微機(jī)繼電保護(hù)-課件

第九章微機(jī)繼電保護(hù)1ppt課件第一節(jié)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介第二節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件框圖第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的算法第四節(jié)微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)舉例第五節(jié)提高微機(jī)保護(hù)可靠性的措施第六節(jié)變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介第七節(jié)數(shù)字化變電站簡(jiǎn)介2ppt課件第一節(jié)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用和發(fā)展概況20世紀(jì)60年代末，提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)的設(shè)想，開(kāi)始的繼電保護(hù)算法的研究為后來(lái)微機(jī)保護(hù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代中、后期，國(guó)外已有少量的樣機(jī)在電力系統(tǒng)中試運(yùn)行，微型計(jì)算機(jī)保護(hù)趨于實(shí)用。我國(guó)對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)的研究從20世紀(jì)70年代后半期開(kāi)始，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代，到21世紀(jì)，微機(jī)保護(hù)已成為繼電保護(hù)的主要形式。3ppt課件二、微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成微機(jī)保護(hù)是將被保護(hù)設(shè)備輸入的模擬量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字量，再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理的保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。其整套硬件通常是用單獨(dú)的專(zhuān)用機(jī)箱組裝，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。微機(jī)保護(hù)的軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊與自檢模塊等組成。4ppt課件三、微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)1.易于獲得附加功能2.微機(jī)保護(hù)具有靈活性3.微機(jī)保護(hù)具有高可靠性4.維護(hù)調(diào)試方便5.保護(hù)性能得到很好改善6.良好的經(jīng)濟(jì)性5ppt課件第二節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件框圖簡(jiǎn)介

微機(jī)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)按功能可分為：1)數(shù)據(jù)采集單元：將模擬輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

包括電壓形成、低通濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊

2)數(shù)據(jù)處理單元：對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至隨機(jī)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成繼電保護(hù)的功能。包括中央處理器（CPU）、只讀存儲(chǔ)器EPROM、電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器等。

6ppt課件第二節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件框圖簡(jiǎn)介3)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口。完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)警報(bào)等功能。由若干并行接口、光電隔離器及中間繼電器等組成。4)人機(jī)對(duì)話(huà)及通信接口：實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信或聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)LCD屏、鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的參數(shù)修改、信息查看等。5)電源。供給中央處理器、數(shù)字電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及繼電器所需的電源。常用的有3.3V，5V，±12V、+24V等直流電源。

7ppt課件8ppt課件一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1.電壓形成回路在微機(jī)保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為±5V或±10V的電壓信號(hào)，取決于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的型號(hào)。電壓變換常采用小型中間變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。9ppt課件2.模擬低通濾波器（ALF）

采樣定理：如果被采樣信號(hào)頻率（或信號(hào)中要保留的最高次諧波頻率）為f0，則采樣頻率fs（每秒鐘采樣次數(shù)）必須大于2f0，否則，由采樣值就不可能擬合還原成原來(lái)的曲線(xiàn)?！比绻斎肽M電壓中含有頻率fs/2以上的分量時(shí)，則在A(yíng)/D變換后，在運(yùn)算過(guò)程中將有混疊現(xiàn)象產(chǎn)生。10ppt課件

對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在故障初瞬間，電壓、電流中可能含有相當(dāng)高的頻率分量（例如2kHz以上），為防止頻率混疊，采樣頻率不得不取值很高，從而對(duì)硬件速度提出過(guò)高的要求。但實(shí)際上，在這種情況下可以在采樣前用一個(gè)低通模擬濾波器(ALF)將高頻分量濾掉，這樣就可以降低采樣頻率，降低對(duì)硬件速度的要求。模擬低通濾波器通常分為:無(wú)源濾波器，有源濾波器。目前，微機(jī)保護(hù)中，采樣頻率常采用600Hz（即每工頻周波采樣12個(gè)點(diǎn)）、800Hz等。11ppt課件3.采樣保持電路采樣就是將連續(xù)變化的模擬量通過(guò)采樣器加以離散化。模擬量連續(xù)加于采樣器的輸入端，由采樣控制脈沖控制采樣器，使之周期性的短時(shí)開(kāi)放輸出離散脈沖。采樣脈沖寬度為T(mén)C，采樣脈沖周期為T(mén)S。采樣器的輸出是離散化了的模擬量。繼電保護(hù)算法是多輸入而且要求同時(shí)采樣，再依次順序送到公用的A/D轉(zhuǎn)換器中去的，微機(jī)保護(hù)中通常需要采樣保持電路。12ppt課件13ppt課件

