第24卷第1期 电网技术 VoL 24 No.I 2000年1月 Pow er System Technology Jan.2000 文章编号：1000-3673(2000)01-001903 高精度交流采样远动终端的研制 张涛，张忠理 (北京哈德威四方保护与控制设备有限公司，北京100085) DEVELOPMENT OF A HIGH ACCURACY AC SAMPLING RTU DEVICE ZHANG Tao,ZHANG Zhongi (Hathaway Sifang Protection and Control Co.,Ltd.,Beijing 100085,China) ABSTRACT:The design of softw are and hardw are for a high 交流采样的要求，进行软件算法改进。 accuracy AC sampling remote term inal unit(RTU)device is present ed in this paper.In the hardw are,the Voltage-Fre- 变电站自动化系统己逐步走向按间隔配置， quency-Converter(VFC)and high-performance CPU chip is RTU也逐步向分散布置过渡.本文将介绍一种交流 used,the influence of harmonics and frequency on the accura- cy of measurement is considered and can be adaptively correct- 采样RTU的软、硬件设计。该RTU在硬件上采用 ed by softw are.The measurement accuracy for U,I.P.Q VFC和单片机技术，并提供LONWORKS网络接 reaches the accuracy level of 0.5%.Besides,an interface for LON WORKS netw ork is equipped in the RT U.so it can be 口，可方便地联网。软件设计上针对影响精度的各种 easily interconnedted. 原因，通过算法进行补偿或修正。 KEY WORDS:remote terminal unit(RTU);voltage-frequen- cy converter:AC sampling 2硬件构成 摘要：介绍了一种高精度交流采样远动终端的软、硬件设计， 该远动终端硬件上采用压频转换(VFC)技术与高性能单片 RTU硬件主要由4部分组成：交流变换器模块 机实现交流采样，软件上考虑了谐波、频率对测量精度的影 VFC模块，CPU模块，通信模块。 响，并可自适应修正，使电压、电流、有功、无功测量精度都达 2.1交流变换器模块 到0.5级要求.该远动终端还带有LONWORKS网络接口， 交流变换器有电流变换器和电压变换器两种。 便于联网。 设计变换器时应使其具有线性度好（小于0.1%）、角 关键词：交流采样：远动终端：压频转换 移小（小于0.29的特性。其作用是将电压、电流互感 中图分类号：TM764 文献标识码：A 器二次侧强电信号变换成VFC所需要的弱电信号， 同时起隔离和抗干扰作用。 1 引言 2.2VFC模块 随着变电站自动化水平的不断提高，变电站己 VFC模块是将输入模拟量变化成为脉冲频率 经逐步向无人或少人值班过渡，站内设备如交流采 随输入模拟量幅值大小变化的脉冲量。脉冲量送至 样RTU在精度上和可靠性方面均应满足要求。 CPU模块计数器中计数，以实现模数转换。本RTU 压频转换(VFC)技术已广泛应用于各类微机保 采用第三代VFC芯片(VFC110),其电压频率特性 护，其可靠性己经得到广大继电保护用户认可。采用 的线性范围为04MHz,比一般保护用的VFC的线 VFC技术和单片机的主要硬件是提高RTU可靠性 性范围宽得多，因而模数转换精度也相应地得到提 的一条捷径。 高。 交流采样RTU和微机保护，在频率变化及叠 2.3PU模块 加谐波对精度影响方面的要求是不同的。交流采样 CPU模块采用总线不出芯片的16it单片机。 RTU在频率波动和叠加谐波情况下，要求测量精度 单片机片内集成多个定时器/计数器，其中一个由软 误差变化不超过变差范围。而微机保护可基本不考 件设置为采样定时器，其余设为计数器。采样定时器 虑频率变化影响，并滤除谐波分量。微机保护测量对 确定CPU的采样周期T(采样频率f=1/T), 精度的要求远低于远动终端交流采样的精度要求。 