摘要：無人值守由自動記錄的變電站已在我國逐步形成潮流。介紹了一種基于交流采樣技術的微機電量變送器的工作原理及采用的同步采樣，頻率跟蹤及動態(tài)改變量程等技術所設計的相應硬件框圖與模塊化的軟件結構。 關鍵詞：變電站 交流采樣技術 電量變送器 單片機 隨著我國電力設施的高速發(fā)展，變電站無人值守已成為潮流。基于交流采樣技術的微機電量變送器作為變電站綜臺自動化、調度自動化系統(tǒng)的關鍵設備，其運行好壞直接關系到變電站和電網的安全運行。基于交流采樣技術的微機電量變送器克服了常規(guī)變送器元件多、功耗大、穩(wěn)定性差、成本高、體積大、響應慢等缺點，在電力系統(tǒng)得到廣泛應用但由于各種原因基于交流采樣技術的微機電量變送器普遍存在以下問題： （1）可靠性差 由于微機電量變送器安裝在電磁干擾嚴重的變電站，環(huán)境條件十分惡劣。24小時連續(xù)運行，不能常出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象。 （2）精度低原因是多方面的： ①采用非同步采樣方式。②采用固定周期算法，即認為電網頻率為50Hz不變。③由于變送器所處環(huán)境電磁干擾嚴重，隨機干擾，大脈沖干擾等現(xiàn)象不可避免，雨如何消除這些干擾要從軟、硬件兩方面解決。下面介紹一種基于交流采樣技術的新型高性能微機電量變送器。 1工作原理 基于交流采樣技術的微機電量變送器采用交流量直接輸入采樣法對數條電力線的交流電信號進行采樣，然后由單片機根據采樣數據及特定算法計算出電壓和電流的有效值、有功和無功功率、功率因素、電量等參數。 交流采樣方法測量交流電量的算法有多種，本文采用積分法就是從連續(xù)周期信號有效值的定義和功率的定義出發(fā)，用數值積分近似代替連續(xù)積分進行計算的方法。采用積分法計算量小、速度快、變送器實時性好。根據輸配電系統(tǒng)的電力參數的基本定義： 式中u[sub]i[/sub]，i[sub]i[/sub]是以T為周期的電壓、電流瞬時值，U、I，為電壓、電流有效值，P為有功功率。 微機在一個電力周期T內，以T（T=N＊T）為采樣周期，u[sub]i[/sub]，i[sub]i[/sub]進行等間隔連續(xù)均勻采樣Ⅳ點，分別得到N個A/D轉換值（u[sub]o[/sub]，u[sub]1[/sub]……u[sub]N-1[/sub]）和（I[sub]0[/sub]，I[sub]1[/sub]……I[sub]N-1[/sub]）將（1）、（2）、（3）離散化有： 式中N取64，u[sub]k[/sub]，i[sub]k[/sub]為第k次電壓、電流瞬時采樣值。U、I為電壓、電流有效值，P為單相平均有功功率。因為有功功率P和無功功率Q僅在電壓相位上相差90[sup]。[/sup]，因此： 式中i[sub][k+（N/4）][/sub]表示第[k+（N/4）]次的電流瞬時采樣值（移項90[sup]。[/sup]后的采樣值）。當[k+（N/4）]大于N時，取[k+（N/4）]為[k-（N/4）]，N取64。 電力系統(tǒng)中，計算有功功率和無功功率常用的有三表法和兩表法。本文采用兩表法。 離散化后兩表法求功率的公式如下： 式中[sub]Uab（k）[/sub]、U[sub]cb（k）[/sub]表示一個周期內的兩個線電壓U[sub]ab[/sub]，U[sub]cb[/sub]的第K次瞬時采樣值；[sub]Ia（k）[/sub]、I[sub]c（k）[/sub]表示一個周期內的兩個相電流I[sub]a[/sub]、I[sub]c[/sub]的第k次瞬時采樣值，N取64。 2提高散機電量變送器測量精度的方法 2．1同步采樣技術 在微機電量變送器裝置中，大多數產品采用單一多路A/D變換器，如80196中的A/D變換器或獨立的A/D變換器，但它在同一時刻只能進行一路信號的A/D變換，即對不同輸入信號的采樣時刻是不相同的，用這種方法按（4）、（5）式測量電壓和電流是可行的但是，要按（8）、（9）式計算有功功率和無功功率則因電壓電流的采樣時刻不一致而導致誤差。該誤差的大小還與程序的編制有關。為了消除這種誤差作者采用了一種四通道同時采樣12位數據采集系統(tǒng)AD7874。AD7874內部含有高速12位模/數變換器、參考電源、時鐘發(fā)生器和四路跟蹤保持放大器。四通道采樣速率為29×103r/s，從而很好地消除了該誤差。 2．2頻率跟蹤技術 目前大多數微機電量變送器采用固定的50H算法。實際上電廚頻率是在45～55Hz范圍內變化而采用固定頻率算法勢必導致誤差。采用頻率跟蹤技術可以很好地解決這一問題，即將電廚電壓信號通過比較器LM3900形成TTI方波信號，在每次啟動采樣程序前先測量電網頻率（周期），用所測量到的最新頻率替代舊頻率，然后再啟動采樣程序。 3.3動態(tài)改變量程技術 在被測信號較小或CT/PT變比很大（如2000/5）時，許多微機電量變送器存在較大的測量誤差。該誤差是由A/D變換器的量化誤差所致。消除該誤差有兩種方法：①提高A/D變換器的量化精度；②對被測信號進行預處理。采用高精度A/D變換器就會使成本大大增加而效果卻不盡人意。作者采用了對被測信號預處理的方法，即采用程控放大器AD526對被測信號進行線性放大處理。當某一被測信號較小時，CPU就自動控制放大器將被測信號放大到接近A/D變換的過載電壓值，從而使量化誤差大大減小。利用該方法可使微機電量變送器實現(xiàn)動態(tài)改變量程，提高測量精度的目的。 3軟、硬件設計 基于交流采樣技術的微機電量變送器硬件框圖如圖1所示。 該微機電量變送器采用雙CPU結構，CPU選用16位高性能單片機87C196KC。兩個CPU通過雙口RAM交換數據，1號CPU負責采樣和運算；2號CPU負責人機界面。 輸入信號經高精度中間電壓/電流互感器隔離、濾波、限幅后變換成AD7874所允許的交流信號。這部分電路的所有元器件均采用高精度低溫漂器件，以提高微機電量變送器的穩(wěn)定性為了提高微機電量變送器的抗干擾能力專門設計了硬件“看門狗電路”，上電、掉電和電源瞬變保護電路為了使變送器有較好的人機界面，配置了點陣液晶顯示器、鍵盤、串行通信接口，可以顯示大量的數據、表格和圖形；并可通過鍵盤修改各種參數；維修維護方便。軟件采用模塊化結構，匯編語言編寫，具有軟件陷阱和數字濾波功能。主要包括初始化模塊、中斷服務模塊、數據采集模塊、數字濾波模塊、計算模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、通信模塊、時鐘模塊 4結束語 本文介紹的基于交流采樣技術的微機電量變送器，其電壓電流誤差<0.1%，功率誤差<0.2%?？蓹z測8段電壓，16條線路的P、Q、I、U全電量，精度高，運行穩(wěn)定可靠。