2011全国自考电力系统微型计算机继电保护试题参考分析

全国自考微机继电保护试题参考分析2011年7月一、CCDBDAADDA二、11、模数转换器A/D12、G(S)=（1-e-TS）/S13、时域的差分方程14、之和15、采样保持器16、相同17、抗干扰能力18、越高19、高20、狭窄带通滤波器21、差分22、90023、周期采样24、零25、采样中断软件26、正27、∣IN-IT∣＞K∣IN+IT∣28、共模干扰29、故障30、程序出轨三、简答题(本大题共5小题，每小题4分，共20分)31.如何理解微机保护比常规继电保护性能好?(请回答5条)答：与常规模拟式继电保护相比，微机保护具有以下特点：（1）逻辑判断清楚、正确；（2）可实现常规模拟式继电保护无法实现的优良保护性能；（3）调试维护方便；（4）在线运行可靠性高；（5）能够提供更多的系统运行信息量。32.什么是同步采样?异步采样?答：异步采样，也称为定时采样，即采样周期或采样频率永远地保持固定不变。同步采样也称为跟踪采样，即为了使采样频率始终与系统实际运行频率保持固定的比例关系，必须使采样频率随系统运行频率的变化而实时地调整。33.电力系统发生故障时，故障电流量是时间的周期函数吗?为什么?答：电力系统发生故障时，故障的电流量不是时间的周期函数，而是在基波正弦量的基础上叠加有衰减的非周期分量和其他高次谐波分量。34.数字滤波器脉冲传递函数零、极点幅值选择的基本原则是什么?答：1）从保证数字滤波器的稳定性考虑，要求脉冲传递函数的极点的幅值必须小于1，即极点必须位于Z平面的单位圆内。2）对于零点的幅值的选择，虽然不受稳定性的限制，但是从提高滤波效果来看，则要求把零点设置在单位圆上，即零点的幅值选为1。35.给出解微分方程算法的数学模型；故障电气量中衰减性非周期分量对其计算结果有影响吗?答：1、LR输电线路的简化模型dttdiLtRitu)()()(2、故障电气量中衰减性非周期分量对计算结果没有影响。四、计算题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)36.离散控制系统的差分方程为：31y(n)+y(n-1)+y(n-2)=u(n)48，其中y(-1)=0，y(-2)=0，t≥O时u(n)=1，tO时u(n)=O。试求：(1)y(O)、y(1)、y(2)。(2)脉冲传递函数H(z)=Y(z)U(z)。(3)分析系统的稳定性。解：（1）n=0时y（0）+34y(-1)+18y(-2)=u（0）y（0）+0+0=1∴y（0）=1n=1时y（1）+34y（0）+18y（-1）=U（1）y（1）+34+0=1∴y（1）=14n=2时y（2）+34y（1）+18y（0）=U（2）y(2)+316+18=1∴y(2)=1116（2）对差分方程31y(n)+y(n-1)+y(n-2)=u(n)48两边取Z变换，得Y(z)+34Z-1Y(z)+18Z-2Y(z)=U（z）（1+34Z-1+18Z-2）Y(z)=U（z）∴H(z)=Y（z）U（z）=11+34Z-1+18Z-2=8Z28Z2+6Z+1(3)特征方程8Z2+6Z+1=0Z1=-1/4Z2=-1/2解得|Zi|1，所以该系统稳定。37.已知：离散控制系统的差分方程为y(k)=x(k)-3x(k-1)+x(k-2)试求：(1)脉冲传递函数H(z)=Y(z)X(z)。(2)频率特性表达式H(ejωT)。(假设采样周期为T)解：（1）对差分方程y(k)=x(k)-3x(k-1)+x(k-2)两边取Z变换，得Y(z)=X(z)[1－3Z-1+Z-2]∴H(z)=Y（z）X（z）=1-3Z-1+Z-2(2)令Z=ejwTH(ejwT)=1－3e-jwT+e-j2wT五、应用题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)38.电力系统振荡时，远离振荡中心的微型机距离保护能否误动作?为什么?答：不会误动作。