基于單片機(jī)的電子秤畢業(yè)設(shè)計,南京理工大學(xué)紫金學(xué)院

1、基于DSP的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 學(xué)校代號分類號！學(xué)號 密級 淘確火多 碩士學(xué)位論文基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置 硬件研究和設(shè)計 學(xué)位申請人姓名 培養(yǎng)單位 導(dǎo)師姓名及職稱 學(xué)科專業(yè) 研究方問 論文提交日期劉園電氣與信息工程學(xué)院周有慶教授電力系統(tǒng)及其自動化絲扭堡塑量堡僉自型些這壟！生旦！旦 摘要 近十年來微機(jī)保護(hù)技術(shù)飛速的發(fā)展，各種不同型號的微機(jī)繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且隨著微型計算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，新的微機(jī)保護(hù)裝置還在不斷推出，但是這些投入運行的微機(jī)保護(hù)裝置不允許用來進(jìn)行實驗、培訓(xùn)，因此研制套多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置用于電力調(diào)度、變電運行、檢修人員和技術(shù)管

2、理人員的技術(shù)培訓(xùn)，對于提高他們的微機(jī)保護(hù)技術(shù)水平，維護(hù)電力系統(tǒng)安全、可靠運行具有十分重要的意義。 正是在這樣的背景下湖南大學(xué)與湖南超高壓輸變電公司提出了合作研制開發(fā)多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng)，并獲得省電力公司立項支持。本系統(tǒng)以微機(jī)型繼電保護(hù)測試儀為信號源，通過多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置來完成多種實驗任務(wù)。本文重點研究多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置，提出了以為核心處理器的雙硬件設(shè)計方案，充分利用片內(nèi)字程序存儲器可擦寫編程特點，通過串口從上位杌下載不同的程序到中執(zhí)行，來完成相應(yīng)的保護(hù)功能實驗，從而使實驗裝置突破了傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)實驗裝置實驗種類少、功能單一的局限，實現(xiàn)集多種保護(hù)功能實驗于一套實驗裝置中。 論文研究設(shè)

3、計了多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置的硬件，并針對各構(gòu)成部分硬件電路模塊的原理和功能，以及裝置所采用的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。此外，文章還提出了的這種新的程序下載技術(shù)。整個裝置的硬件采用模塊化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)等特點，不僅適用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實驗培訓(xùn)，同時也適用于高校電氣工程專業(yè)教學(xué)實驗，是一種具有廣泛實際應(yīng)用價值的微機(jī)保護(hù)實驗裝置。關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；硬件設(shè)計：；程序下載技術(shù) 董三呈些墼耋鐾絲！堡呈蘭鍪董圣簍耋至壘塑蘭生 ， ， ， ， ， ， ， 【 ， ， ， ， ， ， ：；嚕； 湖南大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究

4、所取 得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名：享日日期：王年歹月（日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位淪文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。 、不

5、保密團(tuán)。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“”） 作者簽名： 導(dǎo)師簽名：享囡日期：加年月日聞唯次日期：壚礦年，月肜日 碩士學(xué)位論文 第章緒論 國內(nèi)外微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動化的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的主要措施之一。在以大機(jī)組、大電網(wǎng)和超高壓為特征的現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，如果沒有專門的繼電保護(hù)系統(tǒng)，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，根本不可能維持系統(tǒng)的正?？煽抗ぷ?，輕則導(dǎo)致?lián)p失負(fù)荷，重則發(fā)生電網(wǎng)解列，造成大面積停電。因此，繼電保護(hù)技術(shù)是維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、預(yù)防災(zāi)難性事故的最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段。 始于四十年代的靜態(tài)型繼電器保護(hù)經(jīng)歷了半導(dǎo)體、晶體管、集成電路的發(fā)展階

6、段，己進(jìn)入微處理機(jī)控制為核心的時代】。計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展不僅深入地影響了科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，同樣也影響到繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。自六七十年代計算機(jī)保護(hù)概念提出后，繼電保護(hù)裝置技術(shù)才真正開始進(jìn)入自動化、智能化、高性能的新階段。二十年來，各國都在微機(jī)繼電保護(hù)方面進(jìn)行了不懈的研究。 國外在微型計算機(jī)應(yīng)用于繼電保護(hù)方面的研究較早。年初，英國劍橋大學(xué)的等提出利用采樣技術(shù)實現(xiàn)輸電線路的距離保護(hù)。年下半年，澳大利亞新南威爾大學(xué)的預(yù)測了輸電線路和變電站采用計算機(jī)控制的前景，包括利用計算機(jī)作為繼電保護(hù)的前景，并進(jìn)一步進(jìn)行了計算機(jī)式保護(hù)的理論研究，主要研究適用于繼電保護(hù)的各種算法。年前后，美國西屋公司的

