页数：51页文件大小：2.13 MB来源： 电力系统自动化ppt课件
本课件讲解电力调度自动化系统的总体结构，依次展开信息采集执行、信息传输、信息收集处理控制与人机联系四个子系统，说明霍尔与光学传感器、直流与交流采样方式及全周波傅立叶算法，并给出数据采集系统与SCADA实例。
第2章电力调度自动化SCADA技术封面
1、介绍电力调度自动化系统的总体结构；2、介绍电量参数采样过程中的信号变换原理，以及一些算法设计；3、介绍自动化数据采集系统。
本章主要内容：
电力调度自动化系统结构
根据所完成功能的不同，可以将此系统划分为信息采集和命令执行子系统、信息传输子系统、信息收集处理与控制子系统、人机联系子系统。
其结构框图如下：发电厂变电站信息采集和命令执行子系统信息传输子系统信息收集、处理、控制子系统人机联系子系统
信息采集和命令执行子系统
作用：采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过远动终端传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。
即能实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能。
遥测遥信遥调遥控的含义
遥测是采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息。
遥信是采集并传送电力系统中数字量的实时信息。
遥调是接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令。
遥控是接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作。
信息传输子系统
作用：将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确的传输。
分类：模拟传输系统和数字传输系统两类。
信息收集处理与控制子系统
作用：负责收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息，并对收集到的信息进行分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。
人机联系子系统
作用：实现了人机对话。
该系统将传输到调度控制中心的各类信息进行加工处理，通过各种输出设备，为调度人员提供完整实用的电力系统实时信息。
调度人员发出的遥控、遥调指令也可通过此系统输入、传送给执行机构。
电量信号变换原理与标度变换
电量传感器的分类
2．电量传感器按照传感器的工作原理，可分为：a.基于霍尔效应的传感器.b.基于磁光效应和光电效应的传感器。
霍尔效应基本原理
把霍尔元件H（具有霍尔效应的半导体薄片）放在磁感应强度为B的均匀磁场中，沿x方向通以控制电流，沿z方向施加磁场B，则在Y方向上将出现横向电场EH，这种现象称为霍尔效应，所产生的电场称为霍尔电场。
基本霍尔电流传感器原理
电路图：原理：霍尔元件放置在铁芯的气隙中，控制电流IC的方向如图所示，被测电流I1的导线直接穿过环形铁芯，其在铁芯中产生垂直于霍尔元件表面的磁场。
根据霍尔效应原理，霍尔元件将产生霍尔电势EH。
霍尔电势调理与电流测量
霍尔元件输出的电势EH经过差分放大、滞后频率补偿、可调零的相放大和超前频率补偿等环节调理后，可得到符合监控单元输入要求的输出电压U2。
通过测量输出电压U2的大小，就可以得到被测电流I1。
零磁通霍尔电流传感器原理
电路图：原理：当I1通过N1，霍尔元件H检测出I1N1所产生磁场的霍尔电势EH，经电压、功率放大形成电流I2。
此时，补偿电流I2产生的磁通小于被测电流I1产生的磁通，磁场中出现与方向相同的磁通，使传感器输出电压增加，补偿电流I2及其产生的磁通也增加，直至，霍尔输出电压为零。
零磁通霍尔电流传感器原理图
霍尔电流传感器的特点
霍尔电流传感器可以测量任意波形的电流参量，如直流、交流和脉冲波形等。
