第四章-变电站微机保护

1、变电站综合自动化变电站综合自动化武汉理工大学武汉理工大学电气工程系电气工程系变电站综合自动化变电站综合自动化变电站综合自动化概述变电站综合自动化概述变电站综合自动化信息的测量和采集变电站综合自动化信息的测量和采集数据通信基础与计算机网络数据通信基础与计算机网络变电站微机保护变电站微机保护变电站综合自动化系统的通信技术变电站综合自动化系统的通信技术变电站运行的自动控制与调节变电站运行的自动控制与调节变电站综合自动化系统实例变电站综合自动化系统实例保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述变电站综合自动化

2、第第四四章章 变电站微机保护变电站微机保护保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述变电站微机保护变电站微机保护概概 述述 微机保护的硬件微机保护的硬件系统系统微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成微机保护的数字滤波器微机保护的数字滤波器微机保护算法微机保护算法微机线路保护微机线路保护保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述1 1 概概 述述 电力系统继电保护装置经历了机电型、整流型、晶电力系统继电保

3、护装置经历了机电型、整流型、晶体管型、集成电路型到微机保护装置发展阶段。体管型、集成电路型到微机保护装置发展阶段。微机保护装置的特点微机保护装置的特点1. 1. 调试维护方便调试维护方便 在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，原因是这类保护装置保护装置的调试工作量很大，原因是这类保护装置都是布线逻辑的，保护的功能完全依赖硬件来实现。都是布线逻辑的，保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了硬件外，各种复杂的功能均微机保护则不同，除了硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件由相应的软件( (程序程序) )来实现。来实现。2.

4、 2. 高可靠性高可靠性 微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析和判断能力。的综合分析和判断能力。3. 3. 易于获得附加功能易于获得附加功能 微机保护装置除了提供常规保护功能外，还可微机保护装置除了提供常规保护功能外，还可以提供一些附加功能。例如，保护动作时间和各部以提供一些附加功能。例如，保护动作时间和各部分的动作顺序记录，故障前后电压和电流的波形记分的动作顺序记录，故障前后电压和电流的波形记录等。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。录等。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系

5、统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述 4. 4. 灵活性灵活性 由于微机保护的特性主要由软件决定，由于微机保护的特性主要由软件决定，从而从而改变软件就可以改变保护的特性和功能，可灵活地适改变软件就可以改变保护的特性和功能，可灵活地适应电力系统运行方式的变化。应电力系统运行方式的变化。5. 5. 改善保护性能改善保护性能 由于微型机的应用，可以采用一些新原理，由于微型机的应用，可以采用一些新原理，解决一些常规保护难以解决的问题。例如，利用模糊解决一些常规保护难以解决的问题。例如，利用模糊识别原理判断振荡过程中的短路故障，采用自适应原识别原理判断振荡过程中的

6、短路故障，采用自适应原理改善保护的性能等。理改善保护的性能等。6. 6. 简便化、网络化简便化、网络化 微机保护装置本身消耗功率低，降低了对电微机保护装置本身消耗功率低，降低了对电流、电压互感器的要求，而正在研究的数字式电流、流、电压互感器的要求，而正在研究的数字式电流、电压互感器更易于实现与微机保护的接口。同时，微电压互感器更易于实现与微机保护的接口。同时，微机保护具有完善的网络通信能力，可适应无人或少人机保护具有完善的网络通信能力，可适应无人或少人值守的值守的变电站综合变电站综合自动化。自动化。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保

7、护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述& 2 微机保护的硬件系统微机保护的硬件系统网络化的微机保护装置硬件框图保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述一、数据采集系统1、电压形成回路保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2、模拟低通滤波器模拟低通滤波器(LPF)保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述

