畢業(yè)答辯微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)研究課件

微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)研究班級(jí)：07級(jí)電化2班答辯人：戚亮亮同組人:楊希，邱亮，羅利指導(dǎo)老師：王銀樂(lè)微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀實(shí)際圖片

微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物連接圖1.1課題研究背景及意義隨著人們的生活與電的聯(lián)系越來(lái)越緊密，為此必須保證電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。而電力系統(tǒng)的安全可靠的供電，取決于組成電力系統(tǒng)的各個(gè)電氣元件的正常運(yùn)行情況，每一個(gè)元件的故障或不正常運(yùn)行都將影響電力系統(tǒng)的正常供電。微機(jī)繼電保護(hù)是繼電保護(hù)裝置的主要形式，微機(jī)保護(hù)代表著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的未來(lái)。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行，將會(huì)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的危害，為了將電力系統(tǒng)危害降到最小，電力系統(tǒng)中必須要有繼電保護(hù)。本課題設(shè)計(jì)主旨是對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試裝置研究，了解硬件組成和分析軟件構(gòu)成。

1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況（1）國(guó)外研究狀況

微機(jī)繼電保護(hù)指的是以數(shù)字式計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)成的繼電保護(hù)，它起源于20世紀(jì)60年代中后期,是在英國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開(kāi)始進(jìn)行研究的。20世紀(jì)60年代中期,有人提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想,但沒(méi)有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用,但由此開(kāi)始了對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)理論計(jì)算方法和程序結(jié)構(gòu)的大量研究。計(jì)算機(jī)技術(shù)在20世紀(jì)70年代初期和中期使得微型處理器和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段。在20世紀(jì)70年代后期,出現(xiàn)了比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)。20世紀(jì)80年代,微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟,并已在一些國(guó)家推廣應(yīng)用。20世紀(jì)90年代,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了微機(jī)保護(hù)時(shí)代。（2）國(guó)內(nèi)研究狀況

目前國(guó)內(nèi)使用的微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀有從國(guó)外進(jìn)口的，也有些是我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的，新一代的微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀功能上大同小異，普遍存在以下特點(diǎn)；（1）硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行靈活的組合；（2）多采用DSP高速處理器，速度快、精度高；（3）功率放大器不經(jīng)變壓器輸出，暫態(tài)響應(yīng)好、可靠性高、線性度好；（4）國(guó)外今后的微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀可以符合COMTRAD(美國(guó)電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))格式文件的數(shù)據(jù)還原成文件數(shù)據(jù)波形完全一致的模擬量輸出，再現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中的暫態(tài)數(shù)據(jù)波形；（5）兼容GPS全球定位系統(tǒng)，可進(jìn)行同步測(cè)試；（6）用戶可以使用內(nèi)部編程語(yǔ)言，進(jìn)行專用模塊的再開(kāi)發(fā)；（7）基于windows測(cè)試軟件，人機(jī)界面友好。

微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試裝置的發(fā)展趨勢(shì)

硬件方面☆縮小硬件的體積、☆降低功耗、☆提高輸出功率、軟件方面：☆升級(jí)軟件版本使功能更加完善。有的廠家還對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更新?lián)Q代,推出了功能更強(qiáng)的新產(chǎn)品。1.4微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)組成（1）硬件結(jié)構(gòu)微處理器D/A轉(zhuǎn)換模塊功率放大器模塊開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊保護(hù)裝置PC機(jī)（2）軟件結(jié)構(gòu)微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)通信模塊軟件測(cè)試模塊軟件信號(hào)發(fā)生模塊軟件驅(qū)動(dòng)模塊軟件基本測(cè)試模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)測(cè)試

（7）諧波疊加試驗(yàn)。（8）同期試驗(yàn)。（9）高、低周及頻率試驗(yàn)。（10）I-t特性曲線測(cè)試。（11）功率方向繼電器和阻抗繼電器測(cè)試。 其中的諧波疊加實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)使用較多，在諧波疊加實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)附帶有諧波分析的功能，諧波分析是現(xiàn)場(chǎng)查找問(wèn)題的重要依據(jù)，因此在現(xiàn)場(chǎng)使用頻繁.。1.7小組分工戚亮亮：微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)硬件研究。主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一套以DSP為處理器的測(cè)試裝置，研究其硬件組成及測(cè)試優(yōu)點(diǎn)楊希：微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)硬件研究。分析微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)硬件部分構(gòu)成原理，主要研究硬件采集系統(tǒng)。邱亮：微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)軟件研究。就微機(jī)保護(hù)中的一些算法進(jìn)行研究。并對(duì)其中的諧波算法以及正弦波合成算法進(jìn)行主要研究。羅利：微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)軟件研究。主要對(duì)消除諧波分量和衰減直流分量對(duì)傅式算法的影響進(jìn)行了研究和改進(jìn)。DSP的微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)姓名：戚亮亮