目前，采樣保持電路大多集成在單一芯片中，但芯片內(nèi)不設(shè)保持電容，需用戶(hù)外設(shè)，常選0.01μF左右。常用的采樣保持芯片有LF198、LF298、LF398等。采樣保持電路原理圖14ppt課件4.模擬多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MUX)

在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬量可能是幾路或十幾路，利用多路開(kāi)關(guān)MUX輪流切換各被測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。微機(jī)保護(hù)中常用的多路轉(zhuǎn)換芯片是美國(guó)AD公司的AD7501、AD7503和AD7506等。AD7501和AD7503是8選1多路開(kāi)關(guān)，而AD7506是16選1多路開(kāi)關(guān)。15ppt課件5.模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。A/D轉(zhuǎn)換器主要有：逐位比較（逐位逼近）型、積分型以及計(jì)數(shù)型、并行比較型、電壓頻率（即V/F）型等。選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片時(shí)主要考慮兩個(gè)指標(biāo)：一是轉(zhuǎn)換時(shí)間，二是數(shù)字輸出的位數(shù)。16ppt課件

將多路開(kāi)關(guān)、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器這三大環(huán)節(jié)集成在一個(gè)芯片中，稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS（Data-AcquisitionSystem），如MAX125芯片，支持8路模擬量輸入，內(nèi)部集成4通道采樣保持器和4選1多路開(kāi)關(guān)，8路模擬量輸入信號(hào)分成兩組，這樣每組的4個(gè)模擬輸入信號(hào)可同時(shí)采樣，然后順序A/D轉(zhuǎn)換。17ppt課件二、計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)有中央處理器（CPU）、只讀存儲(chǔ)器EPROM電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器等。CPU執(zhí)行控制及運(yùn)算功能。EPROM主要存儲(chǔ)編寫(xiě)好的程序，包括監(jiān)控、繼電保護(hù)功能程序等。EEPROM可存放保護(hù)定值，可通過(guò)面板上的小鍵盤(pán)設(shè)定或修改保護(hù)定值。RAM作為采樣數(shù)據(jù)及運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)的暫存器。定時(shí)器用以記數(shù)、產(chǎn)生采樣脈沖和實(shí)時(shí)鐘等。CPU主系統(tǒng)的常見(jiàn)外設(shè)，如小鍵盤(pán)、液晶顯示器和打印機(jī)等用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)。18ppt課件三、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)所采集的信息通?？煞譃槟M量和開(kāi)關(guān)量。在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部以二進(jìn)制的形式存放在存儲(chǔ)器中。斷路器和隔離開(kāi)關(guān)、繼電器的接點(diǎn)、按鈕和普通的開(kāi)關(guān)、刀閘等都具有分、合兩種工作狀態(tài)，用0、1表示。開(kāi)關(guān)量輸入有兩類(lèi)：1.可以與CPU主系統(tǒng)使用共同電源，無(wú)需電氣隔離的開(kāi)關(guān)量輸入。2.與CPU主系統(tǒng)使用不同電源，需要電氣隔離的開(kāi)關(guān)量輸入。如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)，繼電器觸點(diǎn)等。19ppt課件圖9-5開(kāi)關(guān)量輸入回路接線(xiàn)圖20ppt課件開(kāi)關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號(hào)輸出等。圖9-6開(kāi)關(guān)量輸出回路接線(xiàn)圖21ppt課件四、WZB-6211C型線(xiàn)路保護(hù)裝置

WZB-6211C型微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置是用于35~500kV各級(jí)電壓的輸電線(xiàn)路成套保護(hù)，它集保護(hù)和測(cè)控功能為一體，測(cè)控功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象模擬量高精度采集測(cè)量，保護(hù)功能可快速、正確地反映輸、配電線(xiàn)路的各種相間故障和接地故障，并可進(jìn)行二次重合閘。22ppt課件23ppt課件24ppt課件1.保護(hù)啟動(dòng)元件

保護(hù)啟動(dòng)采用突變量電流啟動(dòng)和有效值輔助啟動(dòng)兩種方式。突變量電流啟動(dòng)判別每相電流采樣值的突變量，判據(jù)為：

