波成分均不失真地采样，频率需取得很高，这对硬件速度提出很高要求，成本 增高，实际中，大多数综合自动化原理反映工频分量，或者反映某种高次谐波，因此，在采样之前将最高信号频率分量限制在一定频带内，即限制输入信号的最高频率。降低采样频率fs，一方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需的最高频率信号的采样不易发生失真。
3）采样保持器
数据采集模块中采用等时间间隔采样，实现连续信号采样形成离散时间信号。在采样过程中需考虑以下几个问题。
①采样频率的选择方式。根据模拟输入信号中的基波频率与采样频率之间的关系，采样方式可分为异步采样方式和同步采样方式两种。
异步采样：异步采样也称为定时采样，即采样周期Ts，采样频率fs永远地保持固定不变。在这种采样方式下，采样频率fs不随模拟输入信号的基波频率变化调整，人为地认为模拟输入信号的基波频率保持不变。在此条件下，通常采样频率fs为电力系统正常运行时工频50Hz的整数倍N，即fs=50N（Hz）。也就是工频50Hz每周期采样的点数为N。
同步采样：同步采样也称为跟踪采样即保证采样频率fs始终与系统实际运行频率f1保持固定比例关系N=fs/f1，使用采样频率随系统运行的频率变化而实时调整。这种同步采样方式实施的技术保障通常可利用硬件测频设备或软件计算频率方法来配合实现。采样同步采样技术后，在数字滤波器和微型机系统算法上能彻底地消除因电力系统频率偏离50Hz运行所带来的计算误差。同步采样方式，相邻两个采样时刻的电角度始终360°/N。
②多个模拟输入信号的采样方式
在变电站综合自动化原理中，通常基于多个模拟输入信号（如三相电压、三相电流、零序电流和零序电压）等电气量采样值进行计算。根据多个模拟输入信号在采样时刻上的对应关系，分别采用三种采样方法：同时采样、顺序采样、分组同时采样。
③采样信号的保持
连续时间信号的采样及其保持是指在采样时刻上，把输入模拟信号的瞬时值记录下来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模/数转换器A/D使用。对于采用逐次逼近式模/数转换器A/D的数据采集系统，因模/数转换器A/D的工作需要一定的转换时间，因此，需要使用采样保持器。
4）模拟量多路转换开关（MPX）
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在实际的数据采集模块中，被测量往往可能是几路或几十路，对这些回路的模拟量进行采样和A/D转换时，为了共用A/D转换器而节省硬件，可以利用多路开关轮流切换各种被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。在模拟输入通道中，其各路开关是“多选一”，即其输入是多路待转换的模拟量，每次只选通一路，输出只有一个公共端接至A/D转换器。
在实际中，采样的多路开关有双四选一模拟开关，如美国RCA公司的CD4052、AD公司的AD7052；有八选一多路开关，如CD4051、AD7051、AD7053等；有16路选一多路开关如CD4067和AD7506等。
5）模/数变换（A/D）
微机型系统只能对数字量进行运算或逻辑判断，而电力系统中的电流、电压等信号均为模拟量。因此，必须用模/数变换器（ADC）将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于微机系统或数字系统进行处理、存储、控制和显示。A/DB变换器主要有以下几种类型：逐次逼近型、积分型、计数型、并行比较性等。 4.2 开关量的检测
在变电站综合自动化系统中数据采集的另一个重要方面就是开关量的监测与识别。变电站的开关量包括断路器、隔离开关的位置状态、继电保护、自动装置的动作状态以及系统、设备等运行状态。这些状态都只取两种状态。如开关状态“分”或“合”。因此，可用一位二进制数就可以传送一个装置的状态。 4.2.1开关量的输入方式
（1）定期查询方式：
采用定期查询的方式读入各间隔层单元采集的开关量信息，查询工作在实时时钟中断服务程序中进行，每5ms执行一次。如果查询到某开关量有变化则记录此时开关量的状态，更新遥信数据区，按规定插入传送开关量信息。同时，记录遥信变位时间，以便完成时间顺序记录的发送。
