系統(tǒng)（主要為單片機系統(tǒng)）。微型計算機系統(tǒng)1傳感器2采樣保持器3模擬多路開關4A/D轉換器5存儲器6通信單元7中央處理單元CPU8外部設備page8微型計算機系統(tǒng)☆裝置硬件結構輸入1傳感元件（一次變換）放大電路信號調理激勵電路模擬信號多路選通器可編程數(shù)據(jù)放大器CPU單片機、工控機A/D轉換器數(shù)字顯示圖形顯示打印輸出數(shù)據(jù)存儲通信接口傳感元件（一次變換）放大電路信號調理激勵電路傳感元件（一次變換）放大電路信號調理激勵電路輸入2輸入Npage9微型計算機系統(tǒng)1、傳感器：將非電量（壓力、溫度、轉速）和電量（電壓、電流、功率）轉換為對應的計算機可以接受的弱電信號（電壓、電流）2、模擬多路開關：在采樣速度要求不高的場合，一般采用公用A/D轉換器。在每一個時刻中只將一路模擬信號輸入到A/D.目的簡化電路，降低成本。3、采樣/保持器：A/D轉換器完成信號轉換需要一段時間，在這段時間內,輸入到A/D的模擬信號需保持不變，由S/H完成。S/H電路page10微型計算機系統(tǒng)5、存儲器：用于計算機數(shù)據(jù)緩存，提供進一步的數(shù)據(jù)處理。6、通信單元：包括——通信控制器和通信收發(fā)器。通信控制器——用于控制通信過程，確定通信的數(shù)據(jù)、地址以及建立/拆除通信的數(shù)據(jù)鏈路。通信收發(fā)器——用于處理通信的物理層功能，包括物理引線的排列、機械特性和物理電平等。7、CPU及外設：自動裝置的核心部件，對系統(tǒng)的工作進行控制和管理，對采集的數(shù)據(jù)作處理，根據(jù)要求做出判斷和發(fā)出指令等。4、A/D轉換器：將模擬信號轉換為計算機可以處理的數(shù)字信號，它是影響數(shù)據(jù)采集速率和精度的主要因素之一。page11微型計算機系統(tǒng)☆多通道共享AD轉換模擬信號多路選通器計算機A/D轉換器采樣/保持輸入1輸入2輸入N···選通控制page12微型計算機系統(tǒng)☆多通道獨立AD轉換計算機A/D轉換器輸入1輸入2輸入N···A/D轉換器A/D轉換器采樣/保持page13微型計算機系統(tǒng)☆開關量輸入page14硬件抗干擾措施★GB/T14598.13脈沖群干擾★GB/T14598.14靜電放電干擾★GB/T14598.9輻射電磁場干擾☆電磁兼容相關的標準：★GB/T14598.10快速瞬變干擾page15硬件抗干擾措施page16硬件抗干擾措施★給處理器電源加濾波電路★數(shù)、模分區(qū)，強、弱分離★加裝隔離元件☆防止死機的處理措施（硬件布置原則）：★金屬外殼，等電位處理page17工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機——由穩(wěn)壓電源、機箱和不同功能的總線模板，以及鍵盤（顯示器）等外設接口組成。工業(yè)控制計算機系統(tǒng)中的內部總線種類繁多，比較常用的主要有：STD、PC104總線等。STD總線共有56根總線，信號之間的隔離消除了大部分總線上的干擾，單元為小模板結構，每塊模板具有獨立性，實現(xiàn)了板級功能分散。page18工業(yè)控制計算機系統(tǒng)STD總線的功能單元1CPU單元——STD總線的主處理單元，處理數(shù)據(jù)、地址和控制功能。一般含有高速CPU和協(xié)處理器。2A/D單元——提供模擬/數(shù)字轉換接口，模數(shù)轉換和數(shù)據(jù)讀取由CPU單元控制，也可以由外部觸發(fā)。3存儲器單元——作為通用存儲器的擴展卡，含有譯碼、存儲器、后備電池等，防止失電后數(shù)據(jù)丟失。4系統(tǒng)支持單元—包括設置開關、后備電池、實時時鐘、看門狗watchdog、上電復位、總線終端網(wǎng)絡等。5外設單元——包括定時器單元、I/O單元、鍵盤顯示板電源板等，用于與外部信號和設備接口和操作。page19集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)☆分布式系統(tǒng)結構網(wǎng)絡技術在工控領域發(fā)展的產物一般為單片機數(shù)據(jù)采集、控制裝置現(xiàn)場總線系統(tǒng)

