最新微机保护的硬件原理PPT课件.ppt
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1、微机保护的硬件原理微机保护的硬件原理第一节第一节 概述概述图11 微机保护硬件构成框图第二节第二节 数据采集系统数据采集系统 它的铁心带有气隙、具有三个绕组的变压器。由于它的铁心带有气隙、具有三个绕组的变压器。由于存在气隙,励磁电抗数值很小,相对而言很大的二次存在气隙,励磁电抗数值很小,相对而言很大的二次负载阻抗可忽略不及,故一次电流全部作为励磁电负载阻抗可忽略不及,故一次电流全部作为励磁电流。此时有以下关系:流。此时有以下关系:总体效果相当于总体效果相当于 因此电抗变能够将一次电流的基波分量成比例地转因此电抗变能够将一次电流的基波分量成比例地转换成二次侧电压。但放大了谐波分量,阻止了直流和换
2、成二次侧电压。但放大了谐波分量,阻止了直流和低频分量。严格讲是失真变换。低频分量。严格讲是失真变换。n电流变换器和电抗变压器的比较电流变换器和电抗变压器的比较w电流变换器能够不失真地变换电流成为电压,但是在出电流变换器能够不失真地变换电流成为电压,但是在出现非周期分量、衰减直流分量时,容易饱和,线性度差,现非周期分量、衰减直流分量时,容易饱和,线性度差,动态范围小动态范围小w电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用,因此当一电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用,因此当一次波形为非正弦时,二次将发生严重畸变。但是它的动次波形为非正弦时,二次将发生严重畸变。但是它的动态范围宽广、铁心不易饱和、具有
3、移相作用。在某些场态范围宽广、铁心不易饱和、具有移相作用。在某些场合下还是有用的。合下还是有用的。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统2 22 2 采样保持电路和模拟低通滤波采样保持电路和模拟低通滤波器器采样保持电路的作用及原理采样保持电路的作用及原理n定义:定义:采样保持电路(采样保持电路(S/H,Sampling and S/H,Sampling and HoldingHolding)是在极短时间内测量模拟量在该时刻的)是在极短时间内测量模拟量在该时刻的瞬时值,并在模拟数字转换器进行转换的期间瞬时值,并在模拟数字转换器进行转换的期间保持输出不变的一个电路保持输出不变的一个电路第二节第二节
4、 数据采集系统数据采集系统n组成:组成:它由电子模拟开关它由电子模拟开关ASAS、保持电容器及两个、保持电容器及两个阻抗变换器组成。阻抗变换器组成。ChCh的作用是记忆的作用是记忆ASAS闭合时刻的闭合时刻的电压,并在电压,并在ASAS打开后保持该电压。阻抗变换器打开后保持该电压。阻抗变换器I I在在ChCh端提供低阻抗,使得端提供低阻抗,使得ChCh电压建立迅速,而在输电压建立迅速,而在输入端呈现高阻抗,以尽量减少对输入回路的影响;入端呈现高阻抗,以尽量减少对输入回路的影响;阻抗变换器阻抗变换器1111在在ChCh端提供高阻抗,使得端提供高阻抗,使得ChCh衰减缓衰减缓慢,而在后边呈现低阻抗
5、以提高带负载的能力。慢,而在后边呈现低阻抗以提高带负载的能力。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图13 采样保持电路及工作过程第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n工作过程:工作过程:微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲进行采样,得到采样信号,采样后信号在下次采样进行采样,得到采样信号,采样后信号在下次采样脉冲到来之前应保持不变,形成稳定的阶梯状采样脉冲到来之前应保持不变,形成稳定的阶梯状采样保持信号,等待保持信号,等待A/DA/D转换。转换。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统对采样保持电路的要求对采样保持电路的要