（2）中断输入方式：
系统中的某些信号，如包括保护动作信号、断路器位置信号、故障信号等，当系统运行正常时，很少发生开关量变位，而当发生变位时又需要系统立即进行处理，因此对这类信号采用中断输入的通信方式。采用中断方式输入开关量时，
每当中断监测电路检测到开关量变位时，才向CPU发出中断请求，CPU响应中断，从中断监测电路读入开关量状态，进行信号处理。
在系统正常运行时采用定期巡查方式检测开关量变位，读取开关量状态。而对于
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故障报警、断路器位置变化、保护动作等信息，采用中断输入方式，由中断检测电路检测开关量变位。由于采用单独的间隔层单元完成开关量的采集和处理，CPU以循环的方式对开关量进行更短周期的采集，这有利于提高遥信变位的分辨率。 4.2.2 开关量采集电路
间隔层单元中都有开关量输入DI模块，用于完成开关量的采集。为了防止信号干扰，在二次回路的节电信息输入时要采取隔离措施，常用光电耦合器实现内外的电气隔离。如图3.4所示，开关量节点串联在输入电路中，T型RC设置构成低通滤波器，用来滤除高频干扰。电阻同时还有限流作用，使发光二极管的电流限制在毫安级。两个二极管起到保护光耦的作用。在这个电路中，+24V和+5v是两个独立的电源且不共地，使光耦真正被隔离开来。
现以断路器状态为例说明开关量输入电路的工作原理。假设断路器处于分闸状态，其开关量节点闭合，+24V电源经过RC网络后输入至光耦，光耦中的发光二极管发光，光敏三级管截止，输出端输出高电平“1”，从而完成了开关量的采集。 4.3 脉冲量输入电路
现在电能计算的常用方法是电能脉冲计量法，即使电能表转盘每转动一圈便输出一个或两个脉冲，用输出的脉冲数代替转盘转动的圈数，并将脉冲量通过计数器计数后输入微机系统，由CPU进行存储、计算。
转盘式脉冲电能表发送的脉冲数与转盘所转的圈数即电能量成正比。将脉冲量数累计，再乘以系统就得到相应的点能量。为了对脉冲数进行累计，综合自动化系统中设有计数器，每收到一个脉冲，计数值加一。在对脉冲进行计数时，要对脉冲质量进行检查。正常情况下的脉冲有一定的宽度，如收到的脉冲过窄，宽度不合要求，一般式干扰脉冲，应予以舍弃。
输入脉冲 采样信号
① ② ③ ④ ① ② ③ ④ (a) (b)
图4-2 脉冲质量检查
在图3.5（a）中，①、②处采样脉冲连续监测为低电平，③、④处采样为脉冲连续检测为高电平，对于正常脉冲，定时取样连续测得脉冲为高电平的次数≥2，就确定为有效脉冲，计数器加1。在图4-2（b）中，①、②处连续采样为低电平，但③、④处的采样值不同，因而认为输入的足尖峰干扰，不是有效的脉冲，计数器不予以计数。
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在综合自动化系统中，电能脉冲的到来时随机的，计数器可能随时要计数。读取计数器的累积指时不应妨碍正常的计数工作，因而一般采用两套计数器。主计数器对输入的脉冲进行计数；副计数器平时虽主计数器更新，两者的数据保持一致。在收到统一读数的“电能冻结”命令时，副计数器就停止更新，保持当时的数据不变，而主计数器仍照常计数。因此数据可从副计数器读取，反映的是“冻结”时的数据。等“解冻”命令到达时，副计数器又重新计数，保持与主计数器的数据一致。
5 变电站综合自动化系统的设计
5.1 系统结构
变电站综合自动化系统应该从变电站的整体情况出发，同意考虑保护、监测、控制、远动、VQC和五防功能，其结构框图如下：
变 站 层 间 隔 层 A/电 开 中 D 能 关 断 采 计 量 输 样 量 输 入 单 单 入 极 元 单 元 元 设 TV TA 隔离开关位置 断路器状态 TA TV TA TV TA TV TA TV TA TV 备 层
开 关 量 输 出 单 元 电压无功控制柜 线路保护单元 电容保护单元 主变保护单元 备用电源自投 低频减负荷装置 数采控制机 保护管理机 站内监控主机 远方调度中心监控站 图5-1 综合自动化系统框图
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