現(xiàn)場總線系統(tǒng)：融合計算機技術、通信技術、自動控制技術發(fā)展而來。

將分散在現(xiàn)場的測控設備變?yōu)榫W(wǎng)絡上的節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，組成網(wǎng)絡型控制系統(tǒng)。

由主站（主節(jié)點）、從站、路由器等組成。主站（主節(jié)點）：完成信息發(fā)起、系統(tǒng)運行的協(xié)調任務。從站（從節(jié)點）：終端設備運行的執(zhí)行者，完成信號接收、查詢、測控工作。路由器：路由、中繼、數(shù)據(jù)交換。page202023/2/26page21軟件組成☆應用軟件★信號采集與預處理程序：信號采集、標度變換、濾波、存儲★主算法程序：將各個功能模塊組成為一個程序系統(tǒng)。★運行參數(shù)設置程序：參數(shù)量程、采樣通道號、采樣周期等設置?！锿ㄐ懦绦颍荷衔粰C與各個站之間的通信?！钕到y(tǒng)軟件★Linux★WinCEpage22采樣、量化與編碼技術1、采樣2、量化3、編碼Shannon采樣定理：采樣頻率必須大于原模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍，則模擬信號可由采樣信號來唯一表示。采樣周期決定了采樣信號的質量和數(shù)量。把采樣信號的幅值與某個最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來表示該幅值。量化信號的數(shù)值用二進制代碼表示。采用逐次逼近式ADC實現(xiàn)。page23交流采樣的電氣量計算和前置處理1、電壓電流計算一、電氣量計算采用變送器時，輸出直流量與輸入量對應，A/D轉換后，可直接送計算機。當進行交流采樣時，則要進行以下處理：周期信號，展成傅里葉級數(shù)n次諧波的余弦振幅n次諧波的正弦振幅page24交流采樣的電氣量計算和前置處理n=1時，基頻分量的余、正弦振幅f(t)中的基頻分量為：page25交流采樣的電量計算和前置處理每周采樣n次時，第k次電壓基頻分量的余、正弦系數(shù)分別為：基頻信號的幅值和初相角分別為：在電壓或電流的工頻周期內，可用來求出基波信號的實部和虛部分量，從而計算得幅值和相位角。page26交流采樣的電量計算和前置處理2、有功功率、無功功率計算三相功率的計算，有三表法、兩表法：三表法：采集發(fā)電機定子的三相電壓、電流，參與運算。page27交流采樣的電量計算和前置處理3、功角計算page282023/2/26功角分為內角和外角。內功角發(fā)電機假想轉子電動勢相量和機端電壓之間的夾角。外功角發(fā)電機假想轉子電動勢相量和系統(tǒng)電壓之間的夾角。

對發(fā)電機的運行具有重要意義，計算方法如下：page29交流采樣的電氣量計算和前置處理二、前置處理采入數(shù)據(jù)標度變換有效性檢驗線性化處理數(shù)字濾波數(shù)據(jù)保存實際應用中，計算機采集的模擬量種類較多，用不同的傳感器將這些模擬量轉換為電壓或電流量，經A/D變換為數(shù)字量，以不同的通道號代表不同的物理量，存入指定的存儲單元，送計算機處理。數(shù)據(jù)還要進行前置處理，內容有（1）標度變換同樣進入A/D的電平信號，代表的意義可能不同。（0-10V或4-20mA），可代表蒸汽壓力或溫度，或電壓量值。由算法乘以不同的標度變換系數(shù)，將量值恢復到原來的物理量。（2）數(shù)據(jù)的有效性檢驗