電網(wǎng)數(shù)字化保護(hù)——1.1 數(shù)字保護(hù)概述.ppt

1、第一章：微機(jī)保護(hù)概述,張沛超 2012,1,教材,2,參考書,3,數(shù)學(xué)工具,4,MathCAD Matlab,電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的地位與作用,5,電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的“三道防線”,上世紀(jì)80年代初, 我國(guó)電力系統(tǒng)為防止發(fā)生惡性事故, 制定了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則。 采取一定技術(shù)措施后就可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定又可以不丟掉負(fù)荷的故障稱為第一類穩(wěn)定性故障, 其相應(yīng)的技術(shù)措施被稱為第一道防線； 采取一定技術(shù)措施, 但必須丟掉部份負(fù)荷的故障稱為第二類穩(wěn)定性故障, 此時(shí), 除第一道防線的技術(shù)措施外所必須增加的技術(shù)措施稱為第二道防線； 當(dāng)系統(tǒng)己經(jīng)失去穩(wěn)定,但采取一定的技術(shù)措施后即可避免系統(tǒng)發(fā)生大面積停電和崩潰的故

2、障被稱為第三類穩(wěn)定性故障,其相應(yīng)的技術(shù)措施稱為第三道防線。,6,電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的“三道防線”,第一道防線的技術(shù)措施主要是繼電保護(hù)，包括重合閘等； 第二道防線主要是安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)，按穩(wěn)定判據(jù)決定切機(jī)、切負(fù)荷以及連鎖切機(jī)、切負(fù)荷等； 第三道防線主要是低頻、低壓減負(fù)荷, 振蕩解列等。,7,繼電保護(hù)拒動(dòng)可能導(dǎo)致的后果,8,微機(jī)保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史,9,保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史,1950s以前的繼電保護(hù)裝置都是由電磁型感應(yīng)型或電動(dòng)型繼電器組成的，這些繼電器統(tǒng)稱為機(jī)電式繼電器. 1950s初由于晶體管的發(fā)展開始出現(xiàn)了晶體管式繼電保護(hù)裝置，稱之為電子式靜態(tài)保護(hù)裝置. 1970s是晶體管繼電保護(hù)裝置在我國(guó)大量采用的時(shí)

3、期滿足了當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)向高壓大容量方向發(fā)展的需要. 1980s后期靜態(tài)繼電保護(hù)從第一代(晶體管式)向第二代(集成電路式)的過渡. 1990s全面進(jìn)入微機(jī)保護(hù)階段。,10,微機(jī)保護(hù),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)而構(gòu)成的繼電保護(hù)。 不同的稱呼： 微機(jī)保護(hù)、微型機(jī)繼電保護(hù)、數(shù)字式保護(hù) Digital Protection, Numerical Protection,Computer Protection, Microprocessor-based Protection,11,國(guó)際上微機(jī)保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史,1960s中后期，在英國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開始進(jìn)行研究的。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的價(jià)

4、格昂貴，同時(shí)也無法滿足高速繼電保護(hù)的技術(shù)要求，因此沒有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用。但由此開始了對(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，為后來的繼電保護(hù)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 1970s后期，出現(xiàn)了比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運(yùn)行。 1980s，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，并開始推廣應(yīng)用。,12,我國(guó)微機(jī)保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史,起步于1980s初期，起步晚，但進(jìn)展很快。高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。 1984年，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獲得應(yīng)用，揭開了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上的新一頁。 東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)

5、電機(jī)變壓器組保護(hù)也相繼于1989年、1994年通過鑒定，投入運(yùn)行。 南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)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1993年、1996年通過鑒定。,13,我國(guó)微機(jī)保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史,上海交通大學(xué)與許繼電氣聯(lián)合研制的光纖縱差線路保護(hù)于1995年通過科技鑒定，并獲得上海市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。,14,微機(jī)保護(hù)的未來,15,微機(jī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn),16,微機(jī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn),Cost Self-checking and reliability System integr

6、ation and digital environment Functional flexibility and adaptive relaying,17,微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),18,1、變電站角度。,19,2、單套保護(hù)系統(tǒng)。,20,單套保護(hù)系統(tǒng)。,21,交流輸入模件,變換,微計(jì)算機(jī),開入開出模件,人機(jī)對(duì)話模件,端子箱,單套保護(hù)系統(tǒng)（全數(shù)字化）。,22,交流輸入模件,變換,微計(jì)算機(jī),開入開出模件,人機(jī)對(duì)話模件,MU,一次設(shè)備的智能化改變了傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)： 1、A/D變換沒有了，代之以高速數(shù)據(jù)接口。 2、開關(guān)量輸出DO、輸入DI移入智能化開關(guān)，保護(hù)裝置發(fā)布命令，由一次設(shè)備的執(zhí)行器來執(zhí)

7、行操作。,高速以太網(wǎng)通信,ECT,IED,執(zhí)行器,3、裝置內(nèi)部。,23,微機(jī)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu),24,微機(jī)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu),25,26,硬件MCU主板設(shè)計(jì)方案,MCU,MC33993,A/D前向通道,其它24V開入,16路,MC33996,SPI接口,16路開出,網(wǎng)絡(luò)接口,光隔,LIN,485,CAN,時(shí)鐘,DATA FLASH,SPI接口,液晶顯示器,旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo),13根I/O線,ECT接口,3線接口,光隔,10個(gè)220V開入,SPI接口,USB接口,采樣 (ALP,S/H, MUX,A/D),微機(jī)保護(hù)軟件結(jié)構(gòu),數(shù)字濾波器是不以計(jì)算電氣量特征參數(shù)為目的，而是通過對(duì)采樣序列的數(shù)字運(yùn)算得到一個(gè)新的序列（通常仍

8、稱為采樣序列），在這個(gè)新的采樣序列中已濾除了不需要的頻率成分，只保留了需要的頻率成分。 數(shù)字式保護(hù)算法的目的是從數(shù)字濾波器的輸出采樣序列或直接從輸入采樣序列中求取電氣信號(hào)的特征參數(shù)，從而為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)或動(dòng)作方程創(chuàng)造條件。 數(shù)字式保護(hù)的算法可分為兩大類。一類是特征量算法，用來計(jì)算保護(hù)所需的各種電氣量的特征參數(shù)，如電氣量的幅值、相位、功率、阻抗、序分量等；另一類是保護(hù)動(dòng)作判據(jù)（Operation Criterion）或動(dòng)作方程(Operation Equation)的算法，與具體的保護(hù)功能密切相關(guān)，并需要利用特征量算法的結(jié)果。 最后還需要完成各種邏輯處理及時(shí)序配合的計(jì)算和處理，才能最終實(shí)

9、現(xiàn)動(dòng)作判定。,27,數(shù)字濾波 (Digital Filter),保護(hù)特征量 提取算法,保護(hù)動(dòng)作 判據(jù)算法,保護(hù)跳閘 邏輯算法,微機(jī)保護(hù)的型號(hào)與功能,28,29,北美地區(qū)分類習(xí)慣：IEEE C37.2-2008,30,歐洲分類習(xí)慣：IEC 61850,31,典型代表Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.,32,GE,歐洲對(duì)保護(hù)的類型（以ABB為例）,REL670 Line distance RED670 Multi terminal (differential) RET670 Transformer REC670 Bay control,RED670 3 Phase trip 1 or 2 CB 1 Phase trip 1 or 2 CB REL670 3 Phase trip 1 or 2 CB 1 Phase trip 1 or 2 CB,保護(hù)的類型（以ABB為例）,RET670 2 Winding - 1 or 2 CB 3 Winding 1 o