线性度优于0.1％，且全量程满足线性要求。
动态性能好。
霍尔传感器模块的动态响应时间小于15，跟踪速度。
工作频带宽。
可在0～100kHz频率范围内很好地工作。
过载能力强，可靠性高。
霍尔电压传感器原理与分类
（3）霍尔电压传感器基本原理其基本原理与霍尔电流传感器基本相同。
也是利用霍尔效应，首先将被测电压转化为通过导线或绕组的电流，产生相应的磁场，通过置于环形铁芯的霍尔元件及相应配置的放大器将霍尔电压放大处理后，即可测得电压。
分类基本型霍尔电压传感器和零磁通性霍尔电压传感器
光学电流传感器原理
原理基于法拉第磁光效应。
基本概念是：一束线偏振光在磁场作用下通过磁光材料时，它的偏振面将发生旋转。
旋光角正比于磁场沿着偏振光通过材料路径的线积分，通过测量旋转的角度即可确定被测电流的大小。
如右图所示。
光学电流传感器的基本结构
基本结构：由光源发出的一束单色光，经过光纤传送到起偏器，变成偏振光；经过置于被测电流产生的磁场内的磁光材料，偏振光将被磁光调制；再输入检偏器解调，得到偏转角度；最后由检测电路计算出偏振光旋转角度及对应的被测电流大小。
光学电压传感器原理
原理基于线性电光效应，其示意图如右图所示。
所谓电光效应是指某些透明光学介质，在外电场作用下，其折射率线性地随外电场而改变的效应。
当输入光传播方向与电场方向垂直时，电场所引起的双折射最大，使晶体中射出的两束线偏振光产生相位差，其最大相位差为测出晶体输出的两束偏振光间的相位差，即可计算出被测电压。
直流采样方式与电量变送器分类
交流电流变送器
原理图组成：中间电流互感器、桥式整流电路和RC低通滤波电路工作原理电流互感器TA1输出的被测交流电流，经隔离互感器TA2和R1后，转化为交流电压量，经过桥式整流电路V1～V4的全波整流，RC低通滤波器滤波后得到直流信号。
这样，从端子7、8与9、10上可以得到两组0～5V的直流输出电压，从端子5、6上可以得到0～1mA的直流输出电流。
交流电压变送器
原理图组成：电压互感器TV2，桥式整流电路、RC滤波电路工作原理电压互感器TV1输出的被测交流电压，经隔离互感器TV2降压，再经桥式整流电路全波整流、RC滤波后，得到直流信号。
这样，从端子7、8与9、10上可以得到两组0～5V的直流输出电压，从端子5、6上可以得到0～1mA的直流输出电流。
微机电量变送器
结构图组成：交流信号输入电路、采样保持器、A/D转换器、CPU和存储器、工频跟踪、采样时序电路工作原理：输入信号经TV（TA）变换成A/D转换范围内的交流电压信号，在单片机的控制下，依次选通多路开关的通道，被选通通道的信号送入到采样保持器，采样保持器按确定的采样时序采样，送到A/D转换器进行转换，A/D转换器转换结束后，向CPU发出启动读数据信号，CPU经并行接口获得A/D转换的数据。
交流采样方式与算法概述
由于交流采样所得到的是信号的瞬时值，这些量是随时间而变化的交变量，交流电压有效值U、交流电流有效值I、有功功率P、无功功率Q需要通过一定算法来计算。
一点采样算法
:对三相线电压和线电流同时采集一点，就可计算出信号的有效值。
多点算法
2．多点算法基本思想是根据周期连续函数的有效值定义，将连续函数离散化，可以得出电压、电流有效值的表达式。
将其离散化，得将其离散化，得将其离散化，得
全周波傅立叶算法
1）电压信号u(t)为周期的函数，且满足狄氏条件，则：将上式离散化处理，得：
基频电压分量计算公式
若每周采样6点，则基频分量实部和虚部的计算公式分别为：基频电压分量的幅值为：
电流信号级数三角形式
2）对电流信号i(t)，其级数的三角形式为：其中，将上式离散化处理，得：
电流基频分量幅值计算
若每周采样6点，则基频分量实部和虚部的计算公式分别为：电流基频分量的幅值为：
基频电压电流相量图
基频电压、基频电流的相量图：则：
相量关系整理公式
将以上两式整理得：
本页以图示或公式为主，源文件提取到的文字较少，建议对照原课件图片补充本页要点。
模拟量信号采集结构
2.3电力系统自动化数据采集系统2.3.1模拟量信号采集模拟量采集结构框图
多路切换开关MUX