Iqd=|I（t）-I（t-T）|≥Iqdset

有效值輔助啟動(dòng)判別量判據(jù)為：任一相電流有效值大于過(guò)流保護(hù)定值；零序電流大于零序電流定值；零序電壓大于零序電壓定值；頻率低于低周減載定值。上述條件有任一項(xiàng)滿(mǎn)足保護(hù)則啟動(dòng)，若不投重合閘時(shí)保護(hù)跳閘0.5s后整組復(fù)歸，投重合閘保護(hù)啟動(dòng)20s后整組復(fù)歸。25ppt課件2.電流保護(hù)方向元件

規(guī)定由母線(xiàn)流向線(xiàn)路為正方向，方向元件采用900接線(xiàn)。裝置采用記憶電壓消除近區(qū)三相短路時(shí)方向元件的電壓死區(qū)，當(dāng)三個(gè)線(xiàn)電壓中的最小線(xiàn)電壓低于15V時(shí)，采用故障前的電壓作為方向元件的Ur，記憶時(shí)間不小于1s。26ppt課件3.電流保護(hù)低電壓閉鎖元件

三段式電流保護(hù)為了提高保護(hù)可靠性及靈敏度，每段均設(shè)置獨(dú)立的低壓閉鎖元件，可以獨(dú)立投退。電流保護(hù)判斷每一路線(xiàn)電壓，有一路線(xiàn)電壓過(guò)低，低壓閉鎖元件打開(kāi)。27ppt課件4.電流保護(hù)

Uab小于定值Ubc小于定值Uca小于定值或&Ia大于一段定值&跳閘信號(hào)跳閘出口Ia,Ubc方向?yàn)檎?方向閉鎖投入低壓閉鎖投入保護(hù)啟動(dòng)28ppt課件5.重合閘功能

有保護(hù)跳閘標(biāo)志放電延時(shí)合閘出口&斷路器在跳位充電20秒一次重閘合投入二次重合閘投入29ppt課件6.后加速功能

后加速開(kāi)放時(shí)間為3秒。即在斷路器由跳位變合位后，無(wú)論手合或自動(dòng)重合閘，后加速均開(kāi)放3秒。后加速保護(hù)應(yīng)躲過(guò)線(xiàn)路外帶用戶(hù)變壓器的勵(lì)磁涌流，當(dāng)其動(dòng)作電流按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定時(shí)，應(yīng)延時(shí)躲過(guò)勵(lì)磁涌流，延時(shí)約200ms。30ppt課件7.低周減載

&低周硬壓板投入頻率低于定值低流閉鎖投入低壓閉鎖投入低周減載投入開(kāi)

關(guān)

合

位跳閘出口告警10滑差閉鎖投入31ppt課件8.過(guò)負(fù)荷告警

告警信號(hào)&過(guò)負(fù)荷投入Ic大于過(guò)負(fù)荷定值Ia大于過(guò)負(fù)荷定值Ib大于過(guò)負(fù)荷定值≥132ppt課件9.零序方向保護(hù)

出口跳閘&10<arg3U0/3I0<170

零序電流保護(hù)投入3I0

大于零序定值零序方向閉鎖投入33ppt課件10.小電流接地選線(xiàn)

接地告警&10<arg(3U0/3I0)<1703U0大于10V3I0大于零序電流定值小電流接地選線(xiàn)投入基波/五次諧波選線(xiàn)34ppt課件第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的算法一、數(shù)字濾波數(shù)字濾波器由軟件編程去實(shí)現(xiàn)，改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能，即濾波器的幅頻特性和相頻特性。

基本形式有差分濾波(減法濾波)、加法濾波、積分濾波等。35ppt課件

1.差分濾波原理差分濾波器輸出信號(hào)的差分方程形式為

(9-1)36ppt課件

設(shè)輸入信號(hào)中含有基波，其頻率為，也含有次諧波，其頻率為，如圖9-12波形所示（圖中為三次諧波）。輸入信號(hào)為當(dāng)剛好等于諧波的周期，或者是的整數(shù)倍（如倍，)時(shí)，則在及兩點(diǎn)的采樣值中所含該次諧波成分相等,故兩點(diǎn)采樣值相減后，恰好將該次諧波濾去，剩下基波分量。此時(shí)有

