【正文】 行模/數(shù)變換方式，將模擬量電壓先轉(zhuǎn)換為頻率脈沖量，通過脈沖計數(shù)變換為數(shù)字量的一種變換形式。計算機(jī)輸出的信號以數(shù)字的形式給出，而有的執(zhí)行元件要求提供模擬的電流或電壓，因此采用模擬量輸出通道來實現(xiàn)。（一）基于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入電路一個模擬量從變電站的主回路到微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存，中間要經(jīng)過多個轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)和濾波環(huán)節(jié)。主要包括電壓形成電路、低通濾波電路、采樣保持電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及A/D變換芯片五部分。下面分別介紹這五部分的工作原理及作用。 總線CPU多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采樣保持低通濾波電壓形成電路變換器TVA/D … … …存儲器采樣保持低通濾波電壓形成回路TA 圖 逐次逼近式模擬量輸入電路框圖1）電壓形成電路綜合自動化裝置要從電流互感器（TA）和電壓互感器（TV）取得信息，但這些互感器的二次側(cè)電流或電壓不能適應(yīng)模/數(shù)變換器的輸入范圍要求，故需對它們進(jìn)行變換。一般采用中間的變換器將一次設(shè)備電壓互感器二次側(cè)引來的電壓進(jìn)一步降低，電流互感器二次側(cè)引來的電流變成交流電流。經(jīng)低通濾波器及雙向限幅電路，將通過中間變換器降低或轉(zhuǎn)換后的電壓變成后面環(huán)節(jié)中A/D轉(zhuǎn)換芯片所允許的電壓范圍。一般模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片要求輸入信號電壓為5V或10V，由此可以決定上述各種中間變換的變比。電壓形成電路不僅起電量變換作用，還將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機(jī)A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全合理，提高抗干擾能力。，使電路后面環(huán)節(jié)的采樣保持器、A/D變換芯片的輸入電壓限制在峰—峰值10V或（5V）以內(nèi)。2）低通濾波器與采樣定理①連續(xù)時間信號的采樣。微機(jī)處理的都是數(shù)字信號，因此需將隨時間連續(xù)變化的模擬量變成數(shù)字信號，對模擬量進(jìn)行采樣，將一連續(xù)的時間信號x(t)變成離散的時間信號x’(t)。采樣時間間隔由采樣控制脈沖S(t)來控制，相鄰兩個采樣的時間間隔稱為采樣周期，通常用TsL來表示。采樣僅是每隔Ts時間久取一次模擬信號的即時幅值，顯然它在每隔采樣點上（0，1Ts，2Ts，…）的幅值與輸入的連續(xù)信號x(t)的幅值是相同的。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，對電壓、電流量的采樣是以采樣周期間隔來表示的。采樣周期Ts的倒數(shù)是采樣頻率fs。在綜合自動化裝置中，被采樣的信號x(t)主要是工頻50Hz模擬信號，通常以工頻每個周期的采樣點數(shù)來間接定義采樣周期Ts或采樣頻率fs。例如，工頻每個周期采樣點數(shù)為12次，采樣周期Ts=20/12=5/3(ms),采樣頻率fs=50*12=600(Hz)。②采樣定理采樣是否成功，主要表現(xiàn)在采樣信號x’(t)能否真是的反映出原始的連續(xù)時間信號中所包含的重要信息，采樣定理就是回答這個問題。變電站綜合自動化系統(tǒng)中小電流接地系統(tǒng)檢測裝置，要采樣的信號時5倍頻的電流信號，即f0=5*50=250（Hz），采樣頻率至少應(yīng)選f0≥2*250（Hz）才能保證采樣的5倍頻電流信號不失真地還原。③低通濾波器的設(shè)置電力系統(tǒng)在故障的暫態(tài)期間，電壓和電流含有較高的頻率成分，對所有的高次諧波成分均不失真地采樣，頻率需取得很高，這對硬件速度提出很高要求，成本 增高，實際中，大多數(shù)綜合自動化原理反映工頻分量，或者反映某種高次諧波，因此，在采樣之前將最高信號頻率分量限制在一定頻帶內(nèi)，即限制輸入信號的最高頻率。降低采樣頻率fs，一方面降低了對硬件的速度要求，另一方面對所需的最高頻率信號的采樣不易發(fā)生失真。3）采樣保持器數(shù)據(jù)采集模塊中采用等時間間隔采樣，實現(xiàn)連續(xù)信號采樣形成離散時間信號。在采樣過程中需考慮以下幾個問題。①采樣頻率的選擇方式。根據(jù)模擬輸入信號中的基波頻率與采樣頻率之間的關(guān)系，采樣方式可分為異步采樣方式和同步采樣方式兩種。異步采樣：異步采樣也稱為定時采樣，即采樣周期Ts，采樣頻率fs永遠(yuǎn)地保持固定不變。