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綜述電力系統中交流采樣測量裝置原理及誤差校驗
來源: | 作者:炯喬電氣 | 發布時間: 2020-06-06 | 365 次瀏覽 | 分享到:
目前電力系統的模擬量數據采集方式分為直流采樣方式和交流采樣方式。
引言
目前電力系統的模擬量數據采集方式分為直流采樣方式和交流采樣方式。直流采樣方式測量精度直接受變送器的精度和穩定性影響:系統組成環節多,使投資成本增加;動態響應速度慢。對于快速變化的交流、電壓、電流及其有關的電量,用直流采樣方式已不能滿足電力系統實時性要求。交流采樣測量裝置為電網監測電測量廣泛應用的重要設備,尤其在取代傳統電測指針式儀表和變送器后己成為各電測量采集、計算、存儲等必不可少的在線測量儀器。而交流采樣方式,通過直接交流采樣和數字信號處理測量和計算出來的數據,可靠性和精度均較高。交流采樣測量裝置的在線實時誤差監測系統(簡稱監測系統)是集信號、數據采集與處理、現場交流采樣測量裝置誤差自動校驗、數據庫管理、狀態監測、報警、通訊于一體的監測系統,主要實現控制本地校驗交流采樣測量裝置、遠程校驗交流采樣測量裝置、遠程計劃校驗交流采樣測量裝置的誤差等功能。
1監測系統結構與原理
基于《交流采樣測量裝置運行檢驗管理規程》I1]及《交流采樣測量裝置校驗規范和作業指導書》目須定期校驗交流采樣測量裝置,至少應每la現場實負荷校驗1次、每3a現場虛負荷校驗1次。監測系統硬件部分包括互感器二次回路電流電壓切換裝置、電流回路開路保護、電壓回路短路保護、監視標準表、數據處理及通訊控制器等;控制軟件包括客戶服務程序、功能控制程序等。監測系統安裝于變電站、地區調度或網局調度。
1.1 拓撲結構
監測系統由數據處理及通訊控制器、(電流電壓)回路切換裝置、監視標準表等組成,系統結構見圖1。

1.2 原理
控制回路切換裝置確保被測回路的一組電流電壓信號進入監視標準表,經測量、計算、數字處理后的各個電參量數據信息傳入數據處理及通訊控制器;同時數據處理及通訊控制器通過交換機從遠動工作站獲取交流采樣測量裝置中同一被測量回路的各個電參量數字信號,比較兩組數據,按相對引用誤差的計算公式得出校驗誤差。
2監測系統硬件設備設計原理
2.1標準表設計
2.1.1 工作原理
標準表是誤差校驗的核心,其工作原理為:將二次測得的電壓、電流信號經高精度的Tv、TA隔離變換,送入高速AD轉換電路,高速DSP數據處理器用Drr方式求得周期T,采用軟件同步方式計算采樣周期,送CPLD產生A/D轉換所需同步脈沖;DSP數據處理器對A/D轉換結果進行運算,獲得電流、電壓、功率、頻率、相位等電氣量的測量結果。利用快速DFT算法獲得電參數計算公式為:

式中,u 為電壓第k次諧波最大值;I 為電流第k次諧波最大值;Pk為第k次諧波有功功率;Q 為第k次諧波無功功率;n 、8 分別為第k次諧波電壓與電流相位角;小為有功功率與視在功率的夾角,即功率因數角;k=l,2,?,NI2。標準表工作原理示意圖見圖2。

2.1.2 提高準確度的技術措施
交流采樣法按一定規律對被測交流信號的瞬時值采樣,再用數值算法求得被測量值。由于計算公式自身的誤差、采樣頻率及電路對測量誤差的影響、用軟件代替硬件的計算功能必產生誤差,取決于MD轉換器的位數和轉換速度。為確保測量精度,采取如下技術措施:①采用零磁通補償的互感器,提高電流、電壓由強電信號轉換為弱點信號的準確度;②采用溫度影響系數為2x10 ℃ 的電壓基準電路及anlogdevice公司AD976型AID轉換器(有效位數16,非線性失真1LSB),提高A/D轉換的準確度和穩定性;③高速DSP系統中,采用合理的軟件同步方法,提高采樣的同步性,消除硬件同步的不穩定因素。
2.2監測系統中電流回路開路保護設計監測系統中電流回路開路保護的原理見圖3。

監測系統中電流回路開路保護設計主要考慮:①接入監測系統的線路非校驗狀態時,繼電器接點TR 閉合,T 斷開。當TRb發生故障不能閉合時,二次回路開路保護單元動作,保證二次回路電流經二次回路開路保護單元與TA形成完整回路,并發出u。報警信號;②對該線路進行校驗時,繼電器接點TR 斷開、T凡閉合。當T凡發生故障不能閉合或標準表電流回路發生開路時,二次回路開路保護單元動作,保證二次回路電流經二次回路開路保護單元與TA形成完整回路,并發出u。報警信號。
2.3 監測系統中電壓回路短路保護設計監測系統中電壓回路短路保護的原理見圖4。