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：231指導(dǎo)老師：王銀樂(lè)硬件設(shè)計(jì)思路

（1）設(shè)計(jì)一套DSP的微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)，主要對(duì)其硬件方面做一個(gè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)。（2）測(cè)試裝置的硬件要按較高的標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)設(shè)計(jì)。（3）與單片機(jī)做一個(gè)對(duì)比，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。（4）簡(jiǎn)單介紹下算法和上下位機(jī)的軟件。測(cè)試裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

D/A轉(zhuǎn)換模塊與DSP接口電路微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)姓名：楊希專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：209指導(dǎo)老師：王銀樂(lè)硬件的構(gòu)成微機(jī)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)包含以下五個(gè)部分：（1）數(shù)據(jù)采集單元即模擬量輸入系統(tǒng)。包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能塊，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量的功能。（2）數(shù)據(jù)處理單元即微機(jī)主系統(tǒng)。包括微處理器、只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器以及定時(shí)器等．微處理器執(zhí)行存放在只讀存儲(chǔ)器中的程序，對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)的功能。（3）數(shù)字量輸入/輸出接口即開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)。由若干并行接口、光電隔離器及中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)警報(bào)、外部接點(diǎn)輸入及人機(jī)對(duì)話等功能。（4）通信接口。包括通信接口電路及接口以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信或聯(lián)網(wǎng)。（5）電源。供給微處理器、數(shù)字電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片及繼電器所需的電源。保護(hù)裝置的硬件示意圖

上圖是低通濾波電路原理圖，這種濾波器接線簡(jiǎn)單，但電阻與電容回路對(duì)信號(hào)有衰減作用，并會(huì)帶來(lái)延遲，對(duì)快速保護(hù)不利，僅適用于對(duì)速度和性能要求不高的微機(jī)保護(hù)。對(duì)于要求高性能又快速的保護(hù)，必須采用有源的低通濾波器。有源低通濾波器通常由上述無(wú)源濾波器加上運(yùn)算放大器構(gòu)成，此時(shí)電容可取較小的數(shù)值，從而加快了保護(hù)動(dòng)作速度。所以在這里我們選取了有源濾波器。然而D/A轉(zhuǎn)換模塊主要由16位高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD669、光電隔離電路和濾波電路組成。其功能主要是將DSP產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)合成模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)濾波處理消除高頻成份的影響。D/A轉(zhuǎn)換性能列表：傅氏算法算法1.傳統(tǒng)算法的分類和原理1）全周傅里葉算法構(gòu)成：兩個(gè)全周的數(shù)據(jù)窗：每周波的全部采樣點(diǎn)。特點(diǎn)：精度高，濾波效果好，但是響應(yīng)速度慢2）半周傅里葉算法構(gòu)成：兩個(gè)半周的數(shù)據(jù)窗：每周波全部采樣點(diǎn)的一半特點(diǎn)：響應(yīng)速度快，倒是濾波效果差2.傅氏算法的主要誤差來(lái)源

(1)離散求和方法的影響

(2)衰減直流分量的影響

（1）三數(shù)據(jù)窗消元的改進(jìn)傅氏算法一

將連續(xù)三個(gè)數(shù)據(jù)窗的傅氏變換結(jié)果，消去中間變量

求出第一個(gè)數(shù)據(jù)窗中衰減直流分量引入的誤差

從第一個(gè)數(shù)據(jù)窗傅氏算法輸出中減去誤差

從而得到理論上的精確值

改進(jìn)方法（2）三數(shù)據(jù)窗消元的改進(jìn)傅氏算法二

選取了合適的中間變量，使運(yùn)算過(guò)程比起第一種算法大為簡(jiǎn)便。（3）遞推求解衰減直流分量的改進(jìn)傅氏算法

在首次計(jì)算衰減直流分量誤差時(shí)，先算出衰減直流分量參數(shù)

照計(jì)算故障起始點(diǎn)后第一個(gè)數(shù)據(jù)窗（k=N-1）時(shí)的誤差相量的幅值和相角，根據(jù)誤差的直接計(jì)算公式算出當(dāng)前采樣點(diǎn)處的誤差相量。

在其后計(jì)算衰減直流分量誤差時(shí)，只須遞推即可。結(jié)論前兩種算法：從故障起始點(diǎn)開(kāi)始記錄采樣值（即算法所需的數(shù)據(jù)窗必須從故障起始點(diǎn)開(kāi)始），運(yùn)算量大。