7、等開始進(jìn)行具體裝置的研制，并于年發(fā)表該裝置的試運行樣機(jī)的原理結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場試驗結(jié)果，這是第一套比較完整的用于現(xiàn)場的計算機(jī)繼電保護(hù)樣機(jī)，它已經(jīng)具備了計算機(jī)保護(hù)的基本組成部分【。自年代初出現(xiàn)大規(guī)模集成電路后，很快就為計算機(jī)保護(hù)所應(yīng)用，特別是八十年代，高性能價格比的微處理芯片問世以來，繼電保護(hù)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，各種基于微處理器的繼電保護(hù)裝置從實驗室走向現(xiàn)場，使電力系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展使傳統(tǒng)的保護(hù)原理得以數(shù)字化實現(xiàn)，各種數(shù)字信號處理技術(shù)被應(yīng)用于對電網(wǎng)復(fù)雜信號的分析和高速計算，為新的和復(fù)雜的保護(hù)方法的應(yīng)用提供了豐富的手段。年代國外開始研制發(fā)電機(jī)及變壓器整套微機(jī)保護(hù)，出現(xiàn)正式商業(yè)

8、產(chǎn)品，如和公司均研制成功微機(jī)發(fā)電機(jī)組全套保護(hù)，公司也有微機(jī)發(fā)電機(jī)全套保護(hù)問世。 我國從年代末就已開始了計算機(jī)繼電保護(hù)的研究，、高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 學(xué)、。上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同形式的微機(jī)保護(hù)裝置。年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，年代初我國微機(jī)主設(shè)備（變壓器、發(fā)電機(jī)）保護(hù)成套裝置開始問世，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)

9、研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和變壓器組保護(hù)相繼于、年通過鑒定，投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于、年通過鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，可以說從年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時代。 現(xiàn)在我國無論是輸電線路保護(hù)還是電力主設(shè)備保護(hù)都有一系列成套

10、實用的微機(jī)保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置以其維護(hù)調(diào)試方便、可靠性高、使用靈活方便、具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性等獨有的優(yōu)勢迅速淘汰了原有的集成電路和晶體管繼電保護(hù)裝置，而被大量采用。在全國電力調(diào)度系統(tǒng)“十五”發(fā)展計劃綱要中提出，繼電保護(hù)領(lǐng)域大量應(yīng)用了微機(jī)保護(hù)裝置，千伏及以上線路微機(jī)保護(hù)應(yīng)用率達(dá)；在安全自動裝置、故障錄波裝置和繼電保護(hù)整定計算等方面全面推進(jìn)微機(jī)化；電網(wǎng)故障錄波信息聯(lián)網(wǎng)正在逐步實現(xiàn)。現(xiàn)在在我國新建的高中壓變電站的輸變電設(shè)備均采用了各種形式的微機(jī)保護(hù)裝置，而老變電站的輸變電設(shè)備繼電保護(hù)改造也采用了微機(jī)保護(hù)裝置。 本文研究課題的來源及意義 本文研究課題“基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置”的硬件開發(fā)是為湖南省超

11、高壓輸變電公司培訓(xùn)中心開發(fā)的一套繼電保護(hù)實驗培訓(xùn)系統(tǒng)提供下位機(jī)硬件設(shè)備。 近十年來微機(jī)保護(hù)技術(shù)飛速發(fā)展，各種不同型號的微機(jī)繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是大量投入運行的微機(jī)繼電保護(hù)裝置不允許用來進(jìn)行實驗、培訓(xùn)。同時隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力供需矛盾不斷加劇，而電網(wǎng)基礎(chǔ)相對比較薄弱，所以電網(wǎng)停電檢修壓力與日俱增，繼電保護(hù)裝置定期檢修的停電時間也隨之一再壓縮，在這么短的停電檢修時間內(nèi)，繼電保護(hù)運行檢修人員不可能很快熟悉保護(hù)裝置的性能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣一來他們就需要經(jīng)過相當(dāng)長時間的摸索和學(xué)習(xí)才能勝任其工作，這對培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)保網(wǎng)重要角色的繼電保護(hù)隊伍是很不利的，因此開展行之有效的繼電保護(hù)培訓(xùn)

12、工作顯得至關(guān)重要。正是在這樣的背景下，湖南大學(xué) 和湖南省超高壓輸變電公司提出了合作研制多功能微機(jī)保護(hù)實驗培訓(xùn)系統(tǒng)，并獲省電力公司立項支持。 針對現(xiàn)有的用于電力系統(tǒng)實驗、培訓(xùn)的微機(jī)保護(hù)實驗裝置種類少、功能單一的不足，本裝置在系統(tǒng)設(shè)計上突破了傳統(tǒng)的一套保護(hù)裝置只能完成一種保護(hù)功能的局限，實現(xiàn)了集多種保護(hù)功能于一套實驗裝置，實驗者可分別選擇高頻保護(hù)、距離保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)和綜合重合閘等多種不同的保護(hù)程序，或自行設(shè)計保護(hù)算法、編制程序。通過上位機(jī)下載到實驗裝置，從而完成相應(yīng)的保護(hù)功能實驗。本裝置的設(shè)計參考了南瑞和許繼等廠家的產(chǎn)品，無論是在裝置面板，還是菜單設(shè)囂及操作等方面，使得實驗裝置與現(xiàn)場運

