微机继电保护课件

NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering华北电力大学微机继电保护原理微机继电保护原理华北电力大学电气工程学院河北保定张举目录第一章概述第一节微机继电保护的发展历史及研究现状第二节微机继电保护装置的特点和硬件组成第二章微机保护的数据采集系统第一节数据采集系统的作用与要求第二节模拟信号的预处理第三节采样定理第四节采用逐次逼近原理A/D芯片构成的数据采集系统第五节采用积分型A/D芯片构成的数据采集系统第三章微机保护装置的硬件电路原理第一节概述第二节管理微机系统的硬件电路原理第三节保护微机系统的硬件电路原理第四节微机保护装置的出口与信号电路目录第四章微机保护中数字滤波器的设计第一节概述第二节数字滤波器的实现和分析方法第三节简单滤波器及其级联的分析方法第四节用零、极点配置法设计数字滤波器的方法第五章微机保护的算法第一节微机保护的算法概述第二节基于正弦信号的算法第三节基于信号为周期函数模型的算法第四节微机保护中的阻抗算法第五节微机保护中的比相算法第六节微机保护中的滤序算法第七节微机保护中的复数求模值方法目录第六章输电线路的微机保护第一节输电线路的纵联保护第二节采用闭锁信号的高频保护第三节采允许锁信号的高频第四节高频方向保护中的方向元件第五节输电线路距离保护第六节故障类型判别与故障选相原理第七节微机保护中的工频变化量阻抗元件第十节微机保护装置中振荡与故障的识别方法目录第七章微机发电机—变压器组保护第二节微机型发电机差动保护第三节发电机定子绕组单相接地保护第四节发电机的失磁保护第五节微机型变压器差动保护第八章微机保护的抗干扰设计第一节概述第二节干扰和干扰源第三节微机保护装置中的硬件抗干扰措施第四节微机保护装置中的软件抗干扰措施第一章概述第一节微机继电保护的发展历史及研究现状英国剑桥大学的P.G.Mclaran及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想，并发表了《SamplingTechniquesappliedtoderivationLetter》的文章。澳大利亚新南威尔士大学的I.F.Morrison预测了输电线路计算机控制的前景。美国西屋公司的G.D.Rockefeller发表年了《利用数字计算机实现的故障保护》的文章。1965年：1967年：1969年：国际电子电气工程师学会教育委员会组织了一次世界性的计算机继电保护研究班，对70年代以来的计算机保护的研究成果进行了总结和交流。到80年代中期计算机保护在电力系统中获得广泛应用。美国西屋公司与GE公司合作研制成功一套输电线路的计算机保护装置。日本投入了一套以微处理机为硬件的控制与继电保护装置，全部代替了原有保护，大大减少了控制室的占地面积，并于1980年发表了试运行的结果。1977年：1972年：1979年：1984年4月，华北电力大学研究的以MC6809CPU构成的MDP—1型微机线路保护装置。这是我国研究成功的第一套微机线路保护装置。并在河北某电厂投入试运行。我国微机保护的发展从硬件上看大体可分为三个阶段以单CPU的8位微处理器构成的微机保护装置其主要特点为：1采用8位微处理器MC6909CPU构成硬件系统。2数据、地址、控制总线须引出插件外部。3数据采集系统采用逐次逼近式A/D芯片构成。4存储器的容量较小。5保护的程序和定值都存在EPROM中，定值的修改十分不便。6仅有软件时钟，当直流电源消失后，时钟停止运行，直流电源恢复后须重新校时。无接受GPS的接口。7不具备数据远传功能。8所有保护功能均由一个CPU处理，可靠性低。9代表产品为WXB—01型微机保护装置。第一阶段：第二个阶段：以多个8位单片机组成的多微机系统。