8、述对微机保护来说，在故障初瞬，电压、电对微机保护来说，在故障初瞬，电压、电流中含有相当高的频率分量流中含有相当高的频率分量(如如2kHz以上以上)，为防止混叠，为防止混叠，fs将不得不用得很高，从而将不得不用得很高，从而对硬件速度提出过高的要求。但实际上，对硬件速度提出过高的要求。但实际上，目前大多数的微机保护原理都是反映工频目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种情况下，可以在采样前用一量的，在这种情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器个低通模拟滤波器(LPF)将高频分量滤掉，将高频分量滤掉，这样就可以降低这样就可以降低fs，从而降低对硬件提出，从而降低对硬件提出的要求。通常并不要

9、求模拟低通滤波器滤的要求。通常并不要求模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉掉所有的高频分量，而仅用它滤掉fs/2以上以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附近来。低于混叠到工频附近来。低于fs/2的其他暂态频的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波器来滤除。率分量，可以通过数字滤波器来滤除。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述3、采样保持器（采样保持器（S/H）保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字

10、滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述采样频率的选择采样频率的选择 采样间隔采样间隔Ts的倒数称为采样频率的倒数称为采样频率fs。采样频率的。采样频率的选择是微机保护硬件设计中的一个关键问题，为此要选择是微机保护硬件设计中的一个关键问题，为此要综合考虑很多因素，并要从中作出权衡。采样频率越综合考虑很多因素，并要从中作出权衡。采样频率越高，要求高，要求CPU的运行速度越高。因为微机保护是一个的运行速度越高。因为微机保护是一个实时系统，数据采集系统以采样频率不断地向微型机实时系统，数据采集系统以采样频率不断地向微型机输入数据，微型机必须要来得及在两个相邻采样间隔输入数据，微型机必须

11、要来得及在两个相邻采样间隔时间时间Ts内处理完对每一组采样值所必须做的各种操作内处理完对每一组采样值所必须做的各种操作和运算，否则和运算，否则CPU跟不上实时节拍而无法工作。相反跟不上实时节拍而无法工作。相反，采样频率过低，将不能真实地反映采样信号的情况，采样频率过低，将不能真实地反映采样信号的情况。由采样。由采样(香农香农)定理可以证明，如果被采样信号中所定理可以证明，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为含最高频率成分的频率为fmax，则采样频率，则采样频率fs必须必须大于大于fmax的的2倍倍(即即fs2fmax)，否则将造成频率混，否则将造成频率混叠。叠。保护保护 2009/2变电站

12、自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述4、多路转换开关多路转换开关 多路转换开关又称多路转换器，它是将多路转换开关又称多路转换器，它是将多个采样保持后的信号逐一与多个采样保持后的信号逐一与A/D芯片接通的芯片接通的控制电路。它一般有多个输入端，一个输出控制电路。它一般有多个输入端，一个输出端和几个控制信号端。在实际的数据采集系端和几个控制信号端。在实际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关几路，利用多路开关(MUX)轮流切换各被测轮流切换各被测量与量与A/D

13、转换电路的通路，达到分时转换的目转换电路的通路，达到分时转换的目的。在微机保护中，各个通道的模拟电压是的。在微机保护中，各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻的信息的信息(忽略保持期间的极小衰减忽略保持期间的极小衰减)，这样按保，这样按保护算法由微机计算得出正确结果。护算法由微机计算得出正确结果。 保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字

14、滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述1）逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器 5、模数转换器模数转换器(A/D转换器，或简称转换器，或简称ADC)保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2）V/F式A/D转换器转换器保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述微机保护的微机保护的CPU主系统包括中央处理器主系统包括中央处理器(CPU)、只读存储器只读存储器EPROM、电擦除可编程只读存储器、电擦除

