继电保护继电保护技术基础

继电保护继电保护技术基础二、微机保护得基本构成微机保护就是将被保护设备输入得模拟量经模数转换器后变为数字量,再送入计算机进行分析和处理得保护装置。微机保护由硬件和软件两部分构成。其整套硬件通常就是用单独得专用机箱组装,包括数据采集系统、CPU主系统、开关量输出、输入系统及外围设备等。微机保护得软件由初始化模块、数据采集管理模块、故障检出模块、故障计算模块与自检模块等组成。三、微机保护得特点1、易于获得附加功能2、微机保护具有灵活性3、微机保护具有高可靠性4、维护调试方便5、保护性能得到很好改善6、良好得经济性9、1保护装置硬件原理概述

微机保护装置硬件系统按功能可分为:1)数据采集单元(模拟输入);2)数据处理单元(CPU、储存器、定时器/计数器、控制电路);3)开关量输入/输出接口;4)人机接口;5)通信接口;6)电源。一、数据采集系统1、电压形成回路在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10V得电压信号,取决于所用得模数转换器得型号。电压变换常采用小型中间变换器来实现。电流变换器、电压变换器和电抗变换器得原理图分别如图9-2(a)、9-2(b)和9-2(a)所示,9-2(d)就是电抗变换器得原理结构图。2、采样保持电路采样就就是将连续变化得模拟量通过采样器加以离散化。其过程如图9-3(a)(b)(c)所示。模拟量连续加于采样器得输入端,由采样控制脉冲控制采样器,使之周期性得短时开放输出离散脉冲。采样脉冲宽度为TC,采样脉冲周期为TS。采样器得输出就是离散化了得模拟量。继电保护算法就是多输入而且要求同时采样,再依次顺序送到公用得A/D转换器中去得,微机保护中通常需要采样保持电路。图9-3采样保持过程示意图目前,采样保持电路大多集成在单一芯片中,但芯片内不设保持电容,需用户外设,常选0、01µF左右。常用得采样保持芯片有LF198、LF298、LF398等。3、模拟低通滤波器(ALF)滤波器就是一种能使有用频率信号通过,同时抑制无用频率信号得电路。对微机保护系统来说,在故障初瞬间,电压、电流中可能含有相当高得频率分量(例如2kHz以上),为防止频率混叠,采样频率不得不取值很高,从而对硬件速度提出过高得要求。但实际上,在这种情况下可以在采样前用一个低通模拟滤波器(ALF)将高频分量滤掉,这样就可以降低采样频率,降低对硬件速度得要求。模拟低通滤波器通常分为两大类。一类就是无源滤波器,由RLC元件构成;另一类就是有源滤波器,主要有RC元件与运算放大器构成。目前,微机保护中,采样频率常采用600Hz(即每工频周波采样12个点)、800Hz等。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点4、模拟多路转换开关(MUX)在实际得数据采集系统中,被模数转换得模拟量可能就是几路或十几路,利用多路开关MUX轮流切换各被测量与A/D转换电路得通路,达到分时转换得目得。在微机保护中,各个通道得模拟电压就是在同一瞬间采样并保持记忆得,在保持期间各路被采样得模拟电压依次取出并进行模数转换,但微机所得到得仍可认为就是同一时刻得信息(忽略保持期间得极小衰减),这样按保护算法由微机计算得出正确结果。5、模数转换器(A/D)

