电力系统继电保护原理(第八章).ppt

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1、 电力系统电力系统电力系统电力系统继电保护原理继电保护原理继电保护原理继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校华中科技大学武昌分校自动化系华中科技大学武昌分校自动化系第八章第八章 微机保护微机保护主要内容主要内容（一）微机保护的概述（一）微机保护的概述电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校（二）微机保护的硬件构成（二）微机保护的硬件构成（三）微机保护算

2、法（三）微机保护算法（一）微机保护概述（一）微机保护概述 1 1、微机保护的应用和发展、微机保护的应用和发展2 2、微机保护的基本构成、微机保护的基本构成将输入的模拟电流、电压量转换为数字量，送往处理器按照规定的算法和程序进行处理，将处理结果与给定的数字量进行比较，最后作出是否跳闸的判断电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理

3、微机保护的基本构成微机保护的基本构成硬件硬件 软件软件 数据采集系统数据采集系统 CPU主系统主系统 开关量输出开关量输出 输入系统输入系统外围设备等外围设备等 初始化模块初始化模块 数据采集管理模块数据采集管理模块 故障检出模块故障检出模块 故障计算模块故障计算模块 自检模块等自检模块等 电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校、微机保护的特点、微机保护的特点 微机保护与传统的电磁型或晶体管型保护相比，有许多特点，其主要优点有以下几个方面。1易于获得附加功能 2微机保护具有灵活

4、性 3微机保护具有高可靠性微机保护可以对其硬件和软件进行连续的自检，有很强的综合分析和判断能力。它能自动检测出硬件故障的同时发出报警信号并闭锁其跳闸出口回路。同时软件也具有自检功能，可以对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别和排除干扰。总之，作为一个系统而言，微机保护的可靠性比传统保护高。电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校（二）微机保护的硬件构成（二）微机保护的硬件构成电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中

5、科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校1、微机保护装置的数字核心部件微机保护装置的数字核心部件实质上是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器及控制电路等部分构成，并通过数据 总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数据交换和操作控制。CPU主要有以下几种类型：（1）单片微处理器(MCU)（2）FPGA/CPLD（3）数字式信号处理器（DSP）电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校2、模拟输入接口部件模拟输入接口部件继电保

6、护的基本输入电量是模拟性质的电信号。一次系统的模拟电量可分为交流量、直流量以及各种非电量。它们经过各种互感器转变为二次电信号，再由引线端子进入微机保护装置。这些由互感器输入的模拟电信号还要正确地变换成离散化的数字量。典型的交流AI接口按信号流程主要包括以下各部分：输入变换及电压形成回路、前置模拟低通滤波器（ALF）、采样保持（S/H）电路、模数变换（A/D）电路。输入变换及电压形成回路在微机保护中通常要求输入信号为5V或10V的电压信号，具体决定于所用的模数转换器。电压变换常采用小型中间变压器。电流变换有两种方式，一种是采用小型中间变流器，其二次侧并电阻以取得所需电压的方式，另一种是采用电抗变

7、压器。这些中间变换器还起到屏蔽和隔离的作用，以提高保护的可靠性。电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校采样保持和模拟低通滤波器对微机保护系统来说，在故障初瞬，电压、电流中可能含有相当高的频率分量，在采样前用一个低通模拟滤波器(ALF)将高频分量滤掉，这样就可以降低s，以防混叠。电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校多路转换开关多路转换开关多路转换开关又称多路转换

8、器。在实际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关MUX轮流切换各被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。模数转换器模数转换器A/D A/D是数据采集系统的核心，它的任务是将连续变化的模拟信号为数字信号，以便计算机进行处理、存储、控制和显示。选择A/D转换芯片时主要考虑两个指标：一是转换时间，二是数字输出的位数。对于转换时间，由于各通道共用一个A/D，至少要求所有的通道轮流转换所需的时间总和小于采样间隔Ts。微机保护对A/D转换芯片的位数要求较苛刻，因为保护在工作时输入电压和电流的动态范围很大。除以上两个指标外，A/D芯片的线性度、温度漂移等，一般都能满足

9、继电保护的要求.电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校开关量输入和输出开关量输入和输出电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校（三）微机保护的算法（三）微机保护的算法1 1、数字滤波、数字滤波 在微机保护中滤波也是一个必要的环节，它用于滤去各种不需要的谐波，数字滤波器的用途是滤去各种特定次数的谐波，特是接近工频的谐波。数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是一种纯硬件构

10、成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能，即滤波器的幅频特性和相频特性 电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校以差分滤波为例做简单介绍。以差分滤波为例做简单介绍。差分滤波器输出信号的差分方程形式为差分滤波器输出信号的差分方程形式为(8-1)式式中中，x x(n n)、y y(n n)分分别别是是滤滤波波器器在在采采样样时时刻刻n n(或或n n)的的输输入入与与输出；输出；x x(n n-k k)是是n n时刻以前第时刻以前第k k个采样时刻的输入，

11、个采样时刻的输入，k k11。对式对式(8-1)(8-1)进行变换，可得传递函数进行变换，可得传递函数H H(z)(z)（8-2）电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校将将 代代入入式式(8-2)(8-2)中中，即即得得差差分分滤滤波波器器的的幅幅频特性和相频特性分别为式频特性和相频特性分别为式(8-3)(8-3)及式及式(8-4)(8-4)(8-3)（8-4）式中 ,为输入信号频率；为输入信号频率；为采样周期，为采样周期，1/1/s s，s s为采样频率，通常要求为采样频率，

12、通常要求 s s为基波频率为基波频率 1 1的整数倍，即的整数倍，即 s s=N N 1 1，N N为每工频周期的采样点数目。为每工频周期的采样点数目。电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校由由式式(8-3)(8-3)可可知知，设设需需滤滤除除谐谐波波次次数数为为m m，差差分分步步长长为为k k(k k次次采样采样)，则此时，则此时=mm1 1=m=m2 2 1 1，应使，应使=0=0。令。令则有则有；当当N N（即（即 s s和和 1 1）取值已定时，采用不同的）取值已定时

13、，采用不同的l l和和k k值，便可滤除值，便可滤除m m次谐波。次谐波。(8-5)电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校2 2、正弦函数模型算法、正弦函数模型算法半周积分算法的依据是半周积分算法的依据是(8-6)即正弦函数半周积分与其幅值成正比即正弦函数半周积分与其幅值成正比。式式(8-6)(8-6)的积分可以用梯形法则近似求出的积分可以用梯形法则近似求出：电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校式中式中u uk k第第K K次采样值次采样值;N N 一周期一周期T T内的采样点数内的采样点数;u u0 0k k0 0时的采样值时的采样值;u u N/2N/2 k kN N/2/2时的采样值。时的采样值。求出积分值求出积分值S S后，应用式后，应用式(8-6)(8-6)可求得幅值。可求得幅值。