(9-2)故濾去的諧波次數(shù)為

37ppt課件由此可見(jiàn)，當(dāng)和已確定時(shí)，能濾掉的諧波最低次數(shù)是在時(shí)計(jì)算的值，除此之外，還能濾掉的整數(shù)倍的諧波。因數(shù)據(jù)窗越長(zhǎng)其延時(shí)越長(zhǎng)，通常為1即可。例如，當(dāng)采樣頻率為600Hz，且，若濾掉三次諧波，差分濾波器的值應(yīng)為38ppt課件差分濾波器具有如下特點(diǎn)：（1）因任意兩點(diǎn)采樣值中所含的直流成分相同（不考慮衰減），故差分后對(duì)應(yīng)的直流輸出為零，因此差分濾波器能消除直流分量。這一特點(diǎn)使它在數(shù)字濾波器中占有重要地位。39ppt課件（2）由前式可知，當(dāng)f1和TS已確定且選擇值后，差分濾波器能濾除m次及m的整倍數(shù)次諧波。這一特點(diǎn)在保護(hù)中常被用作增量元件。在電力系統(tǒng)正常時(shí)或故障進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，濾波器的輸出為零，在故障后的kTs時(shí)間內(nèi)，濾波器有輸出，此時(shí)輸出的是故障后的參數(shù)與故障前的負(fù)荷參數(shù)之差，這就是故障分量。也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)，在發(fā)生故障后的一個(gè)基波周期內(nèi)，只輸出故障分量，所以可用來(lái)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)元件、選相元件及其它利用故障分量原理構(gòu)成的保護(hù)。40ppt課件（3）當(dāng)用差分濾波器消除諧波分量時(shí)，若，此時(shí)雖然不能濾去m次及m的整倍數(shù)次諧波，但會(huì)引起這些頻率分量的幅值和相位的變化。例如取k=4時(shí)，將三次及其整倍數(shù)次諧波消除了，不會(huì)消除基波，但基波在差分后幅值和相位都發(fā)生了變化，其變化的規(guī)律，可以通過(guò)頻率特性進(jìn)行分析。有時(shí)利用這一特點(diǎn)，常把差分濾波器用作移相器。41ppt課件2.差分濾波器的頻率特性

從頻域的角度討論差分濾波器的濾波特性，可將式（9-1）進(jìn)行Ｚ變換，得從而得出說(shuō)差分濾波器的傳遞函數(shù)為

42ppt課件

為求其頻率特性，以代入式(9-3)中，得將代入上式，有其幅頻特性為（9-4）欲求差分濾波器能完全消除的諧波次數(shù)，可令，則

43ppt課件

即，此式與式（9-2）相同，其中為諧波頻率。其相頻特性為

若對(duì)于基波每周采樣12點(diǎn)，則時(shí)，取k=1，做出幅頻及相頻特性。從特性曲線(xiàn)可以看出，取時(shí)，差分濾波器可以濾去直流分量、12次諧波以及12的整倍數(shù)次諧波，對(duì)于基波經(jīng)濾波器后移相

44ppt課件.45ppt課件

二、正弦函數(shù)模型算法下面幾種算法都是假定被采樣的電壓、電流信號(hào)都是純正弦函數(shù)，既不含非周期分量，又不含諧波分量。因而，可利用正弦函數(shù)的種種特性，從若干個(gè)離散化采樣值中計(jì)算出電流、電壓的幅值、相位角和測(cè)量阻抗等量值。1．半周積分算法半周積分算法的依據(jù)是

(9-6)

即正弦函數(shù)半周積分與其幅值成正比。式(9-6)的積分可以用梯形法則近似求出：

(9-7)46ppt課件式中——第k次采樣值;N——一周期T內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù);

——k＝0時(shí)的采樣值;

——k＝N/2時(shí)的采樣值。求出積分值S后，應(yīng)用式(9-6)可求得幅值。因?yàn)樵诎氩ǚe分過(guò)程中，疊加在基頻成分上的幅值不大的高頻分量，其對(duì)稱(chēng)的正負(fù)半周相互抵消，剩余未被抵消的部分占的比重就減少了，所以，這種算法有一定的濾波作用。另外，這一算法所需數(shù)據(jù)窗僅為半個(gè)周期，即數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為10ms。

2．導(dǎo)數(shù)算法導(dǎo)數(shù)算法是利用正弦函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為余弦函數(shù)這一特點(diǎn)求出采樣值的幅值和相位的一種算法。47ppt課件設(shè)

