第四章 变电所综合自动化系统硬件原理.ppt

典型硬件结构 变电所模拟量输入输出原理 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。 变电所模拟量输入输出原理 二、逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电路 变电所模拟量输入输出原理 （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。 变电所模拟量输入输出原理 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。 变电所模拟量输入输出原理 （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。 变电所模拟量输入输出原理 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。 变电所模拟量输入输出原理 （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， 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。 变电所模拟量输入输出原理 （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。　 变电所模拟量输入输出原理 （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。 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” 。 变电所模拟量输入输出原理 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，其原理如图所示。 变电所模拟量输入输出原理 （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。　 变电所模拟量输入输出原理 此偏置电压为-5V，其压控震荡频率与网络电阻的关系为 　 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。 变电所模拟量输入输出原理 VFC的变换特性与输入交流信号的变换关系如图2-17。 变电所模拟量输入输出原理 当输入电压 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）。 变电所模拟量输入输出原理 变电所模拟量输入输出原理 在 至 的这一段时间内计数器计到的脉冲数为 ，如果每个脉冲对应的电压值为Kb系数，则输入