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综述电力系统中交流采样测量装置原理及误差校验
来源: | 作者:炯乔电气 | 发布时间: 2020-06-06 | 1279 次浏览 | 分享到:
目前电力系统的模拟量数据采集方式分为直流采样方式和交流采样方式。
引言
目前电力系统的模拟量数据采集方式分为直流采样方式和交流采样方式。直流采样方式测量精度直接受变送器的精度和稳定性影响：系统组成环节多，使投资成本增加；动态响应速度慢。对于快速变化的交流、电压、电流及其有关的电量，用直流采样方式已不能满足电力系统实时性要求。交流采样测量装置为电网监测电测量广泛应用的重要设备，尤其在取代传统电测指针式仪表和变送器后己成为各电测量采集、计算、存储等必不可少的在线测量仪器。而交流采样方式，通过直接交流采样和数字信号处理测量和计算出来的数据，可靠性和精度均较高。交流采样测量装置的在线实时误差监测系统(简称监测系统)是集信号、数据采集与处理、现场交流采样测量装置误差自动校验、数据库管理、状态监测、报警、通讯于一体的监测系统，主要实现控制本地校验交流采样测量装置、远程校验交流采样测量装置、远程计划校验交流采样测量装置的误差等功能。
1监测系统结构与原理
基于《交流采样测量装置运行检验管理规程》I1]及《交流采样测量装置校验规范和作业指导书》目须定期校验交流采样测量装置，至少应每la现场实负荷校验1次、每3a现场虚负荷校验1次。监测系统硬件部分包括互感器二次回路电流电压切换装置、电流回路开路保护、电压回路短路保护、监视标准表、数据处理及通讯控制器等；控制软件包括客户服务程序、功能控制程序等。监测系统安装于变电站、地区调度或网局调度。
1．1 拓扑结构
监测系统由数据处理及通讯控制器、(电流电压)回路切换装置、监视标准表等组成，系统结构见图1。

1．2 原理
控制回路切换装置确保被测回路的一组电流电压信号进入监视标准表，经测量、计算、数字处理后的各个电参量数据信息传入数据处理及通讯控制器；同时数据处理及通讯控制器通过交换机从远动工作站获取交流采样测量装置中同一被测量回路的各个电参量数字信号，比较两组数据，按相对引用误差的计算公式得出校验误差。
2监测系统硬件设备设计原理
2．1标准表设计
2．1．1 工作原理
标准表是误差校验的核心，其工作原理为：将二次测得的电压、电流信号经高精度的Tv、TA隔离变换，送入高速AD转换电路，高速DSP数据处理器用Drr方式求得周期T，采用软件同步方式计算采样周期，送CPLD产生A／D转换所需同步脉冲；DSP数据处理器对A／D转换结果进行运算，获得电流、电压、功率、频率、相位等电气量的测量结果。利用快速DFT算法获得电参数计算公式为：

式中，u 为电压第k次谐波最大值；I 为电流第k次谐波最大值；Pk为第k次谐波有功功率；Q 为第k次谐波无功功率；n 、8 分别为第k次谐波电压与电流相位角；小为有功功率与视在功率的夹角，即功率因数角；k=l，2，⋯，NI2。标准表工作原理示意图见图2。

2．1．2 提高准确度的技术措施
交流采样法按一定规律对被测交流信号的瞬时值采样，再用数值算法求得被测量值。由于计算公式自身的误差、采样频率及电路对测量误差的影响、用软件代替硬件的计算功能必产生误差，取决于MD转换器的位数和转换速度。为确保测量精度，采取如下技术措施：①采用零磁通补偿的互感器，提高电流、电压由强电信号转换为弱点信号的准确度；②采用温度影响系数为2x10 ℃ 的电压基准电路及anlogdevice公司AD976型AID转换器(有效位数16，非线性失真1LSB)，提高A／D转换的准确度和稳定性；③高速DSP系统中，采用合理的软件同步方法，提高采样的同步性，消除硬件同步的不稳定因素。
2．2监测系统中电流回路开路保护设计监测系统中电流回路开路保护的原理见图3。

监测系统中电流回路开路保护设计主要考虑：①接入监测系统的线路非校验状态时，继电器接点TR 闭合，T 断开。当TRb发生故障不能闭合时，二次回路开路保护单元动作，保证二次回路电流经二次回路开路保护单元与TA形成完整回路，并发出u。报警信号；②对该线路进行校验时，继电器接点TR 断开、T凡闭合。当T凡发生故障不能闭合或标准表电流回路发生开路时，二次回路开路保护单元动作，保证二次回路电流经二次回路开路保护单元与TA形成完整回路，并发出u。报警信号。
2．3 监测系统中电压回路短路保护设计监测系统中电压回路短路保护的原理见图4。