15、可编程只读存储器、随机存取存储器随机存取存储器RAM、定时器等。、定时器等。CPU主要执行控制及运算功能。主要执行控制及运算功能。EPROM主要存储编写好的程序，包括监控、继电主要存储编写好的程序，包括监控、继电保护功能程序等。保护功能程序等。 可存放保护定值，保护定值的设定或修改可可存放保护定值，保护定值的设定或修改可通过面板上的小键盘来实现。通过面板上的小键盘来实现。RAM是采样数据及运算过程中数据的暂存器。是采样数据及运算过程中数据的暂存器。定时器用来记数、产生采样脉冲和实时钟等。定时器用来记数、产生采样脉冲和实时钟等。 而而CPU主系统中的小键盘、液晶显示器和打主系统中的小键盘、液晶显

16、示器和打印机等常用设备用于实现人机对话。印机等常用设备用于实现人机对话。二、CPU主系统保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述1、开关量输出电路开关量输出电路 在微机保护装置中设有开关量输出在微机保护装置中设有开关量输出(DO，简称开，简称开出出)电路，用于驱动各种继电器。例如跳闸出口继电器电路，用于驱动各种继电器。例如跳闸出口继电器、重合闸出口继电器、装置故障告警继电器等。、重合闸出口继电器、装置故障告警继电器等。三、开关量输入输出电路开关量输入输出电路保护保护 2009/2变电站自动化变电站自

17、动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述1保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述 微机保护装置中一般应设置几路开关量输入电路微机保护装置中一般应设置几路开关量输入电路。开关量输入电路主要是将外部一些开关接点引入微。开关量输入电路主要是将外部一些开关接点引入微机保护的电路，通常这些外部接点不能直接引入微机机保护的电路，通常这些外部接点不能直接引入微机保护装置，而必须经过光电隔离芯片引入。开关量输保护装置，而必须经过光电隔离芯片引入。开关量输入电路

18、包括断路器和隔离开关的辅助触点或跳合闸位入电路包括断路器和隔离开关的辅助触点或跳合闸位置继电器接点输入，外部装置闭锁重合闸触点输入，置继电器接点输入，外部装置闭锁重合闸触点输入，轻瓦斯和重瓦斯继电器接点输入，及装置上连接片位轻瓦斯和重瓦斯继电器接点输入，及装置上连接片位置输入等回路。置输入等回路。2）开关量输入电路开关量输入电路保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述

19、述 微机保护的硬件分为微机保护的硬件分为监控插件监控插件和保护和保护插件插件两大部两大部分，与之相对应的软件也分为分，与之相对应的软件也分为监控监控软件和保护软件两软件和保护软件两大部分。大部分。1.监控监控软件软件（人机对话软件）（人机对话软件） 监控监控软件是指人机软件是指人机对话插件对话插件的软件，其程序分为的软件，其程序分为主主监控程序和运行程序。监控程序和运行程序。主主监控程序主要是键盘命令监控程序主要是键盘命令处理程序，是为处理程序，是为监控监控插件及各插件及各CPU保护插件进行调节保护插件进行调节和整定而设置的程序。运行程序由主程序和定时中断和整定而设置的程序。运行程序由主程序和

20、定时中断服务程序构成。主程序的任务是完成巡检、键盘扫描服务程序构成。主程序的任务是完成巡检、键盘扫描和处理及故障信息的排列和打印；定时中断服务程序和处理及故障信息的排列和打印；定时中断服务程序包括软件时钟程序，以硬件时钟控制并同步各包括软件时钟程序，以硬件时钟控制并同步各CPU插插件的软时钟，和检测各件的软时钟，和检测各CPU插件启动元件是否动作的插件启动元件是否动作的检测启动程序。检测启动程序。 3 3 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2. 保护

21、软件保护软件 保护软件为主程序和两个中断服务程序。保护软件为主程序和两个中断服务程序。主程序包括初始化和自检循环模块、保护逻主程序包括初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块及跳闸处理模块。中断服务程序辑判断模块及跳闸处理模块。中断服务程序有定时采样中断服务程序和串行口通信中断有定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。服务程序。3. 中断服务程序中断服务程序 绝大多数的工程计算机的应用软件都采绝大多数的工程计算机的应用软件都采用了中断技术，特别是实时性要求较强的系用了中断技术，特别是实时性要求较强的系统，更离不开中断的工作方式。继电保护系统，更离不开中断的工作方式。继电保护系统是一种对时间

