C8051F021型單片機實(shí)現數據采集系統

介紹的功角測量數據采集卡是采用Cygnal公司C8051F021型單片機實(shí)現的PCI總線(xiàn)接口卡。該卡通過(guò)2片雙口RAM分別實(shí)現與GPS接收板和上位機(PC)的數據交換，從而實(shí)現高速、可靠的數據采集、處理與傳送。本數據采集卡采用片內12位高速ADC并配以片外采樣保持電路，通過(guò)直接交流采樣方法精確快速地實(shí)現對電壓和電流的采樣，保證了電力系統實(shí)時(shí)測量的要求。

　　1 引言

　　實(shí)現自動(dòng)化的過(guò)程中，首要環(huán)節就是數據采集。為此我們研究開(kāi)發(fā)了電力系統功角廣域測控系統，其中，用C8051F021型單片機實(shí)現的數據采集卡不僅可以準確、高效、實(shí)時(shí)地進(jìn)行AD數據采集并通過(guò)雙口RAM和PCI接口與上位機交換數據，還可以通過(guò)與GPS接收通信接收秒脈沖實(shí)現采集數據異地同步。

　　2 功角及其測量

　　2.1 發(fā)電機的功角

　　發(fā)電機通過(guò)變壓器、輸出線(xiàn)路與無(wú)限大容量系統母線(xiàn)聯(lián)接組成的輸電系統如圖1所示。

　　若圖中G為隱極式發(fā)電機，則發(fā)電機輸出的有功功率為

　　上式也稱(chēng)作發(fā)電機的功率特性。式中Xd∑=Xd+XTL，其中Xd為發(fā)電機d軸等值電抗，XTL為發(fā)電機與無(wú)限大系統間的聯(lián)系電抗，Eq為發(fā)電機的空載電勢，V、I為系統參考母線(xiàn)電壓和電流，ψ為母線(xiàn)電壓與電流間的相位差。當發(fā)電機的電勢Eq和受端電壓V均恒定時(shí)，傳輸功率P是角度δ的正弦函數，角度δ為Eq與V之間的相位差角。因功率P的大小與δ角度切相關(guān)，因此稱(chēng)δ為“功率角”或“功角”。

　　2.2 功角的測量

　　對于隱極發(fā)電機和凸極發(fā)電機，其電壓和電流矢量圖如圖2(a)、(b)所示，由矢量圖可知功角δ的計算公式為

　　式中，Xq∑=Xq+XTL，其中Xq為發(fā)機橫軸電抗。對于確定的系統，Xd∑和Xq∑均為常數，因此在用計算機測量時(shí)，只需測出系統母線(xiàn)處的電壓V、電流I及功率因數角，便可由(2)式和(3)式算出功角。此外，描述電力系統受到大干擾后的機電暫態(tài)過(guò)程是一組非線(xiàn)性微分方程式，不能進(jìn)行線(xiàn)性化，所以一般采用數值積分法(如歐拉法、龍格-庫塔法、隱式積分法)的時(shí)域分析方法，將計算結果是繪制成運行參數(如功角)對時(shí)間的曲線(xiàn)，用以判別電力系統暫態(tài)穩定性。上述的計算及曲線(xiàn)緩制都是基于電力系統交流信號的精確采集才能實(shí)現的。

　　本數據采集卡就是通過(guò)交流采樣將3相電壓、電流分別經(jīng)6路通道采集到計算機進(jìn)行處理，即對于交流信號不經(jīng)過(guò)電量變換器，直接將互感器(PT/CT)二次測的電壓電流再經(jīng)一級高精度PT、CT轉換為計算機可測量的小信號(本數據采集卡為-2.5V～+2.5V)，然后經(jīng)A/D變換后送入計算機進(jìn)行處理，計算出電壓電流有效值及功率因數角等電氣參數并進(jìn)而得到功角值及其隨時(shí)間變化的情況，提供給電力調度監控中心進(jìn)行電力系統穩定性的監控。