則

(9-8)

很容易得出(9-9)

(9-10)

(9-8)48ppt課件和

(9-11)

根據(jù)式(9-8)，我們也可推導(dǎo)出

(9-12)(9-13)

式(9-9)~式(9-13)中，u、i對(duì)應(yīng)tk時(shí)為uk、ik，均為已知數(shù)，而對(duì)應(yīng)tk-1和tk+1的u、i為uk-1、u

k+1、ik-1、ik+1，也為已知數(shù)，此時(shí)

(9-14)

49ppt課件

導(dǎo)數(shù)算法最大的優(yōu)點(diǎn)是它的“數(shù)據(jù)窗”即算法所需要的相鄰采樣數(shù)據(jù)是三個(gè)，即計(jì)算速度快。導(dǎo)數(shù)算法的缺點(diǎn)是當(dāng)采樣頻率較低時(shí)，計(jì)算誤差較大。

3．兩采樣值積算法兩采樣值積算法是利用2個(gè)采樣值以推算出正弦曲線(xiàn)波形，即用采樣值的乘積來(lái)計(jì)算電流、電壓、阻抗的幅值和相角等電氣參數(shù)的方法，屬于正弦曲線(xiàn)擬合法。這種算法的特點(diǎn)是計(jì)算的判定時(shí)間較短。50ppt課件設(shè)有正弦電壓、電流波形在任意二個(gè)連續(xù)采樣時(shí)刻tk、tk+1（＝tk＋）進(jìn)行采樣，并沒(méi)被采樣電流滯后電壓的相位角為θ，則tk和tk＋1時(shí)刻的采樣值分別表示為式(9-18)和式(9-19)。（9-18）

（9-19）式中，TS為兩采樣值的時(shí)間間隔，即TS＝tk+1－tk。由式(9-18)和式(9-19)，取兩采樣值乘積，則有（9-20）

（9-21）51ppt課件

（9-22）

（9-23）式(9-20)和式(9-21)相加，得

式(9-22)和(9-23)相加，得

52ppt課件

從式中可以看到，只要能消去含tk的項(xiàng)，便可由采樣值計(jì)算出其幅值Um、Im

。為此，將式(9-25)乘以cosωTS再與式(9-24)相減，可消去ωtk項(xiàng)，得

(9-26)

同理，由式(9-22)與式(9-23)相減消去ωtk項(xiàng)，得

(9-27)在式(9-26)中，如用同一電壓的采樣值相乘，或用同一電流的采樣值相乘，則＝00，此時(shí)可得

(9-28)

(9-29)53ppt課件由于TS、sinωTS、cosωTS均為常數(shù)，只要送入時(shí)間間隔TS的兩次采樣值，便可按式(9-28)和式(9-29)計(jì)算出Um、Im。以式(9-29)去除式(9-26)和式(9-27)還可得測(cè)量阻抗中的電阻和電抗分量，即

(9-30)(9-31)由式(9-28)和式(9-29)也可求出阻抗的模值

(9-32)54ppt課件由式(9-30)和式(9-31)還可求出U、I之間的相角差θ，

(9-33)若取ωTS＝900

，則式(9-28)—式(9-33)進(jìn)一步化簡(jiǎn)，減少了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算時(shí)間。

4、三采樣值積算法三采樣值積算法是利用三個(gè)連續(xù)的等時(shí)間間隔TS的采樣值中兩兩相乘，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕M合消去ωt項(xiàng)以求出u、i的幅值和其它電氣參數(shù)。設(shè)在tk+1后再隔一個(gè)TS為時(shí)刻tk+2

，此時(shí)的u、i采樣值為

(9-34)

(9-35)上式兩采樣值相乘，得

(9-36)55ppt課件上式與式(9-20)相加，得

(9-37)顯然，將式(9-37)和式(9-21)經(jīng)適當(dāng)組合以消去ωtk項(xiàng)，得

(9-38)若要ωTs＝30o

，上式簡(jiǎn)化為

(9-39)56ppt課件

用Im代替Um（或Um代替Im

），并?。?o，則有

(9-40)

(9-41)

由式(9-39)和式(9-41)可得

(9-42)

由式(9-27)和式(9-41)，并考慮到，得

(9-43)57ppt課件由式(9-40)和式(9-41)得

(9-44)

由式(9-42)和式(9-43)得

(9-45)

