電力系統(tǒng)常用交流采樣方法比較

1、電力系統(tǒng)常用交流采樣方法比較Comparison of Normal Alternating Sampling Methods in Electric Power System張紅山東工業(yè)大學計算中心 (濟南 250061)王誠梅文摘 電量的數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)自動化的重要環(huán)節(jié)，而交流采樣實時性好、相 位失真小、投資少、便于維護，因此越來越受到人們的重視。特別是隨著計算機和集成電路技術(shù) 的發(fā)展，交流采樣原有的困難如算法復雜、提高精度難、對A/D的速度要求高等已逐步得到克服，所以它呈現(xiàn)出取代直流采樣的趨 勢。為此，介紹電力系統(tǒng)中常用 的交流采樣算法，分 析其特點，以便正確選擇其使用場合。關(guān)鍵詞電力系統(tǒng)

2、交流采樣算法隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力網(wǎng)容量不斷增大，結(jié)構(gòu)日趨復雜，電力系統(tǒng)中實時監(jiān)控、調(diào)度的自動化就顯得十分重要，而數(shù)據(jù)采集又 是實現(xiàn)自動化的重要環(huán)節(jié)，尤其是如何準確、快速地采集系統(tǒng)中的各個模擬電量，一直是電力工作者關(guān)注的熱點。 根據(jù)采樣信號的不 同，可分為直流采樣和交流采樣2大類。直流采樣是把 交流電壓、電流信號轉(zhuǎn)化為05V的直流電壓，這種方法的主要優(yōu)點是算法簡單，便于 濾波，但投資較大，維護復雜，無法實現(xiàn)實時信號采集，因而在電力 系統(tǒng)中的應用受到限制。交流采樣是把交流量轉(zhuǎn)化為5V(或05V)的交流電壓進行采 集，主要優(yōu)點是實時性好，相位失真小，投資少、便于維護；其缺點 是算法復雜，精度

3、難以提高，對A/D轉(zhuǎn)換速度要求較高。 隨著微機技術(shù)的發(fā)展，交流采樣以其 優(yōu)異的性能價格比， 有逐步取代直流采樣的趨勢。交流采樣的應用范圍非常廣泛，根據(jù)應用場合不同，其算法也有很多種，按照其模型函數(shù)，大致可分 為正弦模型算法，非正弦周期模型算法。其中正弦模型算法主要有最 大值算法、單點算法、半周期積分法、兩點采樣等；非正弦模型算法有均方根算法、付里葉算法 等，各種算法都有其優(yōu)缺點，在電力系統(tǒng)中的應用也不相同。1正弦函數(shù)模型算法1.1最大值算法假定正弦量為純交流量，通過采集最大值即可得到有效值。設(shè)u=Um sin(t+u)則式中Um同步采樣得到的電壓最大值。同樣1.2單點算法這種算法適用于對稱三相

4、正弦電路，在某一時刻同時對三相線電流和線電壓采集1點，就可計算出各線電壓和線電流有效值、各相有功及無功功率。其中同理其中1.3半周期積分法設(shè) 則 把積分離散化，有其中N為半周期中采樣點數(shù)。同理1.42點采樣對正弦電壓、電流，相差90采2組值。設(shè)u=Umsint則u1=Umsin(t+)u2=Umsin(t+90) u21+u22=U2msin2(t+)+U2mcos2(t+)=U2m=2U2又i=Imsin(t-)同理 下邊再討論P、Q采集：2非正弦 周期函數(shù)算法2.1均方根法設(shè)u=Umsint離散化得到其中N為每周期等間隔采樣次數(shù)，uk為第k次采樣值。由采樣定理知，這種算法可計及 次諧波。同

5、理由 離散化2.2全周波付里葉算法設(shè)u(t)為周期函數(shù)，并且滿 足狄里赫利條件，則U(t)可展開為級數(shù)。 離散化有 其中N為采樣點數(shù)，uk為第k次采樣值。基波電壓幅值 基波功率計算，由ua1ia1+ub1ib1=UmcosImcos(-)+2.3遞推付里葉算法參考全周波付氏算法，可得到遞推計算各次諧波實部、虛部的表達式 遞推開始時取 u(k-N)=0，當kN時再計及u(k-N)，這種方法的計算數(shù)據(jù) 仍是最近 1 個周波的。基波電壓以及有功功率和無功功率分別表示為3幾種采樣算法的應用前面介紹的幾種算法各有其特點，在應用時主要根據(jù)對準確或?qū)崟r性的不同要求 來選擇。如果采集三相對稱正弦信號，單點算法

6、不失為理想算法，對采樣時刻沒有要求，既準確又快捷，并且可以同時得到電壓、電流、有 功、無功等信號，但這種算法對采樣信號要求較高，硬件較為復雜。最大值采樣，半周期積分采樣，2點采樣具有簡單快速 的優(yōu)點，都能在半周期內(nèi)完成采集，但是對輸入信號要求嚴格，只適于輸入為正弦信號或有預濾波裝置的場合。以上幾種采樣方法，采集速度快，實時性強，特別適于繼電保護系統(tǒng)及實時監(jiān)控系統(tǒng)。均方根算法能計及高次諧波的影響，并且隨著每周采樣點的增多，可以提高采集精度，但采樣點太多必然降低采集速度，增加了運 算量，因而需要在精度和快速之間作出適當選擇。 全波付里葉算法具 有很強的濾波能力，適用于各種周期量采集，基波或高次諧波，但是其響應速度慢，不能適合快速采集的要求，比較適于電量計算時的數(shù)據(jù)采 集，或者是其他實時性要求差但精