13、行設(shè)備更加接近，這樣更有利于培訓(xùn)人員接受。同時實驗裝置還配有友好的上位機(jī)界面，形象逼真，圖文并茂，操作簡單靈活，實驗過程清晰、直觀，另外上位機(jī)設(shè)置了功能強(qiáng)大的學(xué)習(xí)幫助軟件，詳細(xì)講述了一般的微機(jī)保護(hù)裝置硬件的基本結(jié)構(gòu)、各部分的組成原理和功能，以及保護(hù)原理和算法等等。本裝置不僅適用于電力系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)，同樣也適用于高校及大中專學(xué)校微機(jī)繼電保護(hù)教學(xué)實驗。它面向技術(shù)和理論，面向?qū)嵺`，具有廣泛的應(yīng)用價值。論文所做的工作 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置的開發(fā)是在參考了國內(nèi)外類似產(chǎn)品以及本裝置上一代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，并查閱了大量的技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究和設(shè)計的。本人參與了整個裝置的前期研究和設(shè)計工作，主要側(cè)

14、重硬件的研究和開發(fā)。 本文所做的工作主要包括： 簡述了國內(nèi)外微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀； 研究了整個多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以實驗系統(tǒng)構(gòu)成之一的微機(jī)保護(hù)實驗裝置為論文研究和設(shè)計的主要對象，詳述其結(jié)構(gòu)和功能，以及實驗裝置所用到的數(shù)字濾波與保護(hù)算法，并以數(shù)字式變壓器保護(hù)為例，對微機(jī)保護(hù)的原理進(jìn)行了分析； 設(shè)計了基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置的硬件，并以插件的形式，詳細(xì)說明各個硬件電路模塊的原理和功能，以及裝置所采用的抗干擾技術(shù)。實驗裝置的硬件電路采用模塊化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、運行可靠等特點： 提出了一種新的在線下載程序的方法，充分利用的片內(nèi)字程序存儲器可擦寫編程特點，

15、通過串口在線引導(dǎo)加載不同的保護(hù)程序到中執(zhí)行，從而實現(xiàn)了一套實驗裝置的硬件完成多種不同保護(hù)功能實驗；簡單介紹了多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置的軟件。 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 第章多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和原理多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng)的構(gòu)成 多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng)操作臺主要由多個常規(guī)保護(hù)繼電器、一臺多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置、一臺微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀、一臺機(jī)和一臺打茚機(jī)構(gòu)成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖（）所示。 常規(guī)繼電器薹匝群 信號 ）單套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置幽磊矗）多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng)操作臺 圖多功能微機(jī)保護(hù)實驗系統(tǒng) ）微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀：作為整個多功能微機(jī)保護(hù)實

16、驗系統(tǒng)的信號源，受機(jī)控制，用于對電力系統(tǒng)中任意線路或設(shè)備正常運行以及故障情況進(jìn)行模擬，產(chǎn)生相應(yīng)的電流、電壓信號和開關(guān)量信號】。這些信號將送給多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置和常規(guī)繼電器，同時測試儀還向機(jī)傳送電流、電壓的錄波數(shù)據(jù)、各開關(guān)量變位信息及各保護(hù)或重合閘的動作時間數(shù)據(jù)。 微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀改變了停留在用移相器、調(diào)壓器、升流器和滑桿電阻等調(diào)整三相電壓、電流的幅值和相位，并配合電壓表、電流表、相位表和頻率計等一起對繼電保護(hù)和自動裝置進(jìn)行調(diào)試的傳統(tǒng)測試方法，避免了由于傳統(tǒng)測試方法引起的易接錯線，勞動強(qiáng)度大、調(diào)試周期長，功能單一和不能進(jìn)行復(fù)雜的試驗等不足，從而大大提高了試驗測試水平。 ）常規(guī)繼電器：

17、與微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀連接，利用測試儀測試各種常規(guī)繼電器的特性，為微機(jī)繼電保護(hù)課程的教學(xué)實驗服務(wù)。 ）多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置：多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置是整個實驗系統(tǒng)完成多功能任務(wù)的核心設(shè)備，也是本論文研究和設(shè)計的重點。通過機(jī)下載不同的保護(hù)程序、整定各保護(hù)定值、設(shè)置參數(shù)、查詢保護(hù)動作報告，和接收微機(jī)型繼電保護(hù)試 驗測試儀產(chǎn)生的模擬量和開關(guān)量信號，從而完成多種微機(jī)保護(hù)和測控功能，同時實 碩士學(xué)位論文 驗裝置還負(fù)責(zé)將保護(hù)動作量通過開關(guān)量輸出反饋回微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀，以及將保護(hù)和重合閘的動作信息、及各開入量狀態(tài)上傳給機(jī)。下文還將對多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置，特別是其硬件部分作詳細(xì)地研究和分析。 ）

18、機(jī)：機(jī)是實驗系統(tǒng)的管理者。它控制微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀產(chǎn)生各種實驗所需的模擬量和開關(guān)量信號，向多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置下載程序、整定保護(hù)定值，并接收微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀和多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置上傳的信息。同時在機(jī)上還會顯示實驗界面和實驗結(jié)果，便于進(jìn)行各種微機(jī)保護(hù)實驗及培訓(xùn)。 該系統(tǒng)具有集成度高、結(jié)構(gòu)簡潔清晰、占地面積小、投資少等特點。采用通用性硬件平臺，通過從上位機(jī)下載保護(hù)程序，可完成電流、電壓、功率方向等多種繼電保護(hù)實驗以及自動重合閘、低頻減載等多種功能。同時軟件采用模塊化設(shè)計，不但可以完成單個繼電器的特性試驗，還可系統(tǒng)集成為微機(jī)線路保護(hù)綜合實驗和主設(shè)備微機(jī)保護(hù)綜合試驗，不僅適合電力系統(tǒng)