三采樣值積算法的數(shù)據(jù)窗是2Ts。從精確角度看，如果輸入信號(hào)波形是純正弦的，這種算法沒(méi)有誤差，因?yàn)樗惴ǖ幕A(chǔ)是考慮了采樣值在正弦信號(hào)中的實(shí)際值。arctg

58ppt課件

三.傅里葉算法（傅氏算法）由于故障時(shí)的電流、電壓波形畸變很大，不能再把它們假設(shè)為單一頻率的正弦函數(shù)，而是假設(shè)它們是包含各種分量的周期函數(shù)。針對(duì)這種模型，最常用的是傅氏算法。傅氏算法本身具有濾波作用。

1.全周波傅里葉算法全周波傅里葉算法采用正弦函數(shù)組作為樣品函數(shù)，將這一正弦樣品函數(shù)與待分析的時(shí)變函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的積分變換，求出與樣品函數(shù)頻率相同的分量的實(shí)部和虛部的系數(shù)。進(jìn)而可以求出待分析的時(shí)變函數(shù)中該頻率的諧波分量的模值和相位。將待分析的周期函數(shù)電流信號(hào)i(t)表示為59ppt課件

(9-46)式中n——n次諧波（n=1，2，…）；

I0——恒定電流分量；

Inc、Ins——分別表示n次諧波的余弦分量電流和正弦電流的幅值。當(dāng)我們希望得到n次諧波分量時(shí)，可用和分別乘式(9-46)兩邊，然后在t0到t0＋T積分，得到

(9-47)

(9-48)60ppt課件電流n次諧波幅值（最大值）和相位（余弦函數(shù)的初相）分別為

寫(xiě)成復(fù)數(shù)形式有對(duì)于基波分量，若每周采樣12點(diǎn)（N=12），則式(9-49)和式(9-50)可簡(jiǎn)化為

61ppt課件2．半周波傅里葉算法為了縮全周波傅里葉算法的計(jì)算時(shí)間，提高響應(yīng)速度，可只取半個(gè)工頻周期的采樣值，采用半周波傅里葉算法，其原理和全周波傅里葉算法相同，其計(jì)算公式為

(9-55)

(9-56)半周波傅里葉算法的數(shù)據(jù)窗為半個(gè)工頻周期，響應(yīng)時(shí)間較短，但該算法基頻分量計(jì)算結(jié)果受衰減的直流分量和偶次諧波的影響較大，奇次諧波的濾波效果較好。為消除衰減的直流分量的影響，可采用各種補(bǔ)償算法，如采用一階差分法(即減法濾波器)，將濾波后的采樣值再代入半周波傅里葉算法的計(jì)算公式，將取得一定的補(bǔ)償效果.62ppt課件3．基于傅里葉算法的濾序算法有些微機(jī)保護(hù)中，需要計(jì)算出負(fù)序或零序公量，比如負(fù)序電流和零序電流。我們可利用上面傅氏算法中計(jì)算出的三相電流基波分量的實(shí)、虛部計(jì)算三相電流的負(fù)序和零序分量。

(1)

A相負(fù)序電流與三相電流的關(guān)系為其中，將其實(shí)部與虛部分開(kāi)得

(9-58)(9-59)(9-57)63ppt課件負(fù)序電流的幅值為

(9-60)

(2)

A相零序電流與三相電流的關(guān)系為

(9-61)將其實(shí)部和虛部分開(kāi)，得到

(9-62)(9-63)于是我們便得到零序電流的幅值為

(9-64)64ppt課件四、解微分方程算法解微分方程算法僅能計(jì)算線(xiàn)路阻抗，用于距離保護(hù)。對(duì)于一般的輸電線(xiàn)路，在短路情況下，線(xiàn)路分布電容產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)為高頻分量，于是，如果采用低通濾波器將高頻分量濾掉，就相當(dāng)于可以忽略被保護(hù)輸電線(xiàn)分布電容的影響，因而從故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線(xiàn)路段可用一電阻和電感串聯(lián)電路來(lái)表示，即將輸電線(xiàn)路等效為R－L串聯(lián)模型來(lái)表示，如圖9-14。在短路時(shí)，母線(xiàn)電壓和流過(guò)保護(hù)的電流與線(xiàn)路的電阻和電感之間可以用下述微分方程表示：