在這種采樣方式下，采樣頻率fs不隨模擬輸入信號的基波頻率變化調(diào)整，人為地認(rèn)為模擬輸入信號的基波頻率保持不變。在此條件下，通常采樣頻率fs為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時工頻50Hz的整數(shù)倍N，即fs=50N（Hz）。也就是工頻50Hz每周期采樣的點數(shù)為N。同步采樣：同步采樣也稱為跟蹤采樣即保證采樣頻率fs始終與系統(tǒng)實際運(yùn)行頻率f1保持固定比例關(guān)系N=fs/f1，使用采樣頻率隨系統(tǒng)運(yùn)行的頻率變化而實時調(diào)整。這種同步采樣方式實施的技術(shù)保障通?？衫糜布y頻設(shè)備或軟件計算頻率方法來配合實現(xiàn)。采樣同步采樣技術(shù)后，在數(shù)字濾波器和微型機(jī)系統(tǒng)算法上能徹底地消除因電力系統(tǒng)頻率偏離50Hz運(yùn)行所帶來的計算誤差。同步采樣方式，相鄰兩個采樣時刻的電角度始終360176。/N。②多個模擬輸入信號的采樣方式在變電站綜合自動化原理中，通?；诙鄠€模擬輸入信號（如三相電壓、三相電流、零序電流和零序電壓）等電氣量采樣值進(jìn)行計算。根據(jù)多個模擬輸入信號在采樣時刻上的對應(yīng)關(guān)系，分別采用三種采樣方法：同時采樣、順序采樣、分組同時采樣。③采樣信號的保持連續(xù)時間信號的采樣及其保持是指在采樣時刻上，把輸入模擬信號的瞬時值記錄下來，并按所需的要求準(zhǔn)確地保持一段時間，供模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D使用。對于采用逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的工作需要一定的轉(zhuǎn)換時間，因此，需要使用采樣保持器。4）模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）在實際的數(shù)據(jù)采集模塊中，被測量往往可能是幾路或幾十路，對這些回路的模擬量進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換時，為了共用A/D轉(zhuǎn)換器而節(jié)省硬件，可以利用多路開關(guān)輪流切換各種被測量與A/D轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時轉(zhuǎn)換的目的。在模擬輸入通道中，其各路開關(guān)是“多選一”，即其輸入是多路待轉(zhuǎn)換的模擬量，每次只選通一路，輸出只有一個公共端接至A/D轉(zhuǎn)換器。在實際中，采樣的多路開關(guān)有雙四選一模擬開關(guān)，如美國RCA公司的CD405AD公司的AD7052；有八選一多路開關(guān)，如CD405AD705AD7053等；有16路選一多路開關(guān)如CD4067和AD7506等。5）模/數(shù)變換（A/D）微機(jī)型系統(tǒng)只能對數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算或邏輯判斷，而電力系統(tǒng)中的電流、電壓等信號均為模擬量。因此，必須用模/數(shù)變換器（ADC）將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于微機(jī)系統(tǒng)或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲、控制和顯示。A/DB變換器主要有以下幾種類型：逐次逼近型、積分型、計數(shù)型、并行比較性等。 開關(guān)量的檢測在變電站綜合自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的另一個重要方面就是開關(guān)量的監(jiān)測與識別。變電站的開關(guān)量包括斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)、繼電保護(hù)、自動裝置的動作狀態(tài)以及系統(tǒng)、設(shè)備等運(yùn)行狀態(tài)。這些狀態(tài)都只取兩種狀態(tài)。如開關(guān)狀態(tài)“分”或“合”。因此，可用一位二進(jìn)制數(shù)就可以傳送一個裝置的狀態(tài)。（1）定期查詢方式：采用定期查詢的方式讀入各間隔層單元采集的開關(guān)量信息，查詢工作在實時時鐘中斷服務(wù)程序中進(jìn)行，每5ms執(zhí)行一次。如果查詢到某開關(guān)量有變化則記錄此時開關(guān)量的狀態(tài)，更新遙信數(shù)據(jù)區(qū)，按規(guī)定插入傳送開關(guān)量信息。同時，記錄遙信變位時間，以便完成時間順序記錄的發(fā)送。