電機保護數(shù)據(jù)采集方法的探究論文

　　摘要:針對電機保護類設(shè)備中的交流數(shù)據(jù)采集存在的保護時間和速度問題，從硬件和軟件兩方面進行了闡述．給出了隔離法和非隔離法兩種數(shù)據(jù)采集硬件電路，在硬件電路基礎(chǔ)上，闡述了交流量數(shù)據(jù)采集的方法，給出了采集到的瞬時值轉(zhuǎn)換為有效值的計算公式．最后通過實驗驗證了所述方法的準(zhǔn)確性．

　　關(guān)鍵詞:交流采集;保護時間;瞬時值;有效值

　　電機測控保護裝置中對于交流數(shù)據(jù)的采集不同于一般電力儀表數(shù)據(jù)采集過程，電力儀表因為僅僅是一個采集顯示系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)采集速度要求較低，一般在500ms采集更新一次即可．而對于電機保護測控裝置，存在保護時間和數(shù)據(jù)采集失真問題，因此要求該類設(shè)備的交流數(shù)據(jù)采集速度和每周期數(shù)據(jù)采集次數(shù)必須滿足一定的要求，這就給電機保護類設(shè)備的交流數(shù)據(jù)采集帶來了一定的特殊性［1］．有必要對其進行深入的分析探討．對交流量的采樣，我們從硬件和軟件兩方面進行討論．

　　1硬件設(shè)計

　　電機保護中的交流量采集，硬件采集電路上一般有隔離法和非隔離法，以電壓采集電路為例，其電路圖分別如圖1、2所示．圖1為隔離法采集電路，圖2為非隔離法采集電路，對于追求成本控制的場合可以采用非隔離法采集電路，其缺點主要是抗干擾能力差，主電路中的強電信號容易串入檢測控制回路中，造成二次電路的損壞．一般情況下，都采用隔離采集電路，其優(yōu)點主要是抗干擾能力強，強、弱電完全隔離;其缺點是成本高，隔離互感器的一、二次邊存在相位差，致使后邊軟件編程處理復(fù)雜．對于電流采集電路，其電路圖和電壓采集電路基本類似，區(qū)別之處在于隔離電路省去電路中的電壓電流轉(zhuǎn)換電阻Ｒ1－Ｒ3，而非隔離電路的采樣是通過采樣分流器來實現(xiàn)的，分流器后端電路與電壓非隔離采樣電路完全一樣．

　　2采樣方法

　　采樣方法是按照一定的規(guī)律對交流信號進行瞬時采樣，把采到的瞬時值用一定的計算方法轉(zhuǎn)化為有效值，與直流信號采樣的區(qū)別主要是用軟件采樣法代替直流硬件的功能，這樣做的好處主要是硬件簡單，成本較低．交流采樣方法按照不同的采樣原理可以分為同步采樣法、準(zhǔn)同步采樣法．同步采樣法按照采樣周期Ts與測量信號周期T以及一個周期內(nèi)采樣的個數(shù)N之間，需要滿足關(guān)系式T=NTs．N選取的越大，則測得的數(shù)據(jù)越接近實際波形，但由于計算量大造成實時性較差．同時系統(tǒng)中含有各次諧波，一般以奇次諧波為主，而奇次諧波超過9次后，其含量就比較小了［2］．當(dāng)考慮9次諧波能夠再現(xiàn)時，根據(jù)采樣定理N至少需要18以上，但采樣時一般以2的整次方數(shù)為最好，因此一般選取采樣次數(shù)為32已經(jīng)可以保證采樣精度了．在應(yīng)用同步采樣方法時需要保證采樣區(qū)間剛好等于被測量信號周期的整數(shù)倍．該種采樣方法由于存在采樣周期固定而信號周期波動的情況，因此這種采樣方法存在一定的誤差［3］．為了提高采樣精度，需要改進采樣策略，比如，首先采樣被測信號的周期，根據(jù)信號周期的波動情況實時調(diào)整采樣間隔．為了改進上述采樣方法不同步采樣中存在的問題，我們可以采用準(zhǔn)同步采樣方法．在準(zhǔn)同步采樣測量中，采樣測量周期與被測量信號的周期不能實現(xiàn)嚴(yán)格同步，即N次采樣不是落在2π區(qū)間上，而是必須落在［2π+Δ］區(qū)間上(Δ稱為同步偏差或周期偏差，其值可正可負)，此時測量結(jié)果就將產(chǎn)生同步誤差［4］．即在|Δ|不太大的情況下，通過適當(dāng)增加采樣數(shù)據(jù)量和增加迭代次數(shù)來提高測量準(zhǔn)確度的新方法．它不要求采樣周期與信號周期嚴(yán)格同步，不要求同步環(huán)節(jié)，對第一次采樣的起點無任何要求，在這種情況下，可使測量裝置簡單，簡化電路．

　　3測量計算方法

　　電力系統(tǒng)中經(jīng)常需要電壓(U)、電流(I)、有功功率(P)、無功功率(Q)、功率因數(shù)(cos?)以及頻率(f)等參數(shù)，在這些參數(shù)中，只需檢測出電壓、電流即可，其余的參數(shù)除了頻率外都可以通過這兩個量計算出來［5］．因此，電機保護中一般只需要檢測出電壓、電流即可，其余的電力參數(shù)均可通過相應(yīng)的公式由電壓、電流計算而得到．電壓電流采集到的數(shù)據(jù)都是離散數(shù)據(jù)，需要通過一定的計算方法把這些離散的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效值．電壓電流由離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效值通過下列公式1、2實現(xiàn)．

　　4實驗結(jié)果

　　針對上述的電路和計算方法，我們搭建了實際的采集電路，對一個負荷為2．2KW的三相電機系統(tǒng)進行電力參數(shù)采集，并且也通過了一個0．5級精度的多功能表采集結(jié)果進行對比，得到結(jié)果如表1所示.通過上表可以看出，自制的測量采集系統(tǒng)的精度完全可以滿足要求需要，達到了0．5級表的采集精度，達到了設(shè)計要求．

　　5結(jié)語

　　根據(jù)實際需要的不同，闡述交流數(shù)據(jù)量采集的軟硬件解決方案，對比了采集中的隔離法和非隔離法的優(yōu)缺點提出了采集過程中針對不同接線方式產(chǎn)生誤差的解決方法．并給出了由電壓和電流計算有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)和計標(biāo)頻率的具體公式．通過實驗驗證了設(shè)計的采集方法是可行的．達到了精度要求．

　　參考文獻:

　　［1］沐阿華，張磊．基于DAQ和數(shù)字鎖定技術(shù)的微弱信號測量儀的設(shè)計與實現(xiàn)［J］．測控技術(shù)，2013，32(10):16－20．

　�。�2］張學(xué)武，閏萍．電力系統(tǒng)諧波分析仿真研究［J］．計算機仿真，2005，22(9):195－199．

　�。�3］高輝．基于DSP的交流采樣和電量數(shù)字測量的研究［J］．電工技術(shù)雜志，2002(10):16－19．

　�。�4］左麗霞，鄧芳芳，盧山．基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］．電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(13):108－112．

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