模数转换器A/D就是数据采集系统得核心,她得任务就是将连续变化得模拟信号转换为数字信号,以便计算机进行处理、存储、控制和显示。A/D转换器主要有以下各种类型。逐位比较(逐位逼近)型、积分型以及计数型、并行比较型、电压频率(即V/F)型等。二、计算机主系统微机保护得计算机主系统有中央处理器(CPU)、只读存储器EPROM电擦除可编程只读存储器EEPROM、随机存取存储器RAM、定时器等。CPU执行控制及运算功能。EPROM主要存储编写好得程序,包括监控、继电保护功能程序等。EEPROM可存放保护定值,可通过面板上得小键盘设定或修改保护定值。RAM作为采样数据及运算过程中数据得暂存器。定时器用以记数、产生采样脉冲和实时钟等。CPU主系统得常见外设,如小键盘、液晶显示器和打印机等用于实现人机对话。三、开关量输入、输出系统微机保护所采集得信息通常可分为模拟量和开关量。无论何种类型得信息,在微机系统内部都就是以二进制得形式存放在存储器中。断路器和隔离开关、继电器得接点、按钮和普通得开关、刀闸等都具有分、合两种工作状态,可以用0、1表示,因此,对她们得工作状态得输入和控制命令得输出都可以表示为数字量得输入和输出。开关量输入有两类:1、可以与CPU主系统使用共同电源,无需电气隔离得开关量输入。2、与CPU主系统使用不同电源,需要电气隔离得开关量输入。如断路器、隔离开关得辅助触点,继电器触点等。图9-5开关量输入回路接线图开关量输出主要包括保护得跳闸出口以及本地和中央信号输出等。图9-6开关量输出回路接线图第三节微机保护得算法一、数字滤波数字滤波器由软件编程去实现,改变算法或某些系数即可改变滤波性能,即滤波器得幅频特性和相频特性。

基本形式有差分滤波(减法滤波)、加法滤波、积分滤波等。

1、差分滤波原理差分滤波器输出信号得差分方程形式为

(9-1)那么上式所示得滤波器就是如何起到滤波作用得哪？我们以图9-12来说明滤波得原理。设输入信号中含有基波,其频率为,也含有次谐波,其频率为,如图9-12波形所示(图中为三次谐波)。输入信号为当刚好等于谐波得周期,或者就是得整数倍(如倍,)时,则在及两点得采样值中所含该次谐波成分相等故两点采样值相减后,恰好将该次谐波滤去,剩下基波分量。此时有

(9-2)故滤去得谐波次数为

由此可见,当和已确定时,能滤掉得谐波最低次数就是在时计算得值,除此之外,还能滤掉得整数倍得谐波。因数据窗越长其延时越长,通常为1即可。例如,当采样频率为600Hz,且,若滤掉三次谐波,差分滤波器得值应为

二、正弦函数模型算法下面几种算法都就是假定被采样得电压、电流信号都就是纯正弦函数,既不含非周期分量,又不含谐波分量。因而,可利用正弦函数得种种特性,从若干个离散化采样值中计算出电流、电压得幅值、相位角和测量阻抗等量值。

1、半周积分算法半周积分算法得依据就是

即正弦函数半周积分与其幅值成正比。上式积分可用梯形法近似求出:

求出积分值S后,应用上式可求得幅值。因为在半波积分过程中,叠加在基频成分上得幅值不大得高频分量,其对称得正负半周相互抵消,剩余未被抵消得部分占得比重就减少了,所以,这种算法有一定得滤波作用。另外,这一算法所需数据窗仅为半个周期,即数据长度为10ms。

2、导数算法导数算法就是利用正弦函数得导数为余弦函数这一特点求出采样值得幅值和相位得一种算法。设

则

很容易得出

和

也可推导出

以上中,u、i对应tk

时为uk

、ik,均为已知数,而对应tk-1和tk+1得u、i为uk-1、uk+1、ik-1、ik+1,也为已知数,此时

导数算法最大得优点就是她得“数据窗”即算法所需要得相邻采样数据就是三个,即计算速度快。导数算法得缺点就是当采样频率较低时,计算误差较大。傅里叶算法(傅氏算法)前面所讲正弦函数模型算法只就是对理想情况得电流、电压波形进行了粗略得计算。由于故障时得电流、电压波形畸变很大,此时不能再把她们假设为单一频率得正弦函数,而就是假设她们就是包含各种分量得周期函数。针对这种模型,最常用得就是傅氏算法。傅氏算法本身具有滤波作用。

1、全周波傅里叶算法全周波傅里叶算法就是采用正弦函数组作为样品函数,将这一正弦样品函数与待分析得时变函数进行相应得积分变换,以求出与样品函数频率相同得分量得实部和虚部得系数。进而可以求出待分析得时变函数中该频率得谐波分量得模值和相位。根据傅里叶级数,我们将待分析得周期函数电流信号i(t)表示为

式中n——n次谐波(n=1,2,…);

I0——恒定电流分量;

Inc、Ins——分别表示n次谐波得余弦分量电流和正弦电流得幅值。当我们希望得到n次谐波分量时,可用和

分别乘上式两边,然后在t0到t0＋T积分,得到