·38· 交流采样在电力系统中应用 交流采样在电力系统中应用 沈其信息产业部第五十研究所 摘要文中介绍了电网监测中一项关键技术一交流采样，详细阐述了其工作原理，推导了电流，电压，有功功率，无功功率， 功率因数等计算公式，并进行了详细的误差分析。最后介绍了应用实例以及典型电路，并指出了在设计中各项环节应注意的要点。 关键词 交流采样采样定理交流电压交流电流功率模数转换器 The Application of AC Sampling in Electric Power Systems Liu Yuhuai Hong Li Shen Qichun Abstract This article introduces a key technique for electric network monitoring and controlling-AC sampling,and shows how it works.The paper gives the mathematical derivation of electric current,voltage.active power.Reactive power,etc.,and shows the detail error analysis.The paper gives example of its application plus the standard circuits,and discusses the key points in each step of the developing. Keywords AC sampling sampling theorem AC voltage AC current power ADC 1 前言 样周期的控制，使采样时刻能足够准确、采样脉冲足够窄，从而 保证采样值的准确和脉冲间有充分的空余时间来做A/D变换和 随着我国国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求也 多路复用。采样频率根据系统需要分析的最高次谐波来确定：模 越来越大。电力的发、输、配三个环节实现分开后，对各个环节上 拟信号的量化转换为离散序列的过程由模数转换器来完成。由 的自动化要求越来越高。电力设备的监测是各类自动化设备的 此对工频交流信号进行交流采样，得到电压、电流在每周期中的 一项基本功能，而交流采样则是其中的一个关键技术。 离散序列，计算出相应的电网参数，完成对电网的实时监测。 2交流采样的原理 在电力系统中，由互感器模块和数据采集处理模块完成交 流采样功能如图1。互感器模块是把大信号的交流电压电流 交流采样是指交流信号经过低通滤波除去无用的高频分量 (220V/100V)转换为交流小信号输出给数据采集处理模块，数据 后，遵循采样定律，通过时间离散化后得到离散序列完成采样过 采集处理模块对交流小信号进行高速A/D转换，得到电压、电流 程。 在采样点的瞬时值。 采样定理给我们指出了对信号采样时必须遵守的基本原 则，即采样频率必须大于两倍的被测信号频率。 220V/100V 「互感器交流小信号 数据采集数字量输出 模块 为了建立采样定理，我们需要一种方便的方式来表示一个 处理模块 连续时间信号在均匀间隔上的采样。为此，一种有用的办法就是 图1 通过用一个周期冲击串去乘待采样的连续信号X(:),这一种方 法称为冲击串采样。 通过对交流互感器输出信号的计算可直接得到四个基本 模拟信号：X,冲击串函数：Pe)=∑6L-n) 量：电流、电压、有功功率和无功功率，再计算出功率因数、有功 电量、无功电量以及进行谐波分析等。 X(nTs)=X(t)i=X(t)P(t) 4计算公式 冲击串即是我们的采样器，一个开关，每隔时间T就合上， 瞬间又打开，从而得到一个样本，这样就完成了采样过程，并得 4.1 交流电流的有效值计算公式 到一个间隔为T的离散序列。 (1) 3交流采样原理在电力系统中的实现 I(a 其中T为交流信号的周期，(t)表示t时刻电流值。 在电力系统的应用中，我们采用模拟开关和采样保持器来 电流在一个周期内被均匀采样N个点后，得到的离散域计 实现理想中的采样器；用MCU或其它节拍产生电路来完成对采 算公式是： C 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net