（2）中斷輸入方式：系統(tǒng)中的某些信號，如包括保護(hù)動作信號、斷路器位置信號、故障信號等，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時，很少發(fā)生開關(guān)量變位，而當(dāng)發(fā)生變位時又需要系統(tǒng)立即進(jìn)行處理，因此對這類信號采用中斷輸入的通信方式。采用中斷方式輸入開關(guān)量時，每當(dāng)中斷監(jiān)測電路檢測到開關(guān)量變位時，才向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷，從中斷監(jiān)測電路讀入開關(guān)量狀態(tài)，進(jìn)行信號處理。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時采用定期巡查方式檢測開關(guān)量變位，讀取開關(guān)量狀態(tài)。而對于故障報警、斷路器位置變化、保護(hù)動作等信息，采用中斷輸入方式，由中斷檢測電路檢測開關(guān)量變位。由于采用單獨(dú)的間隔層單元完成開關(guān)量的采集和處理，CPU以循環(huán)的方式對開關(guān)量進(jìn)行更短周期的采集，這有利于提高遙信變位的分辨率。 開關(guān)量采集電路間隔層單元中都有開關(guān)量輸入DI模塊，用于完成開關(guān)量的采集。為了防止信號干擾，在二次回路的節(jié)電信息輸入時要采取隔離措施，常用光電耦合器實現(xiàn)內(nèi)外的電氣隔離。，開關(guān)量節(jié)點串聯(lián)在輸入電路中，T型RC設(shè)置構(gòu)成低通濾波器，用來濾除高頻干擾。電阻同時還有限流作用，使發(fā)光二極管的電流限制在毫安級。兩個二極管起到保護(hù)光耦的作用。在這個電路中，+24V和+5v是兩個獨(dú)立的電源且不共地，使光耦真正被隔離開來。現(xiàn)以斷路器狀態(tài)為例說明開關(guān)量輸入電路的工作原理。假設(shè)斷路器處于分閘狀態(tài)，其開關(guān)量節(jié)點閉合，+24V電源經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)后輸入至光耦，光耦中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三級管截止，輸出端輸出高電平“1”，從而完成了開關(guān)量的采集。 脈沖量輸入電路現(xiàn)在電能計算的常用方法是電能脈沖計量法，即使電能表轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)動一圈便輸出一個或兩個脈沖，用輸出的脈沖數(shù)代替轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，并將脈沖量通過計數(shù)器計數(shù)后輸入微機(jī)系統(tǒng)，由CPU進(jìn)行存儲、計算。轉(zhuǎn)盤式脈沖電能表發(fā)送的脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)盤所轉(zhuǎn)的圈數(shù)即電能量成正比。將脈沖量數(shù)累計，再乘以系統(tǒng)就得到相應(yīng)的點能量。為了對脈沖數(shù)進(jìn)行累計，綜合自動化系統(tǒng)中設(shè)有計數(shù)器，每收到一個脈沖，計數(shù)值加一。在對脈沖進(jìn)行計數(shù)時，要對脈沖質(zhì)量進(jìn)行檢查。正常情況下的脈沖有一定的寬度，如收到的脈沖過窄，寬度不合要求，一般式干擾脈沖，應(yīng)予以舍棄。輸入脈沖 采樣信號① ② ③ ④ ① ② ③ ④ (a) (b) 脈沖質(zhì)量檢查（a）中，①、②處采樣脈沖連續(xù)監(jiān)測為低電平，③、④處采樣為脈沖連續(xù)檢測為高電平，對于正常脈沖，定時取樣連續(xù)測得脈沖為高電平的次數(shù)≥2，就確定為有效脈沖，計數(shù)器加1。（b）中，①、②處連續(xù)采樣為低電平，但③、④處的采樣值不同，因而認(rèn)為輸入的足尖峰干擾，不是有效的脈沖，計數(shù)器不予以計數(shù)。在綜合自動化系統(tǒng)中，電能脈沖的到來時隨機(jī)的，計數(shù)器可能隨時要計數(shù)。讀取計數(shù)器的累積指時不應(yīng)妨礙正常的計數(shù)工作，因而一般采用兩套計數(shù)器。主計數(shù)器對輸入的脈沖進(jìn)行計數(shù)；副計數(shù)器平時雖主計數(shù)器更新，兩者的數(shù)據(jù)保持一致。在收到統(tǒng)一讀數(shù)的“電能凍結(jié)”命令時，副計數(shù)器就停止更新，保持當(dāng)時的數(shù)據(jù)不變，而主計數(shù)器仍照常計數(shù)。因此數(shù)據(jù)可從副計數(shù)器讀取，反映的是“凍結(jié)”時的數(shù)據(jù)。等“解凍”命令到達(dá)時，副計數(shù)器又重新計數(shù)，保持與主計數(shù)器的數(shù)據(jù)