第四章 节 智能电子设备的基本原理 《配电网和配电自动化系统课件.pptx

第四章智能电子设备的基本原理4.1 引言4.2 智能电子设备的结构和功能4.3 模拟量的采集与处理4.4 常用交流采样算法4.5 模拟量采样处理方法4.6 开关量采样与处理4.7 遥控通道与信息处理4.1引言 计算机技术、网络与通信技术、自动控制技术的发展。 分布在一定地域的自动化系统，普遍采用了分散分布式的结构。 配电网自动化系统：馈线自动化系统，变电站自动化系统、电力用户用电信息系统，均为分散分布式的结构。 完成现场层任务处理的装置，目前均为微机式的装置。这种装置统称为智能电子设备IED（Intelligent Electronic Device）。 定义：智能电子设备是由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。 配电网中的智能电子设备包括TTU、FTU、无功补偿装置、电子式电能表等，最主要的组成部分之一。 定义：智能电子设备是由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。 配电网中的智能电子设备包括TTU、FTU、无功补偿装置、电子式电能表等，最主要的组成部分之一。 教学内容： IED的组成结构与基本工作原理。 掌握IED的组成原理、信息处理方法与设计实现方法。4.2 智能电子设备的结构和功能4.2.1 组成、结构4.2.2 主要功能 主要负责配电网电气参数、配电设备运行状态、配电网二次设备（包括IED自身)的工作状态的数据采集与处理，对配电网实施调节控制，是配电网自动化系统的“耳目”和“手脚”。 具有数据通信的功能，与配电子站和主站通信，将采集、生成的实时信息上报，同时接收上位设备下达的控制和调节命令，对配电网实施控制调节。 采样方式：直流采样、交流采样两种。 （1）交流采样 直接对输入的交流电压、交流电流进行采样，CPU对A/D转换生成的数字量按照一定的算法进行计算，获得I、U、P、Q全部电气量信息。 （2）直流采样 非电气量采用直流量采样方法采样，传感器将非电气量变成直流信号，由直流模拟量采样通道进行采样。 4.3.1模拟量的采样原理1. A/D转换的工作过程（1）采样保持（Sample Holder） 原理图 波形图 采样过程采样保持电路工作原理采样-保持电路工作原理 （2）量化与编码(a)只舍不入方式 (b)四舍五入方式 量化过程的近似方式 2. A/D转换器（Analog to Digit Converter）（1）工作原理 逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成。 逐次逼近型A/D（2）性能指标 a）分辩率 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。 分辩率通常用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，则转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5 V，输出八位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2-8 =20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2-12 ≈1.22mV。 b）精度 精度是指转换结果对于实际值的准确度。 绝对精度和相对精度两种。 绝对精度：对应于输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。它是指在零点和满度都校准以后，在整个转换范围内，分别测量各个数字量所对应的模拟输入电压实测范围与理论范围之间的偏差，取其中的最大偏差作为转换误差的指标。绝对精度通常以数字量的最小有效位（LSB）的分数值来表示绝对精度，例如：±1LSB。 相对精度：一般来说，相对精度采用相对误差来表示，为绝对误差与理想输入值之比的百分数。 IED量测领域，相对误差分为两个级别：S级和F级。所谓S级误差和相对误差概念一致，而F级误差为绝对误差与满量程值之比的百分数。 例如，1V电压值经过满量程为10V的A/D转换器转换后，测得输入值为0.99V，其S级误差=(1-0.99)/1=1%S，F级误差=(1-0.99)/10=0.1%F。F级误差也称为引用误差。 S级误差：如果测量值在0值附近，由于分母太小，测量误差不容易标定，一般由测量标准指定一个最小的参考值作为分母。例如，A/D的满量程为10V，在测量小于等于0.5V的电压时，S级误差的理想输入值统一都用0.5V替代。 c）转换速率 是指完成一次模拟量到数字量转换所需时间的倒数。 d）量程 A/D转换器能转换模拟信号的电压范围。例如：0~5V, -5V~+5V, 0~10V, -10V~+10V。 （3）选型原则 a）遵循整体设计要求的原则 b）较高性价比的原则 c）接口方便的原则 EN A3A2A1A0UDD(+15V)地址输入缓冲区及电平转换GND译码和驱动USS(-15V) ···OUT S1