19、調(diào)度、變電運行、檢修人員進(jìn)行微機(jī)保護(hù)學(xué)習(xí)培訓(xùn)使用，而且可供高等院校電氣工程專業(yè)的各類學(xué)生實驗和教學(xué)。實驗裝置的功能和性能特征 實驗裝置的功能 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置是針對電力系統(tǒng)投入運行的微機(jī)保護(hù)裝置不允許用來進(jìn)行試驗培訓(xùn)而設(shè)計的，它可使參加實驗培訓(xùn)的人員在動手操作實驗的基礎(chǔ)上，迅速、全面地掌握微機(jī)保護(hù)裝置硬件構(gòu)成、保護(hù)算法原理、保護(hù)之間的配合和配置原則等相關(guān)知識，清楚地了解保護(hù)的動作過程，并能下載自編的保護(hù)程序。本裝置可實現(xiàn)的功能具體有： 實驗功能 本裝置硬件通用性強(qiáng)，可靈活下載軟件，通過在同一硬件平臺上下載各種不同的保護(hù)和監(jiān)控軟件，來完成多種保護(hù)實驗。 數(shù)字繼電器特性實驗：對單個繼電

20、器進(jìn)行動作值整定和特性測試，在上位機(jī)實驗界面上顯示繼電器動作信息、故障波形，以及繼電器動作演示。其中保護(hù)定值整定既可在下位機(jī)面板上就地設(shè)定，也可在上位機(jī)設(shè)定后下載到多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝罱中?？蛇M(jìn)行的繼電其特性實驗包括：差動繼電器（差動電流繼電器、比率制動式差動電流繼電器）、阻抗繼電器（圓特性阻抗繼電器、方向性多邊形阻抗繼電器）以及安全自動裝置繼電器實驗。 輸電線路綜合實驗：及其以上超高壓線路保護(hù)（高頻保護(hù)、距離保護(hù)、零序電流、重合閘功能）。 主設(shè)備保護(hù)實驗：變壓器保護(hù)（差動電流速斷、二次諧波制動、比率制動、復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)、零序方向過流保護(hù)等）、電容器保護(hù)、母線保護(hù)（單相 碩士學(xué)位論文

21、 驗裝置還負(fù)責(zé)將保護(hù)動作量通過開關(guān)量輸出反饋回微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀，以及將保護(hù)和重合閘的動作信息、及各開入量狀態(tài)上傳給機(jī)。下文還將對多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置，特別是其硬件部分作詳細(xì)地研究和分析。 機(jī)：機(jī)是實驗系統(tǒng)的管理者。它控制微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀產(chǎn)生各種實驗所需的模擬量和開關(guān)量信號，向多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置下載程序、整定保護(hù)定值，并接收微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀和多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置上傳的信息，同時在機(jī)上還會顯不實驗界面和實驗結(jié)果，便于進(jìn)行各種微機(jī)保護(hù)實驗及培訓(xùn)。 該系統(tǒng)具有集成度高、結(jié)構(gòu)簡潔清晰、占地面積小、投資少等特點。采用通用性硬件平臺，通過從上位機(jī)下載保護(hù)程序，可完成電流、電壓

22、、功率方向等多種繼電保護(hù)實驗以及自動重合閘、低頻減載等多種功能。同時軟件采用模塊化設(shè)計，不但可以完成單個繼電器的特性試驗，還可系統(tǒng)集成為微機(jī)線路保護(hù)綜合實驗和主設(shè)備微機(jī)保護(hù)綜合試驗，不僅適合電力系統(tǒng)調(diào)度、變電運行、檢修人員進(jìn)行微機(jī)保護(hù)學(xué)習(xí)培訓(xùn)使用，而且可供高等院校電氣工程專業(yè)的各類學(xué)生實驗和教學(xué)。 實驗裝置的功能和性能特征 實驗裝置的功能 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置是針對電力系統(tǒng)投入運行的微機(jī)保護(hù)裝置不允許用來進(jìn)行試驗培訓(xùn)而設(shè)計的，它可使參加實驗培訓(xùn)的人員在動手操作實驗的基礎(chǔ)上，迅速、全面地掌握微機(jī)保護(hù)裝置硬件構(gòu)成、保護(hù)算法原理、保護(hù)之間的配合和配置原則等相關(guān)知識，清楚地了解保護(hù)的動作過程，

