电器智能化原理及应用第4章.ppt

第4章 被测模拟量的信号分析与处理 概述 被测模拟量的采样数据是智能电器监控器处理数据的来源，也是完成各种功能的基础。 采样数据处理的意义 直接影响智能电器测量和保护的精度。 关系一次开关元件操作的准确性和智能电器自身及其监控和保护对象安全、可靠运行。 概述 本章是智能电器监控器处理现场参量的算法基础，与软件设计有关。主要内容有 1. 如何正确选择被测模拟量的采样方法和采样频率。 2. 对采样结果的预处理方法。 3. 实现测量和保护功能的基本算法。 4. 智能电器处理与测量和保护相关的数据时引起的误差及分析。 4.1 被测模拟量的信号分类 被测参量的采样结果，是监控器获得的各种信息的载体，也是智能电器完成要求功能的基本依据。 模拟参量信号的类型 根据是否能用确定的函数形式描述其信号波形，被测模拟参量的信号可分为两类。 模拟参量信号的类型 信号分类示意图 模拟参量信号的类型 （1）确定性信号 能用明确的函数关系来表达 按函数的周期性分为周期和非周期两种。 特征 对理想的、稳定的确定性信号进行反复测量，总能得到一致的结果。 （2）非确定性信号（非规律信号） 不能用明确的函数关系来表达。 根据信号变化的稳定性分为平稳和非平稳两种。 平稳的非确定性信号是不能用确定的函数形式描述其信号波形的缓慢变化模拟量。 非平稳的非确定性信号是随机信号。 特征 都是不可能得到重复测量结果的信号。 信号的处理方法 在智能电器监控器设计中，确定性信号与平稳的非确定性信号通过模拟量通道输入，由中央控制模块采样并处理。 非平稳的非确定性信号需要通过物理电路滤波器（硬件）或数字滤波（软件）进行处理。 4.2 被测模拟量采样及采样速率的确定 概述 运行现场的各种模拟参量经传感器和调理电路，变换成能被采样环节采样的模拟量电压信号。 对电量和非电量信号采样和处理方法不同。 电量信号 正常运行和过载时的电压、电流可认为是角频率为电网角频率的正弦周期函数。 短路电流是非正弦、非周期函数。 概述/电量信号 电量信号被采样后，都能用相应的数值算法对采样结果进行处理。 正常运行的电参量采样结果主要用于智能电器的测量和运行状态监测。 故障时的采样结果用作保护操作及管理人员进行事故分析。 电参量采用直接交流采样，每个电源周期采样点数直接影响处理结果精度。 概述 非电量信号 非电量对时间的变化缓慢，且与现场环境（空间大小、温度等）因素有关，很难用精确的函数表达式来描述。 采样的方法、采样的速率与电参量不同，采样结果的处理算法也不同。 4.2.1 采样速率对测量结果的影响分析 智能电器监控器完成监控和保护功能，是通过对被测模拟量信号的采样结果进行数字处理实现的。 对周期变化的模拟量信号采样时，采样速率与最终的处理结果精度有密切的关系。 1. 交流电参量采样速率对智能监控器的影响 周期变化的交流信号的采样速率不仅与被测参量处理结果有关，也影响监控器的设计。 交流电参量采样速率对智能监控器的影响 1）高速率采样 在对电量信号采用直接交流采样时，采样速率越高，一个周期中的采样点数越多，测量精度越高。 要求A/D转换速率高，数据存贮量大，内存容量增加。 处理器件处理工作量增加，处理速度和处理能力必须提高，软件开发工作难度加大。 监控器成本增加。 交流电参量采样速率对智能监控器的影响 2）低速率采样 采样结果无法重新复现原始模拟信号的基本特征，数值计算的方法误差增大，处理结果误差增加甚至错误。 2. 采样的基本概念 采样就是用周期为TS的离散时间变量替代连续的时间变量（模拟量）。 这个离散时间变量必须包含原始模拟量信号的基本信息。 采样的基本概念