第四讲微机保护的算法精选PPT.ppt
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1、第四讲微机保护的算法第1页,此课件共111页哦第三章第三章 微机保护的算法微机保护的算法第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法 角频率 I 电流有效值 Ts 采样间隔 电流初相角第2页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法2 21 1 两点乘积算法两点乘积算法 若若i1i1,i2i2是相差是相差9090o o的两个采样值,采样时刻分别为的两个采样值,采样时刻分别为n1n1,n2n2,则,则 应为应为wnwn1 1TsTs第3页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法 阻抗模值和幅角第4页,此课件共
2、111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法直接计算线路电阻和电抗,将电压和电流写成复数形式 电抗和电阻第5页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法2 22 2 求导数法求导数法 知道一点采样值和它在该点的导数值,可求得该正弦函数的幅值和相位 电抗和电阻第6页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法如何知道该点的导数值呢?如何知道该点的导数值呢?取前后两点的采样值,然后用差分代替求导,用两点间直线斜率代替该电点的导数。例如求t1时刻(为n1,n2采样时刻的中点)的导数,可以得到中值差分 为了保
3、证精度,该点的瞬时值要和求导数的值位于同一点,瞬时值用前后两点的平均值代替第7页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法图解对于高频分量尤为敏感,要求高采样率第8页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法2 23 3 半周积分算法半周积分算法 任意半个周期内的绝对值积分是常数。据此,可以获得正弦有效值第9页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法图解具有一定滤高频能力,但是不能滤直流分量第10页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法2 24
4、4 平均值、差分值的误差分析平均值、差分值的误差分析 在继电保护中,经常需要求取瞬时值、微分值和积分值。一般的做法就是:用平均值近似代替瞬时值 用差分值代替微分值 用梯形求和代替积分 误差是必然存在的,但对于正弦,这个误差可以消去。第11页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法用平均值近似代替瞬时值的无误差修正两者只差一个常系数,计算结果乘上它。第12页,此课件共111页哦第二节第二节 假定输入为正弦量的算法假定输入为正弦量的算法用差分值代替微分值的无误差修正二者差一个常系数,计算结果乘上它第13页,此课件共111页哦第三章第三章 微机保护的算法微机保护
5、的算法本讲小结本讲小结n介绍了网络化微机保护硬件结构介绍了网络化微机保护硬件结构n介绍了最简单的正弦幅值和相位算法介绍了最简单的正弦幅值和相位算法作业 推倒采样间隔为30o的两点乘积算法?第14页,此课件共111页哦第三章第三章 微机保护的算法微机保护的算法第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 3 31 1 原理原理 叠加原理:叠加原理:故障后系统可以分解成正常负荷网络和故障附加网络的叠加第15页,此课件共111页哦第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 在非故障阶段,测量电流就是负荷电流第16页,此课件共111页哦第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 故障分量电流的表达式第1
6、7页,此课件共111页哦第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 离散形式三要点1.正常运行时无故障分量2.故障后一周内,得到得到故障分量的离散采样值3.一周之后,故障分量消失由于采用的计算式导致消失频率变化时,一般采用下式,其抗频率变化能力增强第18页,此课件共111页哦第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 32 频率变化的影响分析有一项为零第19页,此课件共111页哦第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 最大频率误差当频率为50.5Hz时,单周算法相对误差6.28,双周算法0.39。第20页,此课件共111页哦第三节第三节 突变量电流算法突变量电流算法 频率高低时,误差都大右
7、图是双周算法分析第21页,此课件共111页哦第三章第三章 微机保护的算法微机保护的算法第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 4 41 1 基本原理基本原理 傅立叶级数:傅立叶级数:设x(t)是一个周期为T的时间函数(信号),则可以把它写成第22页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法根据三角函数的正交性,可得基波分量的系数写成复数形式X1的有效值和相位第23页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 适于微机计算离散化需要,a1 b1的积分可以用梯形法则求得 N基波信号一周采样的点数,一共使用N1个采样值 Xk第k点采样值 X0,Xk首末点采
8、样值 第24页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法对于基波工频,当N12,即30o一个采样点时 第25页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法附注说明:1.X(t)是周期函数,求a1,b1可以使用任意一段X(t),也就是该正弦函数取不同初相角。2.随着所取X(t)“段”的不同,相当于起点位置的不同、或者初相角的不同,a1,b1取得不同的值。换句话说,a1,b1 是起点位置的函数。若设起点是t1,则 第26页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 3.对于基波相量的移相,可以通过对基波相量进行任意角度的旋转来得到 第27页
