电力系统测控装置的基本原理

测控装置综合考虑变电站对数据采集、处理的要求，以计算机技术实现数据采集、控制、信号等功能。采用工业测控网络与安装于控制室的中心设备相连接，实现全变电站的监控。该系列装置除完成常规的数据采集外，还可实现丰富的测量、记录、监视、控制功能，取代了其它常规的专门测量仪表。
测控装置的基本组成如下：

作用

  采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。

可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT)

遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；

遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息；

遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；

遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。

单片机测控单元

单片机是一种具有CPU和各种不同外部电路的微处理器。利用单片机的电路集成特性，把系统体积压缩到最小。

DSP器件测控单元

DSP芯片是一种专门用于数字信号处理的微处理器，它

是一种特殊的、专用的微处理器，具有可编程性，实时运行速度远远超过通用微处理器。

 其特殊的内部结构，强大的信息处理能力以及较高的运行速度等特点，在各个领域得到越来越广泛的应用。

通用DSP与单片机的比较

单片机只有单总线，且片外地址、数据线复用;

  而DSP片内有多总线，片外的地址、 数据总线分开，还有比异步串口(DART)速度高得多的同步串口或通信口，因此，数据 输入/输出能力很强。

  DSP数据位宽，乘加器位宽也比单片机大，进行数字信号处理时速度快、精度高。

  DSP有大容量的片内存储器。

  但单片机的控制接口种类比DSP多，适用于以控制为主的模数混合设计。

需采集的数据信息

2、开关量：

    开关量是指随时间离散变化的信号，主要反映的是设备的工作状况，包括断路器、隔 离开关、保护继电器的触点及其他开关的状态。 

3、数字量：

    数字量是指时间和幅值均是离散的信号，包括BCD码仪表及其他数字仪表的测量值， 并行和串行输入/输出的数据等。

4.脉冲量 

   脉冲量是指随时间推移周期性出现短暂起伏的信号，包括系统频率转换的脉冲及脉冲电能表发出的脉冲等

遥测量主要包括以下各种参数：

(1)母线电压(尤其电压控制点)。 

(2)各条线路的有功、无功功率或电流。

(3)变压器有功、无功功率。 

(4)发电机/电厂所发有功、无功出力。 

(5)电站/厂、线路有功、无功电能值。 

(6)系统频率。 

(7)变压器分接头位置。 

(8)水库水位。 

(9)气象数据等等。 

遥信量主要是反应电网开关状态的量和元件保护状态的信息。

它主要包括以下内容:

(1)断路器的合、分状态。 

(2)隔离开关的合、分状态。 

(3)各个元件继电保护动作状态。 

(4)自动装置的动作状态。 

(5)发电机出力上、下限状态等。 

    遥信量对正确反映电网的安全运行非常重要，任何一条

线路的开关状态发生变化，就改变电网拓扑结构的变化，

各种参数就可能发生变化。

因此，正确地采集电网的开关量状态信息，是十分重要的。

一、测控装置直流采样与交流采样 

   有些模拟量是快速变化的交流量，如交流电压、交流电流等，有些模拟量是变化缓慢的直流量，如控制母线直流电压和操作母线直流电压，针对不同类型的模拟量可采用不同的采样方式。 

1、直流采样

直流量主要采集主变的油面温度、绕组温度、直流控母电压。主变的油面温度、绕组温度是通过一个温度探头来检测，用其电阻的阻值来反映温度的大小，所以常需要用Pt100或者Cu50的变送器，将电阻的阻值转换为直流电流或者直流电压输入到我们测控装置的直流板。

直流采样方式原理：

直流采样的特点是:

(1)直流采样对A/D转换器的转换速率要求不高，软件算法简单。只要将采样结果乘上相应的标度系数便可得到电流、电压的有效值，因此采样程序简单，软件的可靠性较好。 

(2)直流采样因经过整流和滤波环节，转换成直流信号，因此抗干扰能力较强。 

(3)直流采样输入回路，往往采用R-C滤波电路，其时间常数较大(一般几十毫秒--几百毫秒) ，因此采样实时性差，而且无法反映被测模拟量的波形，尤其不适合用于微机保护和故障录波中。 

直流采样的优点：

  软件设计简单，计算简便。

  对采样值只须作一次比例交换，即可得到被测量的数据，因而采样周期短。在微机应用的初期，此方法得到了广泛的应用。

直流采样的缺点：

采样结果实时性较差；

     直流采样输入回路，因要滤去整流后的波纹，往往采用R-C滤波回路，其时间常数较大，无法反映被测模拟量的波形，更不能及时反映被测量的突变。

测量精确度受直流变送器的精确度和稳定性的影响。

2.交流采样 

是对互感器二次回路中的交流电流信号和交流电压信号直接采样。

   输入至A/D转换器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率、大小成比例的交流电压信号。经模/数转换为数字量，再对数字量进行计算，从而获得电压、电流、功率等电量值。 

   交流采样是直接对交流电流和电压的波形进行采样，然后通过一定算法计算出其有效值，并计算出P、Q值。

交流采样的特点：

1)实时性好；

  它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响。

2)能反映原来电流、电压的实际波形，便于对所测量的结果进行波形分析；

3)设备简单，可以节约投资。

  有功功率和无功功率是通过采样得到的u、i计算出来的，因此可以省去有功功率和无功功率变送器，可以节约投资并缩小测量设备的体积。

4)对A/D转换器的转换速率和采样保持器要求较高。

  为了保证测量的精度，一个周期内，必须保证有足够的采样点数，因此要求A/D转换器要有足够的转换速度。

5) 测量准确度不仅取决于模拟量输入通道的硬件，而且还取决于软件算法，因此采样和计算程序相对复杂。

档位的采集

档位反映的是有载变压器的高低压两侧线圈匝数比，主要用于电压波动范围较大，且电压变化频繁的变电所，但是随着生产技术的发展，受电端对于电压质量的要求越来越高，所以对于终端变及重要负荷区域的枢纽变都采用了有载调压的变压器，通过与 VQC 装置的配合，从而实现电压无功的优化调节

同期功能

同期功能主要是用于两个不同系统合环时，避免系统间的失步，引起系统的振荡，而在合环的同时，检测两个系统的电压幅值差、电压相角差、频率差，满足同期条件方允许合闸。现场工程中一般习惯用线路的抽取电压Ux与母线电压的Ua相来进行比较，同时为了能够更为正确的判断两个系统是否同期，在前面三个差值的基础上，增加了频差加速度的判断，我们知道，频率变化的快慢会引起两个交流电压的正弦波形前进的速度时快时慢，从而导致同期条件的不满足。