6、求nChCh上的电压按照一定的精度跟踪上的电压按照一定的精度跟踪UsrUsr,跟踪时间尽,跟踪时间尽量短,以适应最小采样宽度要求量短,以适应最小采样宽度要求TcTcn保持时间要长,通常用下降率来表示保持能力保持时间要长,通常用下降率来表示保持能力n模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小要小 前两个指标取决于阻抗变换器和保持电容的性能,前两个指标取决于阻抗变换器和保持电容的性能,就捕获而言,越小越好;就保持而言越大越好。就捕获而言,越小越好;就保持而言越大越好。一般来讲,要求快速捕获,采样周期短,电容要小一般来讲,要求快速捕获,采样周期短,电
7、容要小一些;一些;慢速捕获,采样周期长,电容大一些,稳定性好,慢速捕获,采样周期长,电容大一些,稳定性好,抗杂散电容影响能力强。抗杂散电容影响能力强。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图14采样保持电路的性能与电容Ch的关系曲线1保持下降率2保持跳变误差30.1误差的截获时间4充电速率5频带例子:若取Ch为0.01uf,则保持下降率为2mV/S,微机保护采样速率高于2mS,没问题;而截获时间为20微妙,误差相当于工频0.36度,也没有问题。但是对于高频采集行波采集就不行了!需要提醒的是:Ch经常需要外接第二节第二节 数据采集系统数据采集系统采样频率的选择和模拟低通滤波器的应用采样频率的选择
8、和模拟低通滤波器的应用n等步长采样和变步长采样等步长采样和变步长采样 对于电网频率波动小,采样精度要求不是很高的场合,常采用等对于电网频率波动小,采样精度要求不是很高的场合,常采用等步长采样步长采样 对于电网频率波动大,采样精度要求高的场合,需要变步长采对于电网频率波动大,采样精度要求高的场合,需要变步长采样,变步长的采样间隔时间(采样脉冲发出时间)要随时调整样,变步长的采样间隔时间(采样脉冲发出时间)要随时调整n采样定理采样定理 被采样信号的频率最高不超过被采样信号的频率最高不超过1/21/2采样频率,否则会造成频谱混采样频率,否则会造成频谱混叠。叠。n合适的保护采样频率选择合适的保护采样频
9、率选择 高采样频率要求高采样频率要求CPUCPU的处理和运算速度快;低采样频率可能会造的处理和运算速度快;低采样频率可能会造成频率混叠,因为电力系统故障后的电压电流是一个宽频谱信号。成频率混叠,因为电力系统故障后的电压电流是一个宽频谱信号。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n合适的保护采样频率选择合适的保护采样频率选择 如果考虑目前的继电保护主要是基于工频故障信息构成的,那如果考虑目前的继电保护主要是基于工频故障信息构成的,那么,高频故障信息应该么,高频故障信息应该/可以滤除,这样将降低对可以滤除,这样将降低对CPUCPU和采样速率的和采样速率的要求。目前微机保护普遍采用要求。目前微机保护
10、普遍采用600Hz600Hz(1.6671.667毫秒)、毫秒)、1kHz1kHz(1 1毫毫秒)、秒)、1.8kHz1.8kHz(0.550.55毫秒)的采样频率,它们都能够满足工频故障毫秒)的采样频率,它们都能够满足工频故障信息和信息和3 3次、次、5 5次谐波的采样和分辨要求。但是高于次谐波的采样和分辨要求。但是高于300Hz300Hz、500Hz500Hz、900Hz900Hz的故障信号怎么办呢?的故障信号怎么办呢?第二节第二节 数据采集系统数据采集系统n前置低通滤波器的设置前置低通滤波器的设置 滤波器是一种能使有用频率信号通过,同时拟制无用频率信号滤波器是一种能使有用频率信号通过,同
11、时拟制无用频率信号的电路。低通滤波器是只让低于截至频率通过的滤波器。的电路。低通滤波器是只让低于截至频率通过的滤波器。前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器,广泛应用于各种消费、前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器,广泛应用于各种消费、控制电路中的采样电路前,滤除高于控制电路中的采样电路前,滤除高于2 2倍采样频率的信号,因此截倍采样频率的信号,因此截至频率被设置为至频率被设置为1/2fs1/2fs。低通滤波器可以采用有源的、也可以采用无源的。无源滤波器低通滤波器可以采用有源的、也可以采用无源的。无源滤波器构成简单,但电阻和电容回路对信号有衰减作用,并会带来时间延构成简单,但电阻和电容回路对信号有衰减作
