第24卷第1期 电。网技术 21 UR= 寄存器即可。采样周期变化后，相同输入量在采样间 N 隔内的数值也应作相应变化，则须对式(5~(8)进 1= 2 行修正。设额定频率为fN,改变后频率为f,则相应 N 公式变化为 v-f (13) 可得 U= ui+偏 (9) (14) I= +商 (10) P=f)2·∑U)·(1N (15) P= (Ue+Uib) (11) Q=f'1fw)2. 0T-p2 (16 3.5电压、电流变换器相移的影响 Q= (nl-Vsl) (12) 当电压、电流变换器相移较大时，即使单片机实 3.4同步采样和频率变化影响 现同步采样，也会使有功、无功测量精度超差。因此， 计算功率时要求单片机做到电压、电流同步采 对电压、电流变换器须进行严格筛选，使相对相移减 样，单片机每隔Ts进行一次采样，依次读取各计数 少。同时，以软件对小角度相移进行角度补偿，使有 器中的计数值。因为单片机处理速度非常快（一条读 功、无功测量精度提高。假设P、Q己算出，分析不同 指令时间约为0.5s,各路通道全部读完约为5s, 功角下的P、Q值可判断电压、电流相位需补偿日， 换算为角度小于0.1°所以采样顺序引起的相位差 rad,因日很小，则经补偿后P、Q的计算公式为 可忽略不计。也就是说，单片机可实现同步采样，满 P=P-00 足功率测量要求。 Q=Q+P0 频率变化后，将导致采样率不是频率的整数值， 必将引起量化误差增大。同时，每周实际应采样数也 4测量精度试验 不为36，按式(5~(8)计算也将引起误差。因此， 经电力部电力设备及仪表质量检验测试中心试 需调整采样周期Ts,使采样率fs为实际频率的36 验，交流采样TU达到、1、P、Q0.5级精度要求， 倍，要调整采样周期，软件只需修改单片机内部定时 有关频率影响、谐波影响的试验数据如表1所示。 表1频率影响和谐波影响的试验数据 电压 电流 有功 检测项目 输入标称值/% 无功 允许变差/% 实际 允许 实际 允许 实际 允许实际 100 45Hz 0.5 0.00 0.5 0.00 0.5 0.11 0.5 0.05 频率变化 20 45Hz 0.5 0.10 0.5 0.20 0.5 0.00 0.5 -0.10 影响 100 55Hz 0.5 -0.20 0.5 -0.20 0.5 -0.15 0.5 -0.04 20 55Hz 0.5 0.10 0.5 0.00 0.5 0.07 0.5 0.00 谐波含量基波与谐波角度 谐波影响100 20% 0° 1.0 -0.84 1.0 -0.80 1.0 -0.28 1.0 -0.27 100 20% 90° 1.0 -0.75 1.0 -0.80 1.0 -0.45 1.0 -0.12 5结语 统构成创造了前提条件。 参考文献： 采用VFC和单片机构成的交流采样RTU已 [刂杨奇逊.微机型继电保护基础[M.北京：水利电力出版社， 研制成功，该RTU硬件上采用了微机保护的成熟 1998. 技术，特别是采用总线不出芯片的单片机，使可靠性 [2)夏大洪.WGL2微机型故障录波及测距装置算法研究[D].华 北电力学院.1992.12. 和抗干扰性能得到大大提高。软件上考虑了频率、谐 波的影响并修正，同时可对功率计算结果进行小角 收稿日期：1999-0-18：改回日期：1999-129。 度相位补偿，使得该RTU测量精度能达到0.5级， 作者简介： 张涛(1971→，男，工程师，从事变电站自动化系统及电网安全 满足了原电力部远动终端入网要求。该RTU还带 自动装置的研究开发工作： 有ONWORKS接口便于联网，为分布式RTi系ubis 张男程师从事意电站自动化系统及备保 护的佛究开发工作。UR = 2 N
N k= 1 U( k) cos 2
k N II = 2 N
N k= 1 I( k) sin 2
k N I R = 2 N
N k= 1 I( k) cos 2