22、要求很高的实时系统，一方统是一种对时间要求很高的实时系统，一方面要求实时地采集各种输入信号，随时跟踪面要求实时地采集各种输入信号，随时跟踪系统运行工况；另一方面，在电力系统短路系统运行工况；另一方面，在电力系统短路时，应快速判别短路的位置或区域，尽快切时，应快速判别短路的位置或区域，尽快切除短路故障。除短路故障。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述 对保护装置而言，电力系统状态是对保护装置而言，电力系统状态是保护最关心的外部事件，必须每时每刻保护最关心的外部事件，必须每时每刻掌握保护对象的系统状

23、态，这就要求保掌握保护对象的系统状态，这就要求保护定时采样系统状态，常采用定时器中护定时采样系统状态，常采用定时器中断方式断方式(较高级别的中断较高级别的中断)，每经过，每经过1.66ms中断原程序的运行，转去执行采中断原程序的运行，转去执行采样计算的服务程序。采样结束后，通过样计算的服务程序。采样结束后，通过存储器中的特定存储单元将采样计算结存储器中的特定存储单元将采样计算结果送给原程序，然后再去执行被中断了果送给原程序，然后再去执行被中断了的程序，这就是定时采样中断服务程序的程序，这就是定时采样中断服务程序。 保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数

24、字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述 保护装置应随时接受工作人员利用保护装置应随时接受工作人员利用人机对话方式进行的干预人机对话方式进行的干预(即改变保护装即改变保护装置的工作状态、查询系统运行参数、调置的工作状态、查询系统运行参数、调试保护装置试保护装置)保护工作。保护工作。 对保护的高层次干预是系统机与保对保护的高层次干预是系统机与保护的通信要求，这种通信要求常用主从护的通信要求，这种通信要求常用主从式串行口通信实现。当主机对保护装置式串行口通信实现。当主机对保护装置有通信要求时，或者接口有通信要求时，或者接口CPU对保护对保护CPU提出巡检要求时，保护串行通信口提出巡

25、检要求时，保护串行通信口提出中断请求，在中断响应时，转去执提出中断请求，在中断响应时，转去执行串行口通信的中断服务程序。行串行口通信的中断服务程序。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述微机保护微机保护装置典型装置典型人机对话人机对话菜单菜单保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述一一、数字滤波器的优点、数字滤波器的优点 前面提到的模拟低通滤波器的作用主要前面提到的模拟低通滤波器的作用主要是滤掉是滤掉f

26、s/2以上的高频分量，以防止混叠现以上的高频分量，以防止混叠现象产生，而数字滤波器的用途是滤去各种特象产生，而数字滤波器的用途是滤去各种特定次数的谐波，特别是接近工频的谐波。数定次数的谐波，特别是接近工频的谐波。数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是纯硬件字滤波器不同于模拟滤波器，它不是纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能。数字变算法或某些系数即可改变滤波性能。数字滤波器与模拟滤波器相比，有如下优点：滤波器与模拟滤波器相比，有如下优点：(1) 数字滤波器不需增加硬设备，所以系统可数字滤波器不需增加硬设备，所以系统可靠性高

27、，不存在阻抗匹配问题。靠性高，不存在阻抗匹配问题。 &4 微机保护的数字滤波器微机保护的数字滤波器保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述(2) 使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。波方法，或改变滤波器的参数。 (3) 数字滤波器是靠软件来实现的，没有物理器数字滤波器是靠软件来实现的，没有物理器件，所以不存在特性差异。件，所以不存在特性差异。(4) 数字滤波器不存在由于元件老化及温度变化数字滤波器不存在由于元件老化及温度变化