23、并能下載自編的保護(hù)程序。本裝置可實現(xiàn)的功能具體有： 實驗功能 本裝置硬件通用性強(qiáng)，可靈活下載軟件，通過在同一硬件平臺上下載各種不同的保護(hù)和監(jiān)控軟件，來完成多種保護(hù)實驗。 數(shù)字繼電器特性實驗：對單個繼電器進(jìn)行動作值整定和特性測試，在上位機(jī)實驗界面上顯示繼電器動作信息、故障波形，以及繼電器動作演示。其中保護(hù)定值整定既可在下位機(jī)面板上就地設(shè)定，也可在上位機(jī)設(shè)定后下載到多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝囂中?？蛇M(jìn)行的繼電其特性實驗包括：差動繼電器（差動電流繼電器、比率制動式差動電流繼電器）、阻抗繼電器（圓特性阻抗繼電器、方向性多邊形阻抗繼電器）以及安全自動裝置繼電器實驗。 訌輸電線路綜合實驗：及其以上超高壓線路保護(hù)

24、高頻保護(hù)、距離保護(hù)、零序電流、重合閘功能。 缸主設(shè)備保護(hù)實驗：變壓器保護(hù)（差動電流速斷、二次諧波制動、比率制動、復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)、零序方向過流保護(hù)等）、電容器保護(hù)、母線保護(hù)（單相復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)、零序方向過流保護(hù)等）、電容器保護(hù)、母線保護(hù)（單相 碩士學(xué)位論文 驗裝置還負(fù)責(zé)將保護(hù)動作量通過開關(guān)量輸出反饋回微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀，以及將保護(hù)和重合閘的動作信息、及各開入量狀態(tài)上傳給機(jī)。下文還將對多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置，特別是其硬件部分作詳細(xì)地研究和分析。 ）機(jī)：機(jī)是實驗系統(tǒng)的管理者。它控制微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀產(chǎn)生各種實驗所需的模擬量和開關(guān)量信號，向多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置下載程序

25、、整定保護(hù)定值，并接收微機(jī)型繼電保護(hù)試驗測試儀和多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置上傳的信息。同時在機(jī)上還會顯示實驗界面和實驗結(jié)果，便于進(jìn)行各種微機(jī)保護(hù)實驗及培訓(xùn)。 該系統(tǒng)具有集成度高、結(jié)構(gòu)簡潔清晰、占地面積小、投資少等特點。采用通用性硬件平臺，通過從上位機(jī)下載保護(hù)程序，可完成電流、電壓、功率方向等多種繼電保護(hù)實驗以及自動重合閘、低頻減載等多種功能。同時軟件采用模塊化設(shè)計，不但可以完成單個繼電器的特性試驗，還可系統(tǒng)集成為微機(jī)線路保護(hù)綜合實驗和主設(shè)備微機(jī)保護(hù)綜合試驗，不僅適合電力系統(tǒng)調(diào)度、變電運行、檢修人員進(jìn)行微機(jī)保護(hù)學(xué)習(xí)培訓(xùn)使用，而且可供高等院校電氣工程專業(yè)的各類學(xué)生實驗和教學(xué)。實驗裝置的功能和性能特征

26、實驗裝置的功能 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置是針對電力系統(tǒng)投入運行的微機(jī)保護(hù)裝置不允許用來進(jìn)行試驗培訓(xùn)而設(shè)計的，它可使參加實驗培訓(xùn)的人員在動手操作實驗的基礎(chǔ)上，迅速、全面地掌握微機(jī)保護(hù)裝置硬件構(gòu)成、保護(hù)算法原理、保護(hù)之間的配合和配置原則等相關(guān)知識，清楚地了解保護(hù)的動作過程，并能下載自編的保護(hù)程序。本裝置可實現(xiàn)的功能具體有： 實驗功能 本裝置硬件通用性強(qiáng)，可靈活下載軟件，通過在同一硬件平臺上下載各種不同的保護(hù)和監(jiān)控軟件，來完成多種保護(hù)實驗。 數(shù)字繼電器特性實驗：對單個繼電器進(jìn)行動作值整定和特性測試，在上位機(jī)實驗界面上顯示繼電器動作信息、故障波形，以及繼電器動作演示。其中保護(hù)定值整定既可在下位機(jī)面

27、板上就地設(shè)定，也可在上位機(jī)設(shè)定后下載到多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝罱中。可進(jìn)行的繼電其特性實驗包括：差動繼電器（差動電流繼電器、比率制動式差動電流繼電器）、阻抗繼電器（圓特性阻抗繼電器、方向性多邊形阻抗繼電器）以及安全自動裝置繼電器實驗。 輸電線路綜合實驗：及其以上超高壓線路保護(hù)（高頻保護(hù)、距離保護(hù)、零序電流、重合閘功能）。 主設(shè)備保護(hù)實驗：變壓器保護(hù)（差動電流速斷、二次諧波制動、比率制動、復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)、零序方向過流保護(hù)等）、電容器保護(hù)、母線保護(hù)（單相 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 差動）。 測量、諧波分析 實時測出三相電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電氣