12、用,并会带来时间延迟,仅适用于对速度和性能要求不高的微机保护迟,仅适用于对速度和性能要求不高的微机保护 有源滤波器抗冲击干扰能力差,但滤波性能好。有源滤波器抗冲击干扰能力差,但滤波性能好。性能越好的滤波器延时越长,造成信号不同步的可能性越大。性能越好的滤波器延时越长,造成信号不同步的可能性越大。继电保护常常采用普通的一阶(最高二阶的有源或无源)滤波继电保护常常采用普通的一阶(最高二阶的有源或无源)滤波器来限制接近工频分量的谐波信息混进来!器来限制接近工频分量的谐波信息混进来!第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图15 二阶无源低通滤波器第二节第二节 数据采集系统数据采集系统图16 二阶无源低
13、通滤波器2 23 3 模拟量多路转换开关模拟量多路转换开关n继电保护需要多的模拟量继电保护需要多的模拟量n数模转换器是贵重的元器件数模转换器是贵重的元器件n电路布板希望少的芯片电路布板希望少的芯片n多路转换器是一个理想的、经常采用的芯片多路转换器是一个理想的、经常采用的芯片定义:定义:是一个开关电路;接入很多模拟量;仅仅把是一个开关电路;接入很多模拟量;仅仅把其中的一路送给数模转换器去转换。其中的一路送给数模转换器去转换。不同的模拟量通过不同的模拟量通过“分时分时”方式完成模数转换过程。方式完成模数转换过程。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统组成:包括
14、选择接通路数的二进制译码电路和多路组成:包括选择接通路数的二进制译码电路和多路电子开关。电子开关。n二进制译码电路决定哪个电子开关接通二进制译码电路决定哪个电子开关接通接入相应的待接入相应的待转换模拟量转换模拟量n多路电子开关起分断其它回路而仅仅接通待转换的哪一路多路电子开关起分断其它回路而仅仅接通待转换的哪一路模拟量作用模拟量作用1616路多路转换开关例路多路转换开关例A0A0A3A3是路数选择线是路数选择线接接CPUCPU,控制哪一路选通,控制哪一路选通A1A1A16A16是模拟量入是模拟量入AS1AS1AS16AS16是电子开关是电子开关EnEn是始能端是始能端图17 16路多路转换开关
15、2 24 4 模数转换器模数转换器定义:是一个硬件电路,用于实现模拟量到数字量定义:是一个硬件电路,用于实现模拟量到数字量的转换,也称为的转换,也称为A/DA/D转换器。它是把模拟量变成能让转换器。它是把模拟量变成能让计算机识别的数字量的桥梁。计算机识别的数字量的桥梁。n应用范围及其宽广:随时间连续变化的模拟量、需要计算应用范围及其宽广:随时间连续变化的模拟量、需要计算机来处理的都必须经过这个环节。像电压、电流、温度、机来处理的都必须经过这个环节。像电压、电流、温度、压力速度等压力速度等分类:分类:n直接型:直接把模拟量转换成数字代码直接型:直接把模拟量转换成数字代码n间接型:首先把模拟量转换
16、成某种变量(比如频率),再间接型:首先把模拟量转换成某种变量(比如频率),再转换成数字代码输出转换成数字代码输出第二节第二节 数据采集系统数据采集系统第二节第二节 数据采集系统数据采集系统模数转换器的一般原理模数转换器的一般原理 将输入的模拟量将输入的模拟量UsrUsr相对于模拟参考量相对于模拟参考量U UR R经编码电经编码电路转换成数字量路转换成数字量D D输出输出 D D可以表示为可以表示为 B1B1BnBn均为二进制码。均为二进制码。第二节第二节 数据采集系统数据采集系统数模转换器,数模转换器,D/AD/A转换器转换器 数模转换器的作用是将数字量经解码电路变成模拟数模转换器的作用是将数
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- 关 键 词:
- 最新 微机 保护 硬件 原理 PPT 课件
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