当远离振荡中心即振荡中心在保护范围以外时，若系统发生振荡，由于微型机保护装置的测量阻抗大于距离保护的动作值，距离保护不会误动作。39.变压器内部发生严重不对称性故障且伴随有励磁涌流时，对变压器的纵差保护有何影响？如何解决？答：变压器内部发生严重不对称故障且伴随有励磁涌流时，由于在差动电流中产生较大的二次谐波分量，使纵差保护被制动，直到二次谐波分量衰减后，纵差保护才能动作，延误了保护的动作时间。在此情况下，可采取加速保护动作的措施：（1）差动速断：当差动电流大于可能出现的最大励磁涌流时，纵差保护应立即动作跳闸。（2）低电压加速：出现励磁涌流时变压器端电压较高，而发生内部故障时，变压器端电压较低。因此利用变压器端电压降低作为内部故障的判据加速动作跳闸。六、综合题(本大题共2小题，每小题7分，共14分)40.设采样频率为600Hz，要求保留二次谐波分量，完全滤除直流和其它谐波分量，(输入信号基波频率为50Hz，最高谐波次数为k=5)，试用零点配置法设计数字滤波器的脉冲传递函数H(z)。H0(z)=1-Z-1H1(z)=1-1.732Z-1+Z-2H2(z)=1-Z-1+Z-2H3(z)=1+Z-2H4(z)=1+Z-1+Z-2H5(z)=1+1.732Z-1+Z-2H(z)=H0(z)H1(z)H3(z)H4(z)H5(z)41.使用傅立叶算法，是否需要对电流的周期采样数据进行数字滤波?为什么?如果电流采样值中含有衰减性非周期分量时，怎么办?答：1）不需要滤波。因为从傅立叶算法的原理看，算法本身就具有滤波的性能，所以可以直接使用电流电压的采样数据来计算所需谐波分量的有效值和相角。2）电流采样值中含有衰减性非周期分量时，直接计算电流的基波分量幅值和相角时，计算结果和实际值有很大的差别。因此，必须采取一定的补偿方法加以补偿，促使补偿后的值与实际值相同。七、分析题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)42.在发电机纵差保护方案中，基波相量的计算是否可以采用半周期傅立叶算法?请说明其原因。答：可以采用半周期傅立叶算法。半周期傅立叶算法的使用条件是要求在电流或电压信号中，只含有基波频率和基波频率奇数倍频的信号。在发电机定子发生不对称故障时，因定子负序电流的存在，使得定子电流中含有基波频率或基波奇数倍频的分量，而不含有基波频率偶数倍频的谐波分量，因而，半周期傅立叶算法适用于发电机。43.与两点乘积算法相比，三点乘积算法有何特点?答：两点采样积算法，若系统运行频率发生变化时，将使计算结果带来一定的误差。数据窗为2个。三点采样积算法，从算法原理可知，只要保证采样间隔的相同性，完全可以消除系统频率f偏离额定值运行时对计算结果的影响。数据窗为3个。2011年4月一、ABADCCBBBC二、11、更多12、离散控制系统13、抗干扰能力14、电压信号积分值15、转换时间16、2π/T17、提取18、零19、有关20、滤波21、采样值22、为零23、滤除24、滤波25、采样中断服务子程序26、故障处理程序27、零28、较高29、差模干扰30、故障分量发电机纵差保护算法三、简答题(本大题共5小题，每小题4分，共20分)31.画出逐次比较式数据采集系统原理构成图。答：教材P38图3-2。32.周期为TP信号的傅立叶级数表达式是什么?给出计算基波正弦分量和余弦分量幅值a1、b1的计算公式。答：)cossin()(11tnwbtnwatxnn其中基波角频率为ω1=2πf1基波分量为)cossin()(11111twbtwatx2)(2cos)(2)0(2)2sin()(211NxNkkxxNbNkkxNa（k=1，2，...,N-1）33.什么是三点乘积算法?给出计算正弦电流量有效值的计算公式。答：三点乘积算法是利用正弦电压和电流的三个连续的等时间采样间隔的采样值计算出正弦电压、电流有效值和测量阻抗的数值的算法。此算法可以避免系统频率f的变化对计算结果的影响。231223122222)(4)(42iiiiiiiI34、鉴别变压器励磁涌流有哪些方法?答：鉴别变压器励磁涌流的方法主要有：1）鉴别短路电流与励磁涌流波形差别的间断角制动。