9、,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 4.求取了基波相量后,可以进一步使用对称分量法实现“滤序”功能 -分别为A相正序、负序和零序的对称分量;-分别为A、B、C三相的基波相量;-旋转因子第28页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法对称分量法 对于正常运行的电力系统和发生了三相对称短路的电力系统,系统中的各个参数和运行变量都是对称的。像:三相电压、三相电流、各相阻抗、相间阻抗等。但是当三相系统发生了不对称故障时,各相电压电流一般不再对称,给分析计算带来困难。因此,常常把不对称的三相电压电流通过分解成一组对称分量(三序分量或1,2,0分量,正负零
10、序分量)来表示。经过对称分量表示后,各序分量保持对称,可以转化为单相分析求解,使问题得到简化。本质是线性变换。第29页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法以三相电压为例旋转因子 三相电压的零序分量 三相电压的正序分量 三相电压的负序分量第30页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 三相电压的零序分量同相位 三相电压的正序分量满足正序关系,即A相超前B相120o,B相超前C相120o 三相电压的负序分量满足反序关系,即A相滞后B相120o,B相滞后C相120o 而实现这种变换的变换矩阵是第31页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅
11、立叶级数算法 采用对称分量矩阵表达后,三相分解为正负零序的关系可以表达为 三序合成为三相就是逆的过程第32页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法5.5.类似的分析计算过程可应用于计算任意次谐波的幅值和相位计算其中,前式中的基波频率 被谐波频率 n 取代 第33页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法3-2 傅氏算法的滤波特性分析互相关函数 两个函数的互相关函数被定义为 而门函数定义为 a1(t1)是 x(t)和 pT(t)sin1t 的互相关 b1(t1)是 x(t)和 pT(t)cos 1t 的互相关第34页,此课件共111页哦第四节第四节
12、傅立叶级数算法傅立叶级数算法3-2 傅氏算法的滤波特性分析卷积 看 x(t)和 pT(t)(sin1t)的卷积 它是输入信号 x(t)经过一个冲击响应为 pT(t)(sin1t)的滤波器的输出,而后者称为正弦型带通(通带频率 1)滤波器,其变形为 第35页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法3-2 傅氏算法的滤波特性分析系数 a1(t1)与正弦型50Hz带通滤波器的关系n系数a1就是正弦型50hZ带通滤波器的输出系数 b1(t1)与余弦型50Hz带通滤波器的关系n系数b1就是余弦型50hZ带通滤波器的输出第36页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级
13、数算法正弦型50Hz带通滤波器的频谱第37页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法余弦型50Hz带通滤波器的频谱第38页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法3-3 半周傅氏算法 如果输入信号没有直流分量和偶次谐波,则根据对称性,可以得到半周傅氏算法第39页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法3-4 对于短路电流的滤波特性 实际短路后的电流中含有基波分量、奇偶次谐波分量、衰减的非周期分量,不是周期函数。衰减非周期分量的频谱遍布频率轴。第40页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 因此周期函数分解
14、为傅氏级数的前提遭到破坏。但是全周傅氏算法的滤波性能对于低频分量和谐波分量的良好滤波性能使得它经常被使用。当然存在误差。第41页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法35 修正的全周傅氏算法 解决的措施采用修正的全周傅氏算法 基本思想是:根据开始一点和一周后同一点的周期分量的值相等,衰减的非周期分量是可以计算的。第42页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法 写成离散形式,并假定得到了在k时刻和一周后加一点的值。那么两个未知数,两个方程可以解出来衰减的非周期分量幅值和衰减时间常数第43页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算
15、法半周傅氏算法的使用场合采用差分算法,减去不变的直流分量36 两点乘积法、求导数法、半周积分法和全周傅氏算法、半周傅氏算法的比较两点乘积法、求导数法、要求严格的正弦基波。应用之前需要滤波处理。但两点乘积法需5毫秒,求导数法只需3.3毫秒,半周积分需要10毫秒半周傅氏算法需要10毫秒,但不能滤直流、偶次谐波全周相对最好,20毫秒,但直接滤衰减直流差第44页,此课件共111页哦第四节第四节 傅立叶级数算法傅立叶级数算法半周傅氏算法的使用场合采用差分算法,减去不变的直流分量第45页,此课件共111页哦第三章第三章 微机保护的算法微机保护的算法本讲小结本讲小结n介绍了电流突变量算法介绍了电流突变量算法
16、n介绍了傅氏算法介绍了傅氏算法w全周傅氏算法全周傅氏算法w半周傅氏算法半周傅氏算法作业 写出修正的离散全周傅氏算法。第46页,此课件共111页哦第三章第三章 微机保护的算法微机保护的算法第五节第五节 R-LR-L模型算法解微分方程算法模型算法解微分方程算法 5 51 1 基本原理基本原理 忽略线路分布电容,则输电线路等效为集中参数R-L模型。当短路发生时,有:其中R,L是未知数,电压电流是可测量的i R,Lu第47页,此课件共111页哦第五节第五节 R-LR-L模型算法模型算法 差分法:差分法:取两个不同时刻的电压、电流、电压导数 和电流导数(差分),则 其中:u1,u2,i1,i2是电压电流
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