28、对滤波性能的影响。对滤波性能的影响。(5) 精度高。精度高。 数字滤波器框图所示。数字滤波器框图所示。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述二、数字滤波器的分类二、数字滤波器的分类1、按频率响应的通带划分、按频率响应的通带划分02)(jeH02)(jeH02)(jeH02)(jeH低通低通高通高通带通带通带阻带阻保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2、按单位抽样响应的时间特性划分、按单位抽样响应的时

29、间特性划分NkjkkMmjmmjNkkkMmmmNkkMmmeaebeHzazbzHknyamnxbny1010101)(1)()()()(保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述3、按实现方法和类型分、按实现方法和类型分1）递归型）递归型MmNknmknyamnxbny01)()()(Mmmmnxbny0)()(2）非递归型）非递归型保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述三、非递归型数字滤波器设计 梳

30、状滤波器是非递归型数字滤波器最常见的一种滤波器。其特点：1）可抑制非周期分量和某些整次谐波2）只作加减运算，不做乘除运算3）滤波器没有极点，不存在稳定性问4）暂态延时=k Ts ,可提高采样频率减少保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述1、差分滤波器1112122/2cos1sin)(sin2sin2sin22sin2sin)cos1 ()(sin)cos1 (1)(1)()()()(ffNffmffkkarctgNmkNffkffkkkkeHkjkeeHzzHknxnxnysssjjkjk某次谐

31、波频率某次谐波频率数字频率数字频率一个工频周期采样的次数一个工频周期采样的次数保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2 , 1 , 00sin2sin2)(INkkNINkmeHj m=NI/k 即f=mf1=I(N/k)f1=If m时，H(f)=0,经差分滤波后，输入信号中的直流分量以及频率为f的谐波分量完全滤除。0fm2fm3fm4fm)(jeH保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述例 N=k时

32、， f=I(N/k)f1=If1 I=0,1,2,3 即该差分滤波器可滤除直流、基频及所有整次谐波分量。例 y(n)=x(n)-x(n-4) H(z)=1-z-4采样频率为1000Hz k=4 N=fs/f1=1000/50=20 滤除的谐波次数为 m=(N/k)I=5I I=0,1,2.即 m=0,5,10.完全滤去直流及5，10，.次谐波。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2、积分滤波器ssjkkffffkkkeHzzzzzzHknxnxnxnxnysin)1(sinsin)cos1 ()

33、1(sin)1cos(1)(11.1)()(.)2()1()()(22221)1(21可滤除的滤波次数为可滤除的滤波次数为 m=NI/(k+1) I=0,1,2,.保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述3、加减滤波器、加减滤波器1)1(211) 1(1) 1(.1)()() 1(.)2() 1()()(zzzzzzHknxnxnxnxnykkkkkk为奇数，可滤去的谐波次数为奇数，可滤去的谐波次数 m=NI/(k+1)k为偶数，可滤去的谐波次数为偶数，可滤去的谐波次数 m=(0.5+I)N/(k+

34、1)I=0,1,2,.保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述几个简单梳状滤波器的级联滤波单元滤波单元1滤波单元滤波单元2滤波单元滤波单元n x(n) y1(n) y(n)mijijmiieHeHzHzH11)()()()(例4-1 试用简单梳状单元的级联组合构成一滤波器，采样频率为1000Hz,完全去直流及2、4、5、6、8、10次谐波。)1()1(1)1()1()1()1()1()1()1()1)(1()1)(1()1()(1)14(4151)14(154115541zzzzzzzzzzzzzz

35、zH差分滤波器差分滤波器积分滤波器积分滤波器加减滤波器加减滤波器滤去直流及滤去直流及5、10次谐波次谐波滤去滤去4、8、12次谐波次谐波滤去滤去2、6、10次谐波次谐波保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述&5 &5 微机保护算法微机保护算法根据输入电气量的若干点采样值，通过一定的数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与定值进行比较。分析和评价各种不同算法优劣的标准是精度和速度。速度包括算法所需的采样点数和算法的运算工作量。精度与速度往往存在矛盾。算法是否本身包括数学滤波功能。

