電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理(第八章).ppt

1、電力系統(tǒng) 繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校自動(dòng)化系,第八章,微機(jī)保護(hù),主要內(nèi)容,（一）微機(jī)保護(hù)的概述,（二）微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成,（三）微機(jī)保護(hù)算法,（一）微機(jī)保護(hù)概述,1、微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用和發(fā)展 2、微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成 將輸入的模擬電流、電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送往處理器按照規(guī)定的算法和程序進(jìn)行處理，將處理結(jié)果與給定的數(shù)字量進(jìn)行比較，最后作出是否跳閘的判斷,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,華中科技大學(xué)武昌分校,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成,硬件,軟件,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),外圍設(shè)備等,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,自檢

2、模塊等,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,、微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn),微機(jī)保護(hù)與傳統(tǒng)的電磁型或晶體管型保護(hù)相比，有許多特點(diǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。,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,微機(jī)保護(hù)可以對(duì)其硬件和軟件進(jìn)行連續(xù)的自檢，有很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力。 它能自動(dòng)檢測(cè)出硬件故障的同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并閉鎖其跳閘出口回路。同時(shí)軟件也具有自檢功能，可以對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校錯(cuò)和糾錯(cuò)，即自動(dòng)地識(shí)別和排除干擾。 總之，作為一個(gè)系統(tǒng)而言，微機(jī)保護(hù)的可靠性比傳統(tǒng)保護(hù)高。,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,（二）微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分

3、校,1、微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)字核心部件 實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)特別設(shè)計(jì)的專用微型計(jì)算機(jī)，一般由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及控制電路等部分構(gòu)成，并通過(guò)數(shù)據(jù) 總線、地址總線、控制總線連成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和操作控制。CPU主要有以下幾種類型： （1）單片微處理器(MCU) （2）FPGA/CPLD （3）數(shù)字式信號(hào)處理器（DSP）,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,2、模擬輸入接口部件 繼電保護(hù)的基本輸入電量是模擬性質(zhì)的電信號(hào)。一次系統(tǒng)的模擬電量可分為交流量、直流量以及各種非電量。它們經(jīng)過(guò)各種互感器轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娦盘?hào)，再由引線端子進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置。這些由互感器輸入的模擬電信號(hào)還要正

4、確地變換成離散化的數(shù)字量。典型的交流AI接口按信號(hào)流程主要包括以下各部分：輸入變換及電壓形成回路、前置模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持（S/H）電路、模數(shù)變換（A/D）電路。 輸入變換及電壓形成回路 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)，具 體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。電壓變換常采用小型中間變壓器。電 流變換有兩種方式，一種是采用小型中間變流器，其二次側(cè)并電阻 以取得所需電壓的方式，另一種是采用電抗變壓器。這些中間變換 器還起到屏蔽和隔離的作用，以提高保護(hù)的可靠性。,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,采樣保持和模擬低通濾波器,對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在故障初瞬，電壓、電流

5、中可能含有相當(dāng)高的頻率分量，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s ，以防混疊。,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換器。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。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 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)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。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)。對(duì)于轉(zhuǎn)換時(shí)間，由于各通道共用一個(gè)A/D，至少要求所有的通道輪

6、流轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間總和小于采樣間隔Ts。微機(jī)保護(hù)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)要求較苛刻，因?yàn)楸Ｗo(hù)在工作時(shí)輸入電壓和電流的動(dòng)態(tài)范圍很大。除以上兩個(gè)指標(biāo)外，A/D芯片的線性度、溫度漂移等，一般都能滿足繼電保護(hù)的要求.,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,開(kāi)關(guān)量輸入和輸出,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,（三）微機(jī)保護(hù)的算法,1、數(shù)字濾波 在微機(jī)保護(hù)中濾波也是一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，它用于濾去各種不需 要的諧波，數(shù)字濾波器的用途是濾去各種特定次數(shù)的諧波，特是 接近工頻的諧波。 數(shù)字濾波器不同于模擬濾波器，它不是一種純硬件構(gòu)成的濾波 器，而是由軟件編程去實(shí)現(xiàn)，改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波 性能，

7、即濾波器的幅頻特性和相頻特性,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,以差分濾波為例做簡(jiǎn)單介紹。 差分濾波器輸出信號(hào)的差分方程形式為,(8-1),式中，x(n)、y(n)分別是濾波器在采樣時(shí)刻n(或n)的輸入與輸出；x(n-k)是n時(shí)刻以前第k個(gè)采樣時(shí)刻的輸入，k1。,對(duì)式(8-1)進(jìn)行變換，可得傳遞函數(shù)H(z),（8-2）,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,將 代入式(8-2)中，即得差分濾波器的幅頻特性和相頻特性分別為式(8-3)及式(8-4),(8-3),（8-4）,式中 , 為輸入信號(hào)頻率； 為采樣周期， 1/s，s為采樣頻率，通常要求s為基波頻率1的整數(shù)倍，即s=N1，N為每工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)目。,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,由式(8-3)可知，設(shè)需濾除諧波次數(shù)為m，差分步長(zhǎng)為k(k次采樣)，則此時(shí)=m1=m21，應(yīng)使=0。令,則有,；,當(dāng)N（即s和1）取值已定時(shí)，采用不同的l和k值，便可濾除m次諧波。,(8-5),電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理,華中科技大學(xué)武昌分校,2、正弦函數(shù)模型算法,半周積分算法的依據(jù)是,(8-6),即正弦函數(shù)半周積分與其幅值成正比。,