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第4章被测模拟量的信号分析与处理

只有电压电流信号能被监控器采样环节直接采样,所以被测电压有效值、电流有效值、有功和无功功率及功率因数,计量电能的测量显示和故障处理,需要处理器件采用不同的数值计算方法对电压、电流的采样结果进行处理。
一般来说,运行现场的电压、电流是与供电电网同频率的周期函数(在不考虑各类干扰造成的畸变时,应该是正弦波),短路故障电流却是一个非周期函数。因此,处理器在处理上将有很大的区别。


对智能电器工作现场的电压和电流采样,有交流和直流两种方法。早期的电力系统继电保护中基本采用直流采样,而在以可编程数字处理器件为核心的智能电器监控器中,都用交流采样。

直流采样的特点:(1)直流采样对A/D转换器的转换速率要求不高。(2)直流采样程序简单,采样后只需乘以相应的标度系数便可得到电压电流的有效值或功率值。(3)直流采样的变送器经过了整流、滤波等环节,抗干扰能力较强。(4)直流采样输入回路采用R-C滤波电路,相应时间较长,使采样的实时性较差。(5)直流采样误差较大。变送器本身功率较大,使作为测量信一号源的TV/TA输出精度下降;变送器的电路中采用的非线性元件如铁心、整流二极管等都引起误差。 (7)直流采样需要很多变送器,硬件数量多,接线繁琐,占用平面多

交流采样的特点:
(1)对A/D转换器转换速率和采样保持器要求较高。一个交流周期内采样点数为12、16、20、24点等,32点用于分析高次谐波。
(2)交流采样采用大规模的集成电路,稳定性、可靠性高,延长了校验的次数周期。
(3)交流采样的周期采样次数N提高,即可提高相应的速度,减小系统误差。
交流采样实时性好、相位失真小、投资少、便于维护,因此越来越受到人们的重视

,对模拟量信号采样必须满足采样定理,而选择采样频率的关键是确定被测信号的截止频率。
电力传输线工作于强磁干扰环境,会有谐波干扰。这些干扰引起的电网电压和电流波形的畸变不能忽略,所以在确定被测信号截止频率时,要考虑保持实际电压、电流的非正弦特性,否则会产生测量误差。此外,非周期、非正弦的短路电流具有更宽的信号频带,选择它们的截止频率时,需要更严格的分析,以保证保护操作的正确性。

在中低压等级的智能电器监控单元中,六次以上的谐波不影响电参量的测量精度,因此截止频率一般定为6倍的基波频率,大多数使用600Hz采样频率,也就是每个电源周期采样12点。
在高压智能监控单元中,中央处理器多采用DSP,每个电源周期采样32点和64点。

智能电器对电量的测量是采样被测电压、电流信号,根据采样结果实时计算并显示被测量的当前值,包括监控和保护对象的电压、电流有效值、有功和无功功率及功率因数。

、电流的有效值计算
电压、电流的有效值就是其方均根值,任意周期函数f(x)的方均根公式为
式中,T为函数f(x)的周期。同理,检测器根据采样结果计算电压电流有效值的表达式分别为

式中,N为每个电源周期的采样点数;ik和uk为电压、电流在第k点的采样值。这两个式子就是复化梯形求积公式。