电力系统中基于微控制器的自适应数据采集.pdf

2001 年 10 月 继电器 第 29 卷 　第 10 期 26 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 RELAY 电力系统中基于微控制器的自适应数据采集 樊大伟 ,张承学 ,邓恒 ,王玮 (武汉大学电气工程学院 , 湖北 武汉 430072 ) 摘要 : 针对电力系统中频率变化而引起的数据采集及计算误差 ,分别提出了基于硬件测频和递推傅氏算法测 频的自适应数据采集两套方案 ,并对递推傅氏测频算法进行了数值仿真 ,其结果表明基于该算法的自适应数 据采集方案完全满足电力系统中安全自动装置的要求 。两套方案各有特点 ,均可用来快速精确测量电力系统 中的频率 、电压 、电流等信号 。 关键词 : 数据采集 ; 　 自适应 ; 　递推傅氏算法 ; 　频率跟踪 ; 　微控制器 ( ) 中图分类号 : TM76 　　　文献标识码 : B 　　　文章编号 : 2001 提出了两套自适应数据采集方案 ,分析了它们的优 1 　引言 缺点及应用场合 。 我国电力系统的额定频率为工频 50Hz ,所以电 2 　硬件测频实现的自适应数据采集 力系统中许多数字式安全自动装置的数据采集系统 的采样频率都固定地设置为额定频率的整数倍 , 即 硬件测频框图如图 1 所示 ,是将被测系统的一 所谓的定时采样 。交流采样所得的数据在满足采样 路电压量作为信号输入 ,经过方波整形电路后送到 定理的条件下经过傅立叶运算就可得出相应的电 分频器进行二分频 ,分频的目的是消除由于整形电 压 、电流量以及相位值 。然而在实际情况中 ,即使是 路的过零比较而产生的误差 。经过二分频的信号直 在系统正常运行时 ,系统频率也不是固定不变的 ,而 接送到微控制器的定时/ 计数器进行计数 。 是在额定频率附近波动 。这样在固定采样频率下所 采的数据必然会有一定的偏差 ,不能保证在一个周 期内所采的点数为整数个 ,使得相应的傅立叶算法 也会产生一定的误差 ,这些误差在高性能的安全 自 动装置中往往是不容忽视的。例如在微机保护应用 图 1 　硬件测频框图 领域中 ,利用突变量实现的保护启动算法 ,当系统频 笔者所采用的微控制器是 Philips 公司生产的 率严重偏离额定频率时 ,会造成保护的误启动 。此 P51XA 高性能十六位微控制器 ,将调理后的信号送 时我们必须采取措施在保证灵敏度的前提下 , 防止 到 T2 计数器的捕获端 T2EX , 同时 T2 对内部时钟所 由于系统频率偏离额定频率而造成的保护误启动 。 提供的精确脉冲进行计数 ,T2EX 接收到正跳变时 , 在那些利用暂态量实现的超高速保护中 , 由于频率 微控制器自动捕获此时的计数值 , 同时响应捕获中 变化而产生的不平衡输出 ,也是在保护整定中必须 断 ,将计数器清零 ,重新开始计数 。将捕获的计数值 躲开的 ,从而影响了保护的灵敏度 。此外 ,频率 、电 进行处理后便可得到精确的频率值 。 压 、电流是电力系统安全稳定运行和控制的重要技 周期 = ( ) 溢出次数 ×65536 +