28、量，用波形圖顯示三相電壓和三相電流；還可進(jìn)行諧波電壓和諧波電流分析。 通信聯(lián)網(wǎng)功能 裝置具有靈活的通信功能，可直接與機(jī)進(jìn)行串行通信，裝置可以根據(jù)上位機(jī)的指令有選擇的計算測量電氣量，并將測得的電氣量及事故時所記錄下的故障前后以及跳閘前后的信息上傳給上位機(jī)，還可實現(xiàn)上位機(jī)對裝置的遠(yuǎn)方控制，其中包括遠(yuǎn)方修改保護(hù)的整定值、保護(hù)局部或全部功能的投、退。 裝置還具有聯(lián)網(wǎng)功能，配置了高速總線和現(xiàn)場總線，在規(guī)定一定的通信協(xié)議后，即可聯(lián)入或通信網(wǎng)絡(luò)，由多套裝置組成變電站綜合自動化實驗系統(tǒng)。 教學(xué)培訓(xùn)功能 多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置采用大屏幕中文菜單和圖形顯示，可容納豐富的信息量，電氣一次圖、實時監(jiān)測的電氣量、電壓波

29、形、電流波形、故障類型、保護(hù)動作信息都可以清晰地顯示在屏幕上，通過實際操作人機(jī)對話面板上的薄膜按鍵來進(jìn)行教學(xué)實踐。同時，除了可進(jìn)行裝置硬件部分操作培訓(xùn)外，裝置還配備相應(yīng)的上位機(jī)軟件，它結(jié)合各種實驗，提供了豐富的教學(xué)培訓(xùn)內(nèi)容。軟件的幫助文件中細(xì)述了微機(jī)保護(hù)裝置硬件的基本結(jié)構(gòu)、各組成部分的原理和功能，并以多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置為例對其硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行研究。教學(xué)培訓(xùn)軟件還著重介紹了多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置中所涉及到的保護(hù)算法以及一些新型的保護(hù)原理和算法，以提高受訓(xùn)人員的理論知識水平。為使實驗者清楚地了解電力系統(tǒng)工程實際中繼電保護(hù)及安全自動裝置的應(yīng)用和技術(shù)要求，依據(jù)繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程（）闡

30、述了電力系統(tǒng)中電力設(shè)備和線路的保護(hù)和安全自動裝置的配置原則，本裝置所有的實驗項目也都是依據(jù)這些原則設(shè)置的，因此受訓(xùn)人員可以結(jié)合實驗迅速、全面地理解和掌握這些規(guī)程】。 實驗裝置的性能特征 ?考慮到具有運算速度快、內(nèi)存大等特點，硬件采用雙的模塊化設(shè)計，保護(hù)獨立采樣，并完成所有的數(shù)字濾波、保護(hù)算法和出口邏輯，而監(jiān)控 ?監(jiān)控內(nèi)設(shè)總起動元件，只有總起動元件動作才能開放出口繼電器正電?充分利用片內(nèi)的在應(yīng)用編程）功能，通過下載不同的保護(hù)和監(jiān)控軟件來實現(xiàn)用一套保護(hù)實驗裝置硬件完成多種不同保護(hù)功能實驗。完成裝置的總起動、人機(jī)界面和后臺通信。源，完成裝置的總起動，從而真正保證了任一器件損壞不致引起保護(hù)誤動。 碩士

31、學(xué)位論文 ?友好的人機(jī)接口、漢字顯示。 ?靈活的后臺通訊方式，配有通信接口、通信接口和接口。 ?硬件設(shè)計上采用多種抗干擾技術(shù)，強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開，大大提高裝置的抗干擾能力。 實驗裝置的原理分析 數(shù)字濾波和繼電保護(hù)算法非遞歸數(shù)字濾波器（濾波器）高速繼電保護(hù)裝置都工作在故障發(fā)生后的最初瞬變過程中，而此時的電壓和電流信號由于混有衰減直流分量和復(fù)雜的諧波成分而發(fā)生嚴(yán)重的畸變嘲。目前大多數(shù)保護(hù)裝置的原理是建立在反映下弦基波或某些整數(shù)倍諧波基礎(chǔ)之上，所以濾波器是繼電保護(hù)裝置的關(guān)鍵器件。本裝置中主要采用的是數(shù)字濾波器。所謂數(shù)字濾波器通常是指一種程序或算法，在微機(jī)保護(hù)中，數(shù)字濾波器的運算過程可用常系數(shù)線性差分方程

32、（）來描述，即（行）（），（）（）式中（玎）、（叻一數(shù)字濾波器的輸入值和輸出值序列：口、一數(shù)字濾波器系數(shù)。通過選擇數(shù)字濾波器系數(shù)和，可濾除輸入信號序列（）中的某些無用頻率成分，使數(shù)字濾波器的輸出序列（）能更明確地反映有效信號的變化特征。在式（）中，系數(shù)全部為時，稱之為非遞歸數(shù)字濾波器（濾波器）。非遞歸數(shù)字濾波器的現(xiàn)行輸出（僅與現(xiàn)行輸入及其前行輸（）有關(guān)，而與前行輸出一）無關(guān)，因而該濾波器具有濾波速度確定、數(shù)據(jù)窗明確、濾波穩(wěn)定的特點。當(dāng)短路故障發(fā)生后，經(jīng)過濾波算法確定的數(shù)據(jù)窗時間，不需要短路故障前的數(shù)據(jù)，即不需要歷史資料，因此，非遞歸數(shù)字濾波器在微機(jī)保護(hù)中獲得廣泛應(yīng)用。常用到的有差分（減法）濾波