k N 可得 U = 1 2 ( U 2 I + U 2 R ) ( 9) I = 1 2 ( I 2 I + I 2 R) ( 10) P = 1 2 ( URI R + UI II ) ( 11) Q = 1 2 ( UI I R - UR II ) ( 12) 3. 4 同步采样和频率变化影响 计算功率时要求单片机做到电压、电流同步采 样, 单片机每隔 TS 进行一次采样, 依次读取各计数 器中的计数值。因为单片机处理速度非常快( 一条读 指令时间约为 0. 5s, 各路通道全部读完约为 5s, 换算为角度小于 0. 1°, 所以采样顺序引起的相位差 可忽略不计。也就是说, 单片机可实现同步采样, 满 足功率测量要求。 频率变化后, 将导致采样率不是频率的整数值, 必将引起量化误差增大。同时, 每周实际应采样数也 不为 36, 按式( 5) ～ ( 8) 计算也将引起误差。因此, 需调整采样周期 T S, 使采样率 f S 为实际频率的 36 倍。要调整采样周期, 软件只需修改单片机内部定时 寄存器即可。采样周期变化后, 相同输入量在采样间 隔内的数值也应作相应变化, 则须对式( 5) ～( 8) 进 行修正。设额定频率为 f N , 改变后频率为 f ′ , 则相应 公式变化为 U = f ′ f N
1 N
N k= 1 U 2 ( k) ( 13) I = f ′ f N
1 N
N k= 1 I 2 ( k) ( 14) P = ( f ′/ f N ) 2

N k= 1 U( k)
I( k) / N ( 15) Q = ( f ′/ f N ) 2
U 2 I 2 - P 2 ( 16) 3. 5 电压、电流变换器相移的影响 当电压、电流变换器相移较大时, 即使单片机实 现同步采样, 也会使有功、无功测量精度超差。因此, 对电压、电流变换器须进行严格筛选, 使相对相移减 少。同时, 以软件对小角度相移进行角度补偿, 使有 功、无功测量精度提高。假设 P、Q 已算出, 分析不同 功角下的 P、Q 值可判断电压、电流相位需补偿 , rad, 因 很小, 则经补偿后 P ′、Q ′的计算公式为 P ′ = P- Q Q ′ = Q+ P 4 测量精度试验 经电力部电力设备及仪表质量检验测试中心试 验, 交流采样 RT U 达到 U、I、P、Q 0. 5级精度要求, 有关频率影响、谐波影响的试验数据如表1所示。 表1 频率影响和谐波影响的试验数据 检测项目 输 入 标 称 值/ % 电压 允许变差/ % 实际 电流 允许 实际 有功 允许 实际 无功 允许 实际 频率变化 影响 100 45Hz 0. 5 0. 00 0. 5 0. 00 0. 5 0. 11 0. 5 0. 05 20 45Hz 0. 5 0. 10 0. 5 0. 20 0. 5 0. 00 0. 5 - 0. 10 100 55Hz 0. 5 - 0. 20 0. 5 - 0. 20 0. 5 - 0. 15 0. 5 - 0. 04 20 55Hz 0. 5 0. 10 0. 5 0. 00 0. 5 0. 07 0. 5 0. 00 谐波影响 谐波含量 基波与谐波角度 100 20% 0° 1. 0 - 0. 84 1. 0 - 0. 80 1. 0 - 0. 28 1. 0 - 0. 27 100 20% 90° 1. 0 - 0. 75 1. 0 - 0. 80 1. 0 - 0. 45 1. 0 - 0. 12 5 结语 采用 VFC 和单片机构成的交流采样 RTU 已 研制成功, 该 RTU 硬件上采用了微机保护的成熟 技术, 特别是采用总线不出芯片的单片机, 使可靠性 和抗干扰性能得到大大提高。软件上考虑了频率、谐 波的影响并修正, 同时可对功率计算结果进行小角 度相位补偿, 使得该 RT U 测量精度能达到0. 5级, 满足了原电力部远动终端入网要求。该 RT U 还带 有 LONWORKS 接口, 便于联网, 为分布式 RTU 系 统构成创造了前提条件。 参考文献: [1] 杨奇逊. 微机型继电保护基础[ M] . 北京: 水利电力出版社, 1998. [2] 夏大洪. WGL-12微机型故障录波及测距装置算法研究[ D] . 华 北电力学院, 1992. 12. 收稿日期: 1999-10-18; 改回日期: 1999-11-29。 作者简介: 张 涛( 1971-) , 男, 工程师, 从事变电站自动化系统及电网安全 自动装置的研究开发工作; 张忠理( 1969-) , 男, 工程师, 从事变电站自动化系统及主设备保 护的研究开发工作。 第 24 卷 第 1 期 电 网 技 术 21