36、保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述22mm00sin() dsindTTSUtatUt t22SU一、一、 正弦函数的算法正弦函数的算法 1 1、半周绝对值积分算法半周绝对值积分算法 半周绝对值积分算法依据是一个正弦量在任意半半周绝对值积分算法依据是一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一个常数个周期内绝对值的积分为一个常数S S( (即正比于信号的即正比于信号的有效值有效值) )。 从而可求出幅值从而可求出幅值可用梯形法则近似求得可用梯形法则近似求得 / 2 10/ 2S11122NkNk

37、SuuuT保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述式中式中 T TS S 采样间隔；采样间隔； U Um m 电压最大值；电压最大值；u u0 0、uNuN/2 /2 第第0 0、K K、N N/2/2次的采样值。次的采样值。 半周绝对值积分法有一定的滤除高频分半周绝对值积分法有一定的滤除高频分量的能力，因为叠加在基频成分上的幅度不量的能力，因为叠加在基频成分上的幅度不大的高频分量，在积分中其对称的正负部分大的高频分量，在积分中其对称的正负部分相互抵消，剩余的未被抵消的部分占的比重相互抵消，剩余的未

38、被抵消的部分占的比重减小了，但它不能抑制直流分量。这种算法减小了，但它不能抑制直流分量。这种算法适用于要求不高的电流、电压保护，因为它适用于要求不高的电流、电压保护，因为它运算量极小，可用非常简单的硬件实现。另运算量极小，可用非常简单的硬件实现。另外，它所需要的数据仅为半个周期，即数据外，它所需要的数据仅为半个周期，即数据长度为长度为10ms10ms。保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2222t1t1m2uuUU2222t1t1m2iiII22t1t112uUu22t1t112iIi2 2、一

39、阶导数算法、一阶导数算法 导数算法是利用正弦函数求导后为余弦函数导数算法是利用正弦函数求导后为余弦函数的特点来求采样值的幅值和相位的一种方法。的特点来求采样值的幅值和相位的一种方法。设设t1m1t1m1t1m11m1sincossin()cos()tuUtuUtiItiIt 保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述 在计算机中，常用差分来代替求导数，在计算机中，常用差分来代替求导数， 设设u，i对应对应 时刻为时刻为 ， ， 对应对应 时刻为时刻为 ， ， 计算时刻计算时刻 t1 位于位于 和和 的

40、中间，的中间，则则 ， 而该时刻电压的导数而该时刻电压的导数 。ktkukik 1tk 1uk 1iktk 1tt1kk 1()/2uuut1kk 1S()/Tuuu tk-1 tk t1 u(t)Ts=tk-tk-1保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述3、两点采样算法设 tUumsin若相隔若相隔/2采集采集2点，有点，有112211cos)2sin(sinsintUtUtUutUummmm平方相加得有效值22221uuU 同理可得同理可得22221iiIQUIiuiuPUIiuiu2sin2

41、2cos212212211简单快速。无滤波作用，输入信号有谐波分量会影简单快速。无滤波作用，输入信号有谐波分量会影响计算精度。响计算精度。 )sin(tIim2221122112212221222122212211221122212221222122212sin2cosiiiuiuUIiuiuiiuuZXiiiuiuUIiuiuiiuuZRiiuuIUZ保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述两点乘积算法从原理上并不是必须用相隔的两个采样值。t1m1t1m1sinsin()uUtiItt2m21t2

42、m2m1sinsin()sin()sin ()muUtUttiItItt 保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述t1 t1mm11sin(sin)u iU Ittmm1coscos(2)2U Itt2 t2mm11sin()sin()u iU ItTtT mm1coscos(22)2U ItTt1 t2mm11sinsin()u iU IttT mm1cos()cos(2)2U ITtTt2 t1mm11sin()sin()u iU ItTt mm1cos()cos(2)2U ITtT保护保护 2