 
在二次回路短路保護單元后發生電壓短路時,二次回路短路保護單元動作,并發出U。報警信號,保證二次回路短路保護單元前的二次電壓回路不為短路狀態。
2.4設備故障時自啟動裝置設計
當數據處理及通訊控制器、(電流電壓)回路切換裝置、監視標準表故障時,自啟動裝置重啟設備原理見圖5。

設備故障時自啟動裝置的設計主要考慮:①(電源)自啟動裝置未投入運行時,交流220V電源應確保設備供電正常;②(電源)自啟動裝置投入后設備故障時(如死機),數據處理及通訊控制器控制將發出相應控制命令,控制相應電源(如U。、U:、u3)完成一次電源分開及閉合操作,使故障設備進行一次重新啟動。
2.5互感器二次電流、電壓回路切換裝置多級切換設計回路切換裝置完成對現場運行的16條線路的互感器二次回路進行選通,將選通的一路送入標準表進行測量;回路切換裝置采用兩級切換設計模式:切換裝置間由485通訊網絡完成控制命令傳輸?;芈非袚Q裝置原理見圖6。


互感器二次電流、電壓回路切換裝置采用兩級切換,一級切換裝置有1-9個通道,可分別接入9組電流電壓回路(三相四線);二級切換器可分別接入8組電流電壓回路(三相四線接入)。監測系統工作時,數據處理及通訊控制器控制通過485通訊網絡發出控制命令。選通線路1時,一級切換裝置1被打開,2 9被封閉,通道1信號通過一級切換裝置被送出;選通線路l6時,一級切換裝置9被打開,l 8被封閉,二級切換裝置8被打開,1 7被封閉,通道16信號通過二級切換裝置、一級切換裝置后被送出。
2.6 數據處理及通訊控制器設計
數據處理及通訊控制器為監測系統的核心單元,其關鍵部件為1臺ARM9裝置型控制器,采用Unix操作系統;通過485通訊網絡完成對電流電壓回路切換裝置、標準表的控制;通過變電站的數據網絡完成與交流采樣測量裝置的數據交換;安裝站端在線實負荷校驗程序(DKAs_砌 )和通訊程序(DKAS Comm) ,控制、執行、完成監測系統的各項任務。
3監測系統軟件程序設計 、
監測系統需提供組合、單步、重復、分組等多種校驗手段,使校驗靈活、方便、高效。對重復性校驗,系統能自動完成校驗數據的修復及整理。監測系統軟件包括站端在線實負荷校驗(DKAS砌 )、通訊(DKAS— Comm)和客戶服務(DKAS 個程序。數據處理及通訊控制_ RTC)3器以Linux作為操作系統,站端在線實負荷校驗程序、通訊程序在unux操作系統環境下編程;客戶服務程序以Micmsoft Windows 2000senrer系統作為支撐,支持Office2003等其他應用軟件。
3.1在線實負荷校驗程序(DKAS 】_ RTS
監測系統在接到地調或網調或校驗誤差指令后:① 電流、電壓切換裝置按命令要求接通被校驗線路的電流、電壓回路,標準表將該被校驗線路的數據經采集、計算、數據處理送入監測系統的數據比較單元;② 收取交流采樣測量裝置的數據,經處理的被校驗線路數據送至監測系統的數據比較單元;③ 比較、計算①、②數據并對該回路進行誤差校驗、保存全部相關數據。工作流程見圖7。

3.2通訊程序(DKAS一.Comm)
通訊程序啟動后,在監測系統的控制下通過網調數據網完成:①監控系統到遠動工作站取得數據操作;②執行地調或網調命令的傳輸與交換數據。通過監測系統內485網絡完成:①執行數據處理及通訊控制器對監視標準表及流、電壓切換裝置控制命令;② 數據處理及通訊控制器獲取電流、電壓切換裝的各種狀態信息;③數據處理及通訊控制器獲取監視標準表各種數據信息。
3I3客戶服務程序【DKAS RTC)
DKAS RTC 可安裝于地調和網調或筆記本電腦,主要完成:① 自動更新各變電站監測系統的誤差校驗數據;②本地控制校驗交流采樣測量裝置的誤差;③遠程控制校驗交流采樣測量裝置的誤差;④遠程計劃控制校驗交流采樣測量裝置的誤差等功能;⑤獲取各種操作事件和異常記錄及數據信息。
3.4 其他功能
監測系統提供各類數據信息的實時顯示、在線跟蹤翻譯、歷史數據存儲及輔助分析工具的調用等;提供事件記錄、信息跟蹤監視記錄;完成101規約的鏈路層及應用層信息解析、數據分析、錯誤原因分析等。
4 結語
(1)交流采樣測量裝置分別安裝于某供電公司A一220kv變電站、B一220kV變電站,近1a的實際運行證明,監測系統實現了在線實時誤差檢驗,提高了供電運行的安全、穩定、可靠性,并提高了校驗的準確性。
(2)標準表與被校驗交流采樣測量裝置并非同時取數,存在微小時間差值,可進一步研究多種技術措施減小時間差。




















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