(9-65)65ppt課件

式中R１、L1分別為故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處線(xiàn)路段的正序電阻和電感，u、i分別為保護(hù)安裝處的電壓和電流。對(duì)于相間短路，u

和i應(yīng)取uΔ和iΔ，例如AB相間短路時(shí)，取uab、ia-ib。對(duì)于單相接地取相電壓及相電流加零序補(bǔ)償電流。以A相接地為例，上式(9-65)將改寫(xiě)為

(9-66)

式中，kr

、kl分別為電阻和電感的零序補(bǔ)償系數(shù)，，，、、、分別為輸電線(xiàn)每公里的零序和正序電阻和電感。式(9-65)中，u、i和di/dt都是可以測(cè)量、計(jì)算的，Ｒ1和L1是待求解的未知數(shù)，其求解方法有差分法和積分法兩類(lèi)。

66ppt課件1．差分法為解得R1和Ll必須有兩個(gè)方程式。一種方法是取采樣時(shí)刻tk-1和tk的兩個(gè)采樣值，則有

(9-67)(9-68)將，代入上兩式并聯(lián)立求解，將得到

(9-69)

(9-70)其中，Ts為采樣間隔。67ppt課件

2．積分法用分段積分法對(duì)式(9-65)在兩段采樣時(shí)刻tk-2至tk-1和tk-1至tk分別進(jìn)行積分，得到

(9-71)

(9-72)式中，ik、ik-1、ik-2分別表示tk、tk-1、tk-2時(shí)刻的電流采樣瞬時(shí)值，將上兩式中的分段積分用梯形法求解，則有

(9-73)(9-74)68ppt課件聯(lián)立求解上兩式，可求得R1和L1分別為

(9-75)

(9-76)

解微分方程算法所依據(jù)的微分方程式(9-65)忽略了輸電線(xiàn)分布電容，由此帶來(lái)的誤差只要用一個(gè)低通濾波器預(yù)先濾除電流和電壓中的高頻分量就可以基本消除。因?yàn)榉植茧娙莸娜菘怪挥袑?duì)高頻分量才是不可忽略的。另外，電流中非周期分量是符合算法所依據(jù)的微分方程的，它不需要用濾波器濾除非周期分量。用微方程算法不受電網(wǎng)頻率的影響，前面介紹過(guò)的幾種其它算法都要受電網(wǎng)頻率變化的影響，需使采樣頻率自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率的變化。解微分方程算法要求采樣頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于工頻，否則將導(dǎo)致較大誤差，這是因?yàn)榉e分和求導(dǎo)是用采樣值來(lái)近似計(jì)算的。69ppt課件第四節(jié)微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)舉例一、概述通過(guò)介紹一個(gè)利用二次諧波電流鑒別勵(lì)磁涌流，采用比率制動(dòng)特性的微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)典型方案，使讀者對(duì)如何使用軟件實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能有一個(gè)較具體和完整的概念。選擇變壓差動(dòng)保護(hù)為例，一方面是因?yàn)閲?guó)內(nèi)外以微機(jī)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用與研究較多，另一方面它比較復(fù)雜，是比較好的典型。70ppt課件對(duì)Y，d11變壓器，為補(bǔ)償變壓器兩側(cè)電流的相位差，在微機(jī)保護(hù)的軟件中采用的方法是，對(duì)變壓器繞組為星形連接的一側(cè)按下式處理：

、、——補(bǔ)償后的A、B、C三相電流的采樣值；、、——A、B、C三相電流的采樣值。71ppt課件二、微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)和算法

1．比率制動(dòng)特性元件變壓器三折線(xiàn)比率制動(dòng)特性曲線(xiàn)：72ppt課件2．二次諧波制動(dòng)元件變壓器空載合閘或外部短路被切除變壓器端電壓突然恢復(fù)時(shí)，勵(lì)磁涌流的大小可與短路電流相比擬，且含較大的二次諧波成分，采用二次諧波制動(dòng)判據(jù)能可靠避免此時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。二次諧波制動(dòng)判據(jù)為

(9-87)3．差動(dòng)速斷元件變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流大于最大可能的勵(lì)磁涌流，差動(dòng)保護(hù)無(wú)須進(jìn)行二次諧波閉鎖判別，故設(shè)有差動(dòng)速斷保護(hù)，以提高變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作速度。動(dòng)作判據(jù)為：