其主要特点为：1硬件为五个8位单片机组成的多微机系统。2数据、地址、控制总线不引出插件。3数据采集系统为VFC系统。4保护装置的定值存在EEPROM中，定值修改十分方便。5设有硬件时钟电路，装置直流电源消失后，依靠备用电池可使时钟继续运行。6设计了与上位机通信的串行接口电路。7具有液晶显示电路。调试方便。8保护功能分散在各CPU中，可靠性高。9代表产品为WXB—11微机保护装置。其主要特点为：1硬件是以16位单片机构成的多微机系统。（80C196KB、M77）。2以日本三菱公司的M77芯片构成的微机系统，可以做到总线不引出芯片。3保护装置的硬件设计除了有硬件时钟外，装置还具备接受GPS全球定位系统的秒脉冲的接口。4数据采集系统为VFC方式，最高转换频率为4MHZ。（VFC110）5时钟芯片和EEPROM芯片均为串行方式。6具备较完善的通信网络，可应用于变电站综合自动化系统中。7具有友好的人机接口界面。第三阶段以多个16位单片机组成的多微机系统。8采用多层印刷电路板和表贴技术，增强了抗干扰能力。9保护装置具备录波功能。其代表产品为CSL系列微机保护装置和LFP-900系列微机保护装置。二微机保护的现状硬件方面：1采用32位DSP数字信号处理器或嵌入式系统构成的多微机系统。2大屏幕液晶彩色显示，可显示汉字和图形。3多层印刷电路板，表贴技术、后插拔方式。软件方面：1支持高级语言编程。人机界面采用WINGDONS系统2自适应保护，智能体应用于保护中。3人工神经网络在保护中的应用研究。4模糊识别在继电保护中的应用研究。5小波分析方法在继电保护中的应用研究。第二节微机继电保护装置的特点及硬件组成一微机保护装置的特点微机保护与常规保护相比具有以下特点：微机保护可以实现智能化。微机保护可实现在线自检。微机保护可提供附加功能。微机保护具有调试维护方便。微机保护具有完善的网络通信功能。微机保护便于采用一些新原理。微机保护的硬件可标准化。微机保护便于与数字传感器或光CT、光PT接口。二微机保护装置的硬件构成框图DAS保护微机系统（1~n个）开入电源继电器开出开入管理微机系统GPS按键LCD打印机逆变稳压电源至通信网串口通信二次电流电压DAS—数据采集系统保护微机系统—由单片机构成的微机系统。实现各种保护功能，根据保护对象的不同，保护功能可分布于1—6个插件中。管理微机系统——由单片机构成的微机系统。主要功能是实现人机对话。例如，命令的输入，执行结果的输出——显示或打印。开关量输入—输入到微机保护装置中的开关量。在逻辑上仅有两种状态，1或0。一般是保护装置的投退压板，重合闸方式开关的接点位置等。开关量输出—由微机保护的接口电路驱动继电器的部分。一般经光电隔离电路与继电器部分连接。按键—一般为触摸按键，数量为5—16个不等。GPS——接受全球定位系统秒脉冲的接口。开入电源——开关量输入部分的独立逆变稳压电源，24伏。电源—装置的电源。为输入220V，输出为多个电压的逆变稳压电源。输出一般为5V、+12V（+15V）、-12V（-15V）、24V。第一节数据采集系统的作用与要求第二章微机保护的数据采集系统一数据采集系统的作用将电流互感器二次、电压互感器二次的模拟信号转换为数字信号。逐次逼近原理的A/D芯片构成的数据采集系统。采用VFC芯片构成的积分式数据采集系统。二数据采集系统的设计要求1模拟量。包括模拟量的数量，模拟量的性质，模拟量的动态范围。2数据采集系统的数据传送方式选择程序查询方式中断方式DMA方式转换完成？启动A/D转换读转换结果并存入指定地址单元调整地址指针指向下一通道通道号清零所有通道转换完成？程序查询方式的流程图保护现场A/D中断请求状态复位读取A/D转换结果并存入循环存储区发第一通道转换命令地址更新通道号加1数据处理程序通道号清零发转换命令Y到最后通道？