（MUX）作用：在一个特定的时间内，只允许一路模拟信号输入到A/D转换器，从而实现分时转换的目的。
组成：地址输入缓冲器和电平转换器，译码器和驱动器，模拟开关
多路开关工作原理
工作原理：EN和A3～A0四个端子共同控制本芯片16路开关的导通与断开。
EN片选控制线：EN=“0”，芯片被封锁，16路开关均被断开；EN=“1”，芯片被选通，A3～A0四个端子控制本芯片16路开关的导通与断开。
A1A2A3A4=0～15，取不同的值，S0～S15开关轮流导通。
例如：A1A2A3A4=0100，表示第2号开关接通了。
程控放大器
2.程控放大器作用：具有不同的放大倍数，把在不同变化范围的模拟信号变换成与A/D转换器相匹配的信号。
结构图：Vin+，Vin-:模拟信号的输入端，Vo:程控增益放大器输出端，A1，A2:放大器的增益控制端。
通过控制A1，A2的逻辑电平，可以有不同的放大倍数。
采样保持器S/H
3.采样保持器（S/H）作用：当输入信号变化时，要求输出信号跟随输入信号的变化进行间隔采样，在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态。
结构图：S闭合，进行采样，AOUT= AINS断开，保持该阶段开始瞬间的值不变。
工作原理：
模数转换器A/D
3.模/数转换器（A/D）作用：将模拟量转换成计算机可以接收的数字量。
逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、电压比较器及控制逻辑部分原理图：组成：
AD574A芯片结构
典型芯片AD574A：芯片结构AD574A的结构框图及引脚图
AD574A工作过程
AD574A数据读过程
②数据读过程AD574A读数据时序图当为“0”、为“1”，且CE为“1”、STS为“0”时，启动数据读过程
模拟量的处理
A/D转换后的数字量经接口送往计算机后，必须对数据进行数字滤波、标度转换等一系列处理方能存入内存的数据区。
数字量I/O系统
数字量输入通道：把数字量信息输入微机系统的电路。
数字量输出通道：数字量信息自微机系统输出或遥控远方装置的电路。
数字量输入子系统
原理图组成信号隔离电路、电平转换电路、消躁除颤电路、多路通道选择电路、并行接口电路
信号隔离与电平转换电路
电路图：b、实现现场开关量与CPU总线之间的完全隔离工作原理：辅助触点K闭合，数字量输出端为高电平“1”；辅助触点K断开，输出端输出低电平“0”，完成了数字量信息的采集。
作用：a、将开关量转换成数字量输出
消颤除噪电路
电路特性及波形作用：抑制开关的抖动，避免计算机对断路器位置的错误判断。
单片机数据采集系统硬件结构
2.3.3基于单片机的电力系统自动化数据采集系统设计电力系统自动化数据采集系统硬件结构图
单片机数据采集系统组成与工作过程
组成：80C196单片机、AD7056多路选择开关、MAX132A/D转换器、四片扩展的存储器ROM(27C256)和两片RAM(62256)工作过程：当采集某一通道数据时，先根据其通道的模式，将相应寄存器的值送入命令寄存器1，来确定程控放大器的增益。
当单片机启动转换时，输出换命令到A/D转换器的命令寄存器0，启动转换。
从现场来的模拟信号，经过滤波、放大成适合A/D转换器的信号后，在单片机的控制下，开始转换。
转换完成时，A/D转换器通过其控制端向单片机发出中断信号，等待单片机将数据读走。
SCADA系统设计实例概述
电力系统自动化SCADA：数据采集及监视控制系统，SCADA系统是以计算机为基础的调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA基本功能
1.数据采集与传输2.事故追忆功能3.历史数据存储4.报表功能5.特殊运算功能基本功能：
SCADA设计实例硬件结构
2.4.2 SCADA设计实例1.系统硬件结构配置
SCADA系统的软件结构
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