(9-88)73ppt課件4．算法對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)，各側(cè)電流的正方向均以指向變壓器為正。在這一規(guī)定下，對(duì)于雙繞組變壓器，差動(dòng)電流和制動(dòng)電流非別為

（9-89）

對(duì)于三繞組變壓器（9-90）

74ppt課件

5．起動(dòng)元件及其算法微機(jī)保護(hù)為了加強(qiáng)對(duì)軟、硬件的自檢工作，提高保護(hù)動(dòng)作可靠性及快速性，往往采用檢測(cè)擾動(dòng)的方式?jīng)Q定程序進(jìn)行故障判別計(jì)算，還是進(jìn)行自檢。在本差動(dòng)保護(hù)方案中，采用差動(dòng)電流的突變量，且分相檢測(cè)的方式構(gòu)成起動(dòng)元件，其公式為：（9-91）75ppt課件6、電流互感器TA的斷線(xiàn)判別對(duì)于中低壓變電所變壓器保護(hù)中TA斷線(xiàn)判別采用以下兩個(gè)判據(jù)：（1）電流互感器TA斷線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序電流僅在斷線(xiàn)側(cè)出現(xiàn)，而在故障時(shí)至少有兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電流。（2）以上判據(jù)在變壓器空載時(shí)發(fā)生故障的情況下，因僅電源側(cè)出現(xiàn)負(fù)序電流，將誤判TA斷線(xiàn)。因此要求另外附加條件：降壓變壓器低壓側(cè)三相都有一定的負(fù)荷電流。76ppt課件

三、微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的軟件流程微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)方案的全部軟件可分為主程序、故障處理程序和中斷服務(wù)程序。

1．主程序

2．定時(shí)器中斷服務(wù)程序

3．故障處理程序77ppt課件.78ppt課件.79ppt課件.80ppt課件第五節(jié)提高微機(jī)保護(hù)可靠性的措施一、抗電磁干擾的措施1．接地的處理2.屏蔽與隔離二、模擬量的自糾錯(cuò)1．利用采樣數(shù)據(jù)的相關(guān)性互相校核2．運(yùn)算過(guò)程的校核糾錯(cuò)三、故障自診斷1．RAM的自檢2．EPROM的自檢3．模擬量輸入通道的自檢4．開(kāi)關(guān)量輸出通道的自檢81ppt課件第六節(jié)變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化的基本概念常規(guī)變電站的二次部分主要由四大部分組成：繼電保護(hù)、故障錄波、就地監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在5個(gè)子系統(tǒng)：監(jiān)控子系統(tǒng)。微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)。電壓、無(wú)功綜合控制子系統(tǒng)電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制。備用電源自投控制變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信。82ppt課件微機(jī)保護(hù)是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，附加功能：⑴滿(mǎn)足保護(hù)裝置速動(dòng)性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求，要求保護(hù)子系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)要相對(duì)獨(dú)立，各保護(hù)單元由各自獨(dú)立的CPU組成模塊化結(jié)構(gòu)；主保護(hù)和后備保護(hù)由不同CPU實(shí)現(xiàn)。⑵具有故障記錄功能。⑶具有與統(tǒng)一時(shí)鐘對(duì)時(shí)功能，以便準(zhǔn)確記錄發(fā)生故障和保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間。⑷存儲(chǔ)多種保護(hù)整定值。⑸對(duì)保護(hù)整定值的檢查和修改要直觀(guān)、方便、可靠。⑹設(shè)置保護(hù)管理機(jī)或通信控制機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)各保護(hù)單元的管理。⑺通信功能。⑻故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能。83ppt課件二、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1．變電站設(shè)備的分層結(jié)構(gòu)84ppt課件2．分層分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式85ppt課件三、保護(hù)和控制集成系統(tǒng)將保護(hù)和控制功能集成到同一裝置中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全共享是一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的獨(dú)立部件的結(jié)構(gòu)相比，這種保護(hù)和控制集成的結(jié)構(gòu)，可提供大量的保護(hù)功能和更多的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集（Scada）功能，而使性?xún)r(jià)比更優(yōu)。Scada所需要的許多初始數(shù)據(jù)與繼電保護(hù)所處理的數(shù)據(jù)是相同的。將分布式的變電站Scada功能集成到微機(jī)保護(hù)繼電器中，使保護(hù)和Scada公用一個(gè)硬件平臺(tái)，可以明顯提高經(jīng)濟(jì)性。這種保護(hù)和S