CPU每隔T,响应一次定时器中断，在中断服务程 因此，有必要在微机保护硬件基础上，根据远劫终端序甲读取各计数器的数值，将两相邻采样间隔计数文章编号: 1000-3673( 2000) 01-0019-03 高精度交流采样远动终端的研制 张 涛, 张忠理 ( 北京哈德威四方保护与控制设备有限公司, 北京 100085) DEVELOPMENT OF A HIGH ACCURACY AC SAMPLING RTU DEVICE ZHANG Tao, ZHANG Zhong-li ( Hathaway Sifang Protection and Control Co. , Ltd. , Beijing 100085, China) ABSTRACT: The design of softw are and har dw are for a hig h accuracy AC sampling r emo te term inal unit ( RTU ) device is pr esent ed in this paper. In the har dw are, the Voltage-Fre￾quency-Converter ( VFC) and hig h-perfo rmance CPU chip is used, the influence of harmonics and frequency on the accura￾cy of measurement is co nsider ed and can be adaptiv ely corr ect￾ed by softw are. The measurement accuracy for U, I, P, Q reaches the accur acy level of 0. 5% . Besides, an interface for LONWORKS netw or k is equipped in the RT U, so it can be easily interconnected. KEY WORDS: r emote terminal unit( RTU) ; voltage-frequen￾cy conv erter; AC sampling 摘要: 介绍了一种高精度交流采样远动终端的软、硬件设计, 该远动终端硬件上采用压频转换( VFC) 技术与高性能单片 机实现交流采样, 软件上考虑了谐波、频率对测量精度的影 响, 并可自适应修正, 使电压、电流、有功、无功测量精度都达 到0. 5级要求。该远动终端还带有 LONWORKS 网络接口, 便于联网。 关键词: 交流采样; 远动终端; 压频转换 中图分类号: T M764 文献标识码: A 1 引言 随着变电站自动化水平的不断提高, 变电站已 经逐步向无人或少人值班过渡, 站内设备如交流采 样 RT U 在精度上和可靠性方面均应满足要求。 压频转换( VFC) 技术已广泛应用于各类微机保 护, 其可靠性已经得到广大继电保护用户认可。采用 VFC 技术和单片机的主要硬件是提高 RT U 可靠性 的一条捷径。 交流采样 RTU 和微机保护, 在频率变化及叠 加谐波对精度影响方面的要求是不同的。交流采样 RT U 在频率波动和叠加谐波情况下, 要求测量精度 误差变化不超过变差范围。而微机保护可基本不考 虑频率变化影响, 并滤除谐波分量。微机保护测量对 精度的要求远低于远动终端交流采样的精度要求。 因此, 有必要在微机保护硬件基础上, 根据远动终端 交流采样的要求, 进行软件算法改进。 变电站自动化系统已逐步走向按间隔配置, RTU 也逐步向分散布置过渡。本文将介绍一种交流 采样 RTU 的软、硬件设计。该 RT U 在硬件上采用 VFC 和单片机技术, 并提供 LONWORKS 网络接 口, 可方便地联网。软件设计上针对影响精度的各种 原因, 通过算法进行补偿或修正。 2 硬件构成 RTU 硬件主要由4部分组成: 交流变换器模块, VFC 模块, CPU 模块, 通信模块。 2. 1 交流变换器模块 交流变换器有电流变换器和电压变换器两种。 设计变换器时应使其具有线性度好( 小于0. 1%) 、角 移小( 小于0. 2°) 的特性。其作用是将电压、电流互感 器二次侧强电信号变换成 VFC 所需要的弱电信号, 同时起隔离和抗干扰作用。 2. 2 VFC 模块 VFC 模块是将输入模拟量变化成为脉冲频率 随输入模拟量幅值大小变化的脉冲量。脉冲量送至 CPU 模块计数器中计数, 以实现模数转换。本 RT U 采用第三代 VFC 芯片( VFC110) , 其电压频率特性 的线性范围为0～4M Hz, 比一般保护用的 VFC 的线 性范围宽得多, 因而模数转换精度也相应地得到提 高。 2. 3 CPU 模块 CPU 模块采用总线不出芯片的16bit 单片机。 单片机片内集成多个定时器/ 计数器, 其中一个由软 件设置为采样定时器, 其余设为计数器。采样定时器 确定 CPU 的采样周期 Ts ( 采样频率 f s = 1/ T s ) , CPU 每隔 T s 响应一次定时器中断, 在中断服务程 序中读取各计数器的数值, 将两相邻采样间隔计数 第24卷 第1期 2000年1月 电 网 技 术 Pow er System Technology Vol. 24 No . 1 Jan. 2000