43、009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述mmt1 t1t2 t212cos2coscos(2)2U Iu iu iTtTmmt1 t2t2 t112coscos2cos(2)2U Iu iu iTtTt1 t1t2 t2t1 t2t2 t1mm2coscossinu iu iu iu iTU ITt1 t2t2 t1mmsinsinu iu iU IT若用同一电压或电流信号的采样值相乘，则若用同一电压或电流信号的采样值相乘，则 =0，此时可得此时可得保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统

44、软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述222t1t 2t1t2m22cossinuuu uTUT222t1t 2t1 t 2m22cossiniii iTIT保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述二、二、傅里叶算法傅里叶算法 正弦函数模型算法只是对理想情况的电流和电压正弦函数模型算法只是对理想情况的电流和电压波形进行了粗略的计算，而故障时的电流和电压波形波形进行了粗略的计算，而故障时的电流和电压波形畸变较大，通常假设包含各种分量的周期函数。在微畸变较大，通常假设

45、包含各种分量的周期函数。在微机保护装置中，针对这种模型，提出了傅里叶算法。机保护装置中，针对这种模型，提出了傅里叶算法。傅里叶算法是一个被广泛应用的算法，它本身具有滤傅里叶算法是一个被广泛应用的算法，它本身具有滤波作用。波作用。 设被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，可设被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，可表示为表示为 000sincosnnnx tantbnt对于基波分量，取对于基波分量，取n n=1=1，则可得，则可得 11010sincosx tatbt保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概

46、 述述 21022sindTTax tt tT 21022cosdTTbx tt tT 1m101sin()xtXt1101102cossin2sincosXtXt1111112cos,2sinaXbX另一形式保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2221112abX221112abX111tanba在用微机处理时，取一周期的采样数据进行离散傅里在用微机处理时，取一周期的采样数据进行离散傅里叶变换，得叶变换，得 1C102cosNkXx kkN 1S102sinNkXx kkN保护保护 2009/

47、2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述式中式中 N 工频每周采样点数。工频每周采样点数。 、 经过离散傅里叶变换后基波分经过离散傅里叶变换后基波分量的虚部和实部。量的虚部和实部。求基波分量的离散计算公式。由求基波分量的离散计算公式。由 、 即可求即可求出基波分量的有出基波分量的有 S1XC1XS1X221C1S12XXX1C11SarctanXX类似地，可得出求类似地，可得出求n次谐波的虚部和实部分量的公式为次谐波的虚部和实部分量的公式为 1Cn02cosNkXx knkN 1Sn02sinNkXx knkNC1X保

48、护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述&6 微机线路保护微机线路保护一、电网相间短路电流保护1、三段式电流保护保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述三段式电流保护构成逻辑框图保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述2、反时限过电流保护、反时限过电流保护-特性特性 tp 时间系数，范围时间系数，范围0.

49、051 Ip 电流基准值电流基准值 I 故障电流故障电流反时限过反时限过电流保护电流保护配合配合反时限过反时限过电流与定电流与定时限过电时限过电流保护配合流保护配合保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述3 3、方向电流保护方向电流保护1）具有明确的方向性。1. 对功率方向判别元件的基本要求对功率方向判别元件的基本要求2）正方向故障有足够的灵敏性。1kIk1k22kI11E2EU2rI保护保护 2009/2变电站自动化变电站自动化硬件系统硬件系统软件构成软件构成数字滤波数字滤波保护算法保护算法线路保护线路保护概概 述述.Uk1k2 Ik2.180+ k2k1点短路向量图点短路向量图0k1 90 180 k2 +180 270 判别电压、电流之间的相角或短路功率的方判别电压、电流之间的相角或