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1、第十章交流采樣測量裝置交流采樣測量裝置是將工頻電量量值電流、電壓、頻率經(jīng)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、計算的各電量量值（電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、相位角和功率因數(shù)等）轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量傳送至本地或遠端的裝置。交流采樣測量裝置是廠站自動化系統(tǒng)中的測量部分，它代替了傳統(tǒng)的電測量指示儀表和變送器，在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。一、交流采樣原理：1.交流采樣是將二次測得的電壓、電流經(jīng)高精度的PT、CT隔離變成計算機可測量的交流小信號，然后再送入計算機進行處理。直接計算U、I，然后計算P、Q、cosΦ、kWh、kvarh，由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時值進行采樣，因而實時性好，
2、效率高，相位失真小，適用于多參數(shù)測量。2.交流采樣法：是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣，再用一定的數(shù)值算法求得被測量，它與直流采樣的差別是用軟件功能代替硬件功能。是否采用交流采樣法取決于兩個條件：測量準確度和測量速度。交流采樣相當于用一條階梯曲線代替一條光滑的正弦曲線，其原理誤差主要有兩項：一項是用時間上離散的數(shù)據(jù)近似代替時間上連續(xù)的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，這主要是由每個正弦信號周期中的采樣點數(shù)決定的，實際上它取決于A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度和CPU的處理時間；另一項是將連續(xù)的電壓和電流進行量化而產(chǎn)生的量子化誤差，這主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。隨著電子技術的飛速發(fā)
3、展，如今的微型機、單片機處理速度大大提高，同時也出現(xiàn)了種類繁多而且性能價格比較好的高速A/D轉(zhuǎn)換器，為交流采樣法奠定了堅實的基礎。交流采樣法包括同步采樣法、準同步采樣法、非同步采樣法等幾種，下面對此作簡要介紹：1）同步采樣法是指采樣時間間隔Ts與被測交流信號周期T及一個周期內(nèi)采樣點數(shù)N之間滿足關系式T=N·Ts。N選取越大，越接近理想波形，但實時性差，計算量大。如考慮15次諧波能夠再現(xiàn)，根據(jù)采樣定理N至少30以上，一般選取32或64。同步采樣法又被稱作等間隔整周期采樣或等周期均勻采樣。同步采樣法需要保證采樣截斷區(qū)間正好等于被測連續(xù)信號周期的整數(shù)倍。同步采樣法的
4、實現(xiàn)方法有兩種：一是硬件同步采樣法；二是軟件同步采樣法。硬件同步采樣硬件同步采樣法在采樣計算法發(fā)展的初期被普遍采用。理論上只要嚴格滿足T=N·Ts且N＞2M（M為被測信號最高次諧波次數(shù)），用同步采樣法就不存在測量方法上的誤差，但實際上采樣周期與被測信號周期實現(xiàn)嚴格同步有一定的困難。從對周期信號的復原與頻譜分析角度考慮，當采樣頻率和信號基頻不同步時，模擬信號用離散信號代替會出現(xiàn)泄漏誤差。在對某些用電系統(tǒng)中包含有多次諧波分量的電壓和電流周期信號進行測試分析時，這是造成誤差的主要來源。為此，常采用鎖相環(huán)來構(gòu)成頻率跟蹤電路實現(xiàn)同步等間隔采樣。但電力系統(tǒng)諧波含量較大時，
5、會造成鎖相跟蹤電路不穩(wěn)，甚至造成失步，產(chǎn)生很大測量誤差。特別是含有偶諧波時，一個周期內(nèi)可能有二次過零。2．軟件同步采樣軟件同步采樣法的一般實現(xiàn)方法是：首先測出被測信號的周期T，用該周期除以一周期內(nèi)采樣點數(shù)N，得到采樣間隔，并確定定時器的計數(shù)值，用定時中斷方式實現(xiàn)同步采樣。該方法省去了硬件環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，但由于信號的頻率是在一定范圍內(nèi)變化，對其周期T不能準確測量，按不準確的周期T計算的采樣間隔進行N次采樣后，不能與實際信號的周期同步，即存在同步誤差。用軟件方法很難得到理論上的采樣間隔。這是因為采樣間隔由單片機定時器控制，受其時鐘周期Td（取決于晶振）有限的限制，
6、由定時器給出的采樣間隔與理論計算所得采樣值相比將存在著截斷誤差，該誤差積累N點后，必然引起周期誤差和方法誤差。可以采用采樣過程中修改定時器的計數(shù)值，動態(tài)確定采樣周期，來減小周期誤差，提高準確度。2）準同步采樣在實際采樣測量中，采樣周期不能與被測信號周期實現(xiàn)嚴格同步，即N次采樣不是落在2π區(qū)間上，而是落在[2π+Δ]區(qū)間上（Δ稱為同步偏差或周期偏差，其值可正可負），此時測量結(jié)果就將產(chǎn)生同步誤差。即在
7、Δ
8、不太大的情況下，通過適當增加采樣數(shù)據(jù)量和增加迭代次數(shù)來提高測量準確度的新方法。它不要求采樣周期與信號周期嚴格同步，不要求同步環(huán)節(jié)，對第一次采樣的起點無任何要求，
9、使測量裝置簡單，簡化電路。與同步采樣法一樣，兩者均要求被測信號在短時間內(nèi)是穩(wěn)定的。準同步采樣法的不足之處在于：它需要通過增加采樣周期和每周期的采樣點數(shù)并采用迭代運算的方法來消除同步誤差，其所需數(shù)據(jù)較多，計算量遠大于同步采樣，運算時間較長，不適合多回路、多參量實時性要求高的在線交流測量系統(tǒng)。此外，還有非同步采樣是使用固定的采樣間隔，通過軟件判斷處理調(diào)整采樣值，使采樣周期與信號周期（或信號周期的整數(shù)倍）的差值小于一個采樣間隔的測量方法。優(yōu)點：采樣不需同步，硬件簡單，缺點：軟件處理復雜。綜上所述：采樣測量方法幾乎都針對穩(wěn)定信號標準正弦條件下檢出的在負載波動大且波形畸
10、變較大時，測量準確度大大降低。采樣測量