33、、積分濾波等，這里僅介紹本裝置中使用的差分濾波器。 差分濾波器的差分方程為 （挖）（叻一（一七）（） 經(jīng)過差分濾波后，輸入信號中的直流分量以及頻率為警和的整次倍諧波分量將完全濾除。差分濾波器的主要作用是： （）抑制故障信號中的衰減直流分量的影響。差分濾波器的突出優(yōu)點之一是完全濾除輸入信號中的恒定直流分量，即使對衰減的直流分量（非周期分量的主要成 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 分）也有良好的抑制作用。為了減少算法數(shù)據(jù)窗，加快計算速度，裝置使用的差分濾波器。但需要指出的是，差分濾波器對故障信號中的高頻分量有一定的放大作用，因此采用將差分濾波器與傅氏算法相配合的方式，這樣才能保證在故障

34、信號同時含有衰減直流分量和其他高頻分量時，仍具有良好的綜合濾波效果。 （）提取故障信號中的故障分量。在式（）中，若將值取為，濾波方程為 （）工（竹）一（一）（） 于是濾波器可濾除直流、基頻及所有整次諧波分量。這樣，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運行時，濾波器無輸出，（，而發(fā)生故障時，在故障后的第一個基頻周期內(nèi)，輸出量（功為故障信號中的故障分量。根據(jù)這一特點，差分濾波器常用來實現(xiàn)故障的檢測元件、選相元件以及其他利用故障分量原理構(gòu)成的保護(hù)網(wǎng)。 傅氏算法 設(shè)被采樣的模擬信號（）是一個周期性時間函數(shù)，除基波分量外還含有各整次諧波和不衰減的直流分量，則（）可表示為 （）【口（；）（）】 式中（）一自然數(shù)，五，； 。、一

35、分別為各次諧波（包括基波）正弦項和余弦項的振幅，是直流分量值。按傅氏級數(shù)原理，。、?？杀硎緸?吾（）（丑。，）西（） 咖吾知）。（。） 是（）中的基波分量（）為 （）（）（）（）（）其中，是）的周期。當(dāng)五時，。、就是基波正弦項、余弦項的幅值，于（） 其中。是基波分量的有效值，是時的初相角。將上式用和角公式展開，就可得到 。 再根據(jù)。和。，求出基波有效值鼻。和初相角（）（） 碩士學(xué)位論文 ：；砰（） ） 口 同理，當(dāng)丑（為除以外的自然數(shù)）時，根據(jù)。和。就可求出玎次諧波分量的有效值和初相角。例如在變壓器保護(hù)的二次諧波制動元件中，就是利用傅氏算法來求次諧波分量的有效值和初相角的。 在用微機(jī)計算。和時

36、，通常采用有限項方法算得，即將工）用各萊樣點數(shù)值代入，通過梯形法求和代替積分法來求式（）、（）的積分值，即 鏟曇鼢凈咄爭 ”專善嫻（庀等）（） 式中一一個工頻周期采樣點數(shù) （）一（）在時刻的采樣值 可以看出，傅氏算法實際上是通過同時獲取相隔。的。、（口，超前相角。）計算出基波分量的有效值和相位，其時間窗長度是一個基頻周期，故該算法又稱為全周傅氏算法。當(dāng)輸入信號為周期性信號時，傅氏算法可以準(zhǔn)確地求出輸入信號的基頻分量。但在實際故障情況下，故障信號通常不是呈周期性變化，如非周期分量不是恒定不變的純直流分量，而是依指數(shù)規(guī)律衰減，這樣一來，采用傅氏算法進(jìn)行計算會產(chǎn)生一定誤差。 根據(jù)對傅氏算法幅頻特性的

37、分析可知傅氏算法除了完全濾去輸入信號中的整數(shù)次的高次諧波外，對于其他的非整次（分次）諧波，雖然不能完全濾除，但仍有一定的抑制作用。其中對高頻分量的濾波能力相當(dāng)強(qiáng)，即使不采取措施，一般也能保證良好的計算精度。而對于低頻分量（主要由衰減的非周期分量產(chǎn)生），算法的濾波效果相對較差。但事實上在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后的電磁暫態(tài)過程中，電壓電流信號均有較大的衰減非周期分量，本文針對這一問題，提出的解決方案是在傅氏算法計算前進(jìn)行一次差分濾波（以）（胛）一（一），以削弱非周期分量的影響。 短數(shù)據(jù)窗移相算法 這里介紹的是短數(shù)據(jù)窗移相算法是移相算法的一種，這種算法不僅移相角度可以任意調(diào)整，同時數(shù)據(jù)窗較短。設(shè)電流以及超

38、前口角的電流分別是 （），。（耐（）（，）。（耐口）佗） 基于的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 用相量表示為、。令砸一）（耐一蠅），正為一個采樣間隔時間，以相量表示該時刻電流為不，即；互，為一個采樣周期的采樣點數(shù)。、丌 ，。三者之間的關(guān)系如圖所示。 墅 ）超前運算）滯后運算 圖移相運算時的相量圖 圖中（其中拉、為系數(shù)），則在圖（）中由，。、。組成的三角形中，有 鴦掣巧一石，（萬、（）， 萬一口一） 。 計及，得到系數(shù)口、為 口互產(chǎn)一洲爭） 鋤萬 ：（） 一萬 采樣頻率一定后，根據(jù)要求超前的相角口，系數(shù)日、可先離線計算得到。因此屯（）又可寫為屯）（口）一岷（）日一出），于是 （珂）（叻一（