 
在二次回路短路保护单元后发生电压短路时，二次回路短路保护单元动作，并发出U。报警信号，保证二次回路短路保护单元前的二次电压回路不为短路状态。
2．4设备故障时自启动装置设计
当数据处理及通讯控制器、(电流电压)回路切换装置、监视标准表故障时，自启动装置重启设备原理见图5。

设备故障时自启动装置的设计主要考虑：①(电源)自启动装置未投入运行时，交流220V电源应确保设备供电正常；②(电源)自启动装置投入后设备故障时(如死机)，数据处理及通讯控制器控制将发出相应控制命令，控制相应电源(如U。、U：、u3)完成一次电源分开及闭合操作，使故障设备进行一次重新启动。
2．5互感器二次电流、电压回路切换装置多级切换设计回路切换装置完成对现场运行的16条线路的互感器二次回路进行选通，将选通的一路送入标准表进行测量；回路切换装置采用两级切换设计模式：切换装置间由485通讯网络完成控制命令传输。回路切换装置原理见图6。


互感器二次电流、电压回路切换装置采用两级切换，一级切换装置有1-9个通道，可分别接入9组电流电压回路(三相四线)；二级切换器可分别接入8组电流电压回路(三相四线接入)。监测系统工作时，数据处理及通讯控制器控制通过485通讯网络发出控制命令。选通线路1时，一级切换装置1被打开，2 9被封闭，通道1信号通过一级切换装置被送出；选通线路l6时，一级切换装置9被打开，l 8被封闭，二级切换装置8被打开，1 7被封闭，通道16信号通过二级切换装置、一级切换装置后被送出。
2．6 数据处理及通讯控制器设计
数据处理及通讯控制器为监测系统的核心单元，其关键部件为1台ARM9装置型控制器，采用Unix操作系统；通过485通讯网络完成对电流电压回路切换装置、标准表的控制；通过变电站的数据网络完成与交流采样测量装置的数据交换；安装站端在线实负荷校验程序(DKAs_砌 )和通讯程序(DKAS Comm) ，控制、执行、完成监测系统的各项任务。
3监测系统软件程序设计 、
监测系统需提供组合、单步、重复、分组等多种校验手段，使校验灵活、方便、高效。对重复性校验，系统能自动完成校验数据的修复及整理。监测系统软件包括站端在线实负荷校验(DKAS砌 )、通讯(DKAS— Comm)和客户服务(DKAS 个程序。数据处理及通讯控制_ RTC)3器以Linux作为操作系统，站端在线实负荷校验程序、通讯程序在unux操作系统环境下编程；客户服务程序以Micmsoft Windows 2000senrer系统作为支撑，支持Office2003等其他应用软件。
3．1在线实负荷校验程序(DKAS 】_ RTS
监测系统在接到地调或网调或校验误差指令后：① 电流、电压切换装置按命令要求接通被校验线路的电流、电压回路，标准表将该被校验线路的数据经采集、计算、数据处理送入监测系统的数据比较单元；② 收取交流采样测量装置的数据，经处理的被校验线路数据送至监测系统的数据比较单元；③ 比较、计算①、②数据并对该回路进行误差校验、保存全部相关数据。工作流程见图7。

3．2通讯程序(DKAS一．Comm)
通讯程序启动后，在监测系统的控制下通过网调数据网完成：①监控系统到远动工作站取得数据操作；②执行地调或网调命令的传输与交换数据。通过监测系统内485网络完成：①执行数据处理及通讯控制器对监视标准表及流、电压切换装置控制命令；② 数据处理及通讯控制器获取电流、电压切换装的各种状态信息；③数据处理及通讯控制器获取监视标准表各种数据信息。
3I3客户服务程序【DKAS RTC)
DKAS RTC 可安装于地调和网调或笔记本电脑，主要完成：① 自动更新各变电站监测系统的误差校验数据；②本地控制校验交流采样测量装置的误差；③远程控制校验交流采样测量装置的误差；④远程计划控制校验交流采样测量装置的误差等功能；⑤获取各种操作事件和异常记录及数据信息。
3．4 其他功能
监测系统提供各类数据信息的实时显示、在线跟踪翻译、历史数据存储及辅助分析工具的调用等；提供事件记录、信息跟踪监视记录；完成101规约的链路层及应用层信息解析、数据分析、错误原因分析等。
4 结语
(1)交流采样测量装置分别安装于某供电公司A一220kv变电站、B一220kV变电站，近1a的实际运行证明，监测系统实现了在线实时误差检验，提高了供电运行的安全、稳定、可靠性，并提高了校验的准确性。
(2)标准表与被校验交流采样测量装置并非同时取数，存在微小时间差值，可进一步研究多种技术措施减小时间差。




















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