N采样中断程序A/D转换完成中断程序(2)采样频率的选择与保护原理和采用的算法有关（3）采样频率还与模拟量的数量，数据传送方式有关。4数据采集系统的精度对于A/D式数据采集系统，精度与A/D芯片的位数有关。对VFC芯片构成的系统，精度与VFC的最高转换频率和保护中的算法有关。3采样频率的选择（1）采样频率的选择必须满足采样定理。一电压、电流变换器将CT、PT二次信号变换为适合A/D芯片量程的信号。起隔离的作用。有利于防止干扰从二次回路侵入微机系统。在变换器的原、副边可加一屏蔽层。有利于抗干扰。二模拟低通滤波器RRRCLRCCLR为了降低采样频率，满足采样定理，在采样之前先用一个模拟低|)(|fH0/ff通滤波器将频率高于采样频率一半的信号滤掉。第二节模拟信号的预处理图2—3A/D式数据采集系统的框图逐次逼近A/D芯片构成的典型数据采集系统，变换器模拟低通采样/保持多路开关A/D变换器模拟低通采样/保持至微机系统三采样保持电路A1A2RAs输出A3模拟输入逻辑输入逻辑参考Ch图2—6采样保持电路原理图四多个模拟通道的采样方式1等间隔采样和不等间隔采样方式2跟踪采样和定位采样3多模拟通道的采样方式多通道同时采样方式顺序采样方式分组顺序采样方式S/HS/HS/H多路转换开关A/D多路转换开关S/HA/DS/HS/HS/HS/H多路转换开关A/DS/HS/HS/HS/H多路转换开关A/D第一组第二组五多路转换开关第四节采样定理一门函数的傅立叶变换)2(sin22sin)(][2222cjeedtedtegFgFjjtjtjTTTg)(F22t4224（a）门函数(b)门函数的频谱1)()2(sin2)}({nSSSTnncTtPF周期门函数阵列经过傅立叶变换)(tPT)(TPtSTS图2—11门函数序列及其频谱二冲激函数的傅立叶变换1)()()]([dtetFtFtj)(t)(F图2—12冲激函数及其频谱t11将冲激函数变换到频域后它是一个连续频谱，对各频率成分的输出均为1。对该冲激序列进行傅立叶变换可得：)()()]([nSSTTntF)(tT)(TtSTS图2—13冲激序列及其频谱三矩形脉冲采样和冲激采样)(tf)(ts)(tfs)()()(tstftfs当用矩形脉冲对原始信号进行采样时)()()()()(SnTTsnTtgtftPtftf当用冲激序列对原始信号进行采样时)()()()()(SnTsnTttfttftf四采样后信号的频谱分析)]()([)]([tPtfFtfFTSS)()(][TSPFF)()2(sin)()()2(sin)]()2(sin*[)(][SnSSSnSSnSSSSnFncTnFncTnncFTF用矩形脉冲采样时，可对式（2—17）两边取傅立叶变换可见，)(SF是)(F的反复，反复周期为S即将原始信号的频谱按s的间隔重复。其幅度被)2(sinSnc调制。当用冲激单位序列采样时，可对式（2—18）两边取傅立叶变换。)]()([)]([ttfFtfFTSS)()(][TSFF)(1)()(1)(*)(21][nSSSnSnSSSnFTnFTnFF可见，经冲激序列采样后的信号的频谱)(SF也是)(F反复周期为S即将原始信号的频谱按s的间隔重复。各频谱函数的幅度均相等。的反复。通过对以上两种采样后信号的频谱分析可知，连续信号经采样后，其频谱总是按采样频率S无限重复。当原始信号的最高频率为m时，如果采样频率mS2则采样后信号的频谱便不会发生混叠，否则将发生频谱混叠。)(tf)(tT)(tfSttt)(F)(T)(SFmm第四节采用逐次逼近原理的A/D芯片构成的数据采集系统一模数转换的一般原理nnBBBD2.......222211