39、一）（） 碩士學(xué)位論文 這樣一來，可通過相鄰兩個改）的采樣值來獲得超前相角的電流采樣值，實現(xiàn)超前移相運算。移相后的電流幅值保持不變，相角口可取任意值，時間窗長度只要一個采樣間隔時間。 同理，由圖可得到滯后移相算式為 。（開）（）一（）（） 其中系數(shù)、表示式與式（）、（）相同。 序分量計算方法 電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障（包括元件故障）時，一般情況下會產(chǎn)生零序分量、負(fù)序分量、正序分量的電流和電壓。對于正序分量來說，其中包含負(fù)荷正序分量在內(nèi)。因此，序分量電流、電壓的出現(xiàn)（序分量中應(yīng)去除負(fù)荷正序分量）可用來反映短路故障或不正常運彳亍工況。 零序電流的計算方法 零序電流可從三相電流獲取，算式為 （行）（玎）

40、十（），（胛） （”）、。（）、（行）一正弦工頻電流采樣值（濾波后獲得） 零序電流也可從三相電流互感器二次側(cè)中性線中直接獲取。為避免暫態(tài)中不平衡電流的影響，可通過差分算法、傅氏算法后求出的有效值。 負(fù)序電流的計算方法 在己知，。、。、的情況下計算出負(fù)序電流值。因負(fù)序電流計算時，需將，。、（）移相，所以通常有兩種計算方法。 （）以相量方法計算負(fù)序電流 負(fù)序電流的表示式為 ）日一一礦 相量方法計算負(fù)序電流是指先將三相電流進(jìn)行濾波取出正弦量，而后移相濾序?qū)崿F(xiàn)負(fù)序電流的計算。通常情況下，采用傅氏算法求取三相電流的實部、虛部，可得到以相量方法獲取負(fù)序電流的實部、虛部，見式（。）、（），可將式（）：為算式

41、（：）。萬白“梆七等）善如（啪（七百了）善（七百一了；，）（） 基十的多功能微機(jī)保護(hù)實驗裝置硬件研究和設(shè)計 （），蘭（）（等）羔（咖。（萬等）砉七（咖（等一等）（“） 因負(fù)序電流的算式是建立在先對三相電流進(jìn)行濾波而后濾序的基礎(chǔ)上，所以有較好的精確度和暫態(tài)性能，但計算量較大。算法需要的數(shù)據(jù)窗長度是一個工頻周期。 （）以采樣值方法計算負(fù)序電流 采樣值法計算負(fù)序電流是指先濾序求出負(fù)序電流的采樣值，而后再進(jìn)行濾波計算出負(fù)序電流。 對式（）給出的負(fù)序電流進(jìn)行采樣，可以得到 （班“咖帕一爭一凈（） 上式是負(fù)序電流的采樣值，這種濾序算法的數(shù)據(jù)窗長度為工頻周期，即短路故障后經(jīng)過工頻周期才能獲得負(fù)序電流的采樣值

42、。求得負(fù)序電流采樣值后，再用半周積分算法來求得負(fù)序電流值。 正序電流的計算方法 正序電流的表示式為 】已一枷“一曠陀） 與式（）相類似，因此正序電流的計算方法與負(fù)序電流的計算方法也是相類似的。所不同的是，計算得到的正序電流中包含負(fù)荷電流。 序電壓的計算方法與序電流的計算方法相同。在序電流的計算中，應(yīng)注意三相電流中的非周期分量和高次諧波的影響。在序電壓的計算中，雖然三相電壓中的非周期分量并不像電流中那樣嚴(yán)重，但更應(yīng)注意的是因電感上壓降而被放大了的高次諧波的影響。 數(shù)字式變壓器保護(hù) 變壓器是電力系統(tǒng)中的一種重要的電氣設(shè)備，分布于系統(tǒng)各不同電壓階層，它的安全可靠運行，直接關(guān)系著電力系統(tǒng)正常供電。數(shù)字式變壓器保護(hù)在硬件上與一般線路微機(jī)保護(hù)相似，但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，因而使得用微機(jī)實現(xiàn)變壓器保護(hù)時具有一些突出的特點。 ，數(shù)字式縱差動保護(hù)接線 縱差動保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)之一，它主要用來保護(hù)變壓器內(nèi)部、套管及引出線上的各種短路故障，以彌補瓦斯保護(hù)不能保護(hù)油箱外部故障的不足。常規(guī)縱差動保護(hù)，采用相位補償?shù)姆椒▉硐捎谧儔浩?，接線引起的不平衡電流的影響，即將變壓器星形側(cè)的電流互感器二次側(cè)接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的 電流互感器二次側(cè)接成星形。而數(shù)字式縱差動保護(hù)則采用如圖所示的保護(hù)接