2）二次谐波制动。35、干扰进入微机保护装置后可能产生什么后果?干扰进入微机保护装置后可能产生下列后果：1）运算或逻辑出现错误。2）运行程序出轨。3）损坏微型机芯片。四、计算题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)36.某离散控制系统的差分方程为y(n+2)+0.6y(n+1)+O.08y(n)=1其中：y(O)=O，y(1)=1，u(k)=1，(k=0，1，2，…)。试求：①y(2)，y(3)。②分析稳定性。解：（1）n=0时y(2)+0.6y(1)+0.08y(0)=1y(2)+0.6+0=1∴y(2)=4n=1时y(3)+0.6y(2)+0.08y(1)=1y(3)+0.6*0.4+0.08=1∴y(3)=0.68（2）对差分方程y(n+2)+0.6y(n+1)+0.08y(n)=1两边取Z变换，得Z2{Y(z)-[y(0)+y（1）Z-1]}+0.6Z{Y(z)-y(0)}+0.08Y(z)=U(z)Y(z)(Z²+0.6Z+0.08)=U（z）+ZU（z）+Z=1ZZ+Z=1ZZ*Z=ZU(z)Y(z)(Z²+0.6Z+0.08)=ZU(z)∴H（z）=Y（z）U（z）=ZZ²+0.6Z+0.08特征方程Z²+0.6Z+0.08=0Z1=-0.4Z2=-0.2∣Zi∣＜1所以系统稳定37.离散系统差分方程为y(n)=x(n)+3(n-1)+x(n-2)试求：(1)脉冲传递函数H(z)及其零点。(4分)(2)频率特性表达式。(2分)解：（1）对差分方程两边取Z变换得Y（z）=X（z）（1+3Z-1+Z-2）∴H(z)=Y（z）X(z)=1+3Z-1+Z-2=2213zzzZ2+3z+1=0零点Z1=2123jZ2=2123j（2）H（ejwT）=H（z）∣z=ejwT=1+3e-jwT+e–j2wT五、分析题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)38.半周期傅立叶算法的使用条件是什么?给出利用故障电气量的半周期采样值x(1)、x(2)、…、x(2N)计算其基波分量幅值x1的计算公式。答：半周期傅立叶算法的使用条件是要求在电流或电压信号中，只含有基波频率和基波频率奇数倍频的信号。)2,...,2,1(,2cos)(4)2,...,2,1(,2sin)(411NkNkkxNbNkNkkxNa)cos()sin()(11111twbtwatx幅值21211baX39.与傅立叶算法相比，最小二乘法有何特点?答：在电力系统发生故障时，短路电流中含有衰减性非周期分量，在实际使用傅立叶算法时，要考虑对衰减性非周期分量的补偿。最小二乘法是一种拟合的算法，将电力系统的故障电流和电压拟合成由衰减性非周期分量、基波到基波整数倍频的五次谐波的形式，利用冗余的故障电流和电压的采样值计算出被拟合的各谐分量的幅值和相角。因此不必考虑对衰减性非周期分量的补偿。六、应用题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)40.发电机纵差保护方案中，基波相量法标积制动式如何提高内部故障的灵敏性和外部故障的选择性?答：标积制动式∣IN-IT∣2＞S(INITcosθ）θ为IN与IT的相位角，INITcosθ为标积量；S为标积制动系数。(1)区外发生短路在区外发生短路时，有IN=IT，θ值较小，因此制动量分别为SINITcosθ0。(2)区内发生短路标积制动原理制动量当θ值较大，大于90°，SINITcosθ就变成了负值。负值的制动量在数学上就是动作量，更有助于保护动作。标积制动原理反应区内短路故障的灵敏度很高。(3)发电机未并网前或解列运行时的内部短路在发电机并网前发生的内部短路，由于发电机机端无电流，仅有中性点有短路电流，因此标积原理的制动量为0，而比率制动原理不为0，显然，标积原理的动作裕度更大，对动作更可靠。41.简要说明异步采样和同步采样的特点。答：异步采