算法三：以采樣值序列的任意點(diǎn)為起點(diǎn)，精確推算出任意時(shí)刻衰減直流分量引入的誤差，算法過(guò)程大大簡(jiǎn)化。

學(xué)院：電氣與電子工程學(xué)院班級(jí)：07級(jí)電化(2)班姓名：羅利指導(dǎo)老師：王銀樂(lè)微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)算法研究1.微機(jī)保護(hù)算法分類算法分類算法的類型簡(jiǎn)介正弦波形合成算法在這里我們通過(guò)使用8253定時(shí)器軟件定時(shí)的工作方式實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)測(cè)試裝置的調(diào)頻、調(diào)相及調(diào)幅算法，詳細(xì)闡述了其算法原理。波形跟隨算法繼電保護(hù)測(cè)試儀在變頻時(shí)的一個(gè)最根本問(wèn)題是如何在變頻過(guò)程中,達(dá)到頻率之間有效的點(diǎn)跟隨,從而不會(huì)在變頻過(guò)程中產(chǎn)生非躍點(diǎn)現(xiàn)象。其基本思想為對(duì)達(dá)到變頻時(shí)間后,對(duì)最后一個(gè)周波的輸出點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)其當(dāng)前輸出點(diǎn)輸出后,立即將新的頻率計(jì)算點(diǎn)壓入輸出點(diǎn)緩存,并在N-1點(diǎn)寫入新的K11，K22的值,在第N點(diǎn)寫入新的N值，從而達(dá)到變頻的目的。定時(shí)器中斷算法定時(shí)器中斷是實(shí)現(xiàn)波形輸出的根本。中斷程序主要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)輸出及K11、K22的定時(shí)初值交替,即在第N-1點(diǎn)寫入K22值,在N點(diǎn)寫入K11值。諧波合成算法為了避免諧波對(duì)電力系統(tǒng)的損害，在電力系統(tǒng)中采用了大量的諧波保護(hù)裝置。諧波保護(hù)裝置的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了檢測(cè)電力系統(tǒng)的諧波保護(hù)裝置，我們?cè)诶^電保護(hù)測(cè)試裝置中設(shè)置了譜波試驗(yàn)?zāi)K，可以完成1-9次諧波的波形合成和穩(wěn)定輸出。變頻算法變頻試驗(yàn)是整個(gè)繼電保護(hù)測(cè)試裝置的核心試驗(yàn)之一，整個(gè)試驗(yàn)分為手動(dòng)變頻試驗(yàn)和自動(dòng)變頻試驗(yàn)。微機(jī)保護(hù)算法2.傅里葉算法1.傅里葉算法：傅氏算法是一種常用的、針對(duì)周期函數(shù)的算法。該算法將周期信號(hào)分解為傅氏級(jí)數(shù)，即正弦和余弦函數(shù)的和。周期為T的信號(hào)f(t)的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為：由上式可知，f(t)的第n次諧波分量是：在電力系統(tǒng)中，假設(shè)故障信號(hào)為x(t)。它是一個(gè)周期信號(hào)，其中包含基波以及衰減的直流分量和各次諧波分量。式中,Xi,φi分別為第i次諧波分量的幅值和初相角；Xsi、Xci分別為第i次諧波分解后相應(yīng)的正弦、余弦分量的幅值；A、α分別為衰減直流分量的初始值和衰減常數(shù)。傅氏算法包括全波傅氏算法、半波傅氏算法以及各種改進(jìn)算法。全波傅氏算法可以濾除所有整數(shù)次諧波分量，且穩(wěn)定性好。但其數(shù)據(jù)窗較長(zhǎng)，不利于快速響應(yīng)。半波傅氏算法對(duì)全波傅氏算法響應(yīng)速度雖有所改進(jìn)，但是濾波效果不及前者，不能濾除偶次諧波。全波傅氏算法和半波傅氏算法各有所長(zhǎng)、各有所短。兩者之間的取舍，也就是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，在濾波效果和濾波速度之間的取舍。3.問(wèn)題與改進(jìn)問(wèn)題:傅氏濾波算法以其良好的性能和相對(duì)簡(jiǎn)便的算法，在微機(jī)保護(hù)中獲得廣泛的應(yīng)用。但是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和擾動(dòng)時(shí)，電流、電壓信號(hào)中不僅含有基波分量，還有大量的諧波分量和衰減的直流分量，由于衰減直流分量是非周期信號(hào)，利用傳統(tǒng)的傅氏算法，將會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)一定的誤差，影響該算法精度。到目前為止，處理衰減直流分量這