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1、计算机继电保护MICROPROCESSOR_BASED TECHNOLOGY APPLIED TO RELAYING,张正团 13305339837 ,微机保护原理Principle of Microprocessor Based Protection(Principle of Digital Protection),主要内容： 信号处理基础 输入信号予处理 数字滤波 保护算法 软硬件结构,一、概 述,总体水平 动作特性优良 工作速度和可靠性大大提高 高压输电线路上的标准配置方案 中低压送配电网络中开始推广应用 元件保护发展迅速,（一）、微机保护的基本发展过程,第一阶段（ 60年代中期至70年
2、代初期 ） 理论探索： 保护算法、数字滤波的研究 早期样机及试验 方案 ：单机集中保护方案,基本方案,单机集中保护方案 使用一台中、小型计算机 完成整个变电站的保护功能 完成整个变电站的控制功能,主要问题：,(1)运算速度的限制 要求完成整个变电站的保护控制功能： 小型计算机难以胜任 中型和大型计算机：性能价格比差 (2)可靠性问题 计算机软、硬件故障： 整个变电站失去保护和控制功能 软、硬件冗余：性能价格比差,2. 第二阶段（ 70年代中期至80年代中期 ） 实用化初期 外部条件： 计算机技术出现重大突破 微型处理器/计算机得到广泛应用 微型处理器/计算机价格大大下降 保护算法、数字滤波的研
3、究相对成熟,保护方案,研究重点：线路保护 研究开发相对集中 保护算法相对复杂 研究成果用于元件保护相对容易 保护方案 单处理器/单片机方案 采用单片微处理器（以后大都改用单片机）完成一条线路的全部保护功能,保护方案,分时方式 故障起动后，循环执行相间距离保护（或相间电流保护）接地距离保护（或零序电流保护）重合闸保护功能程序 故障分类方式 故障启动后首先进行故障分类，再根据分类结果执行相应的保护功能算法。,3.第三阶段（80年代后期至90年代中期）,微机保护推广应用阶段 外部条件： 单片机价格大幅度下降 单片机性能大幅度提升 微机保护发展特点 采用多（单片机）结构 线路保护相对成熟 元件保护进入
4、实用化阶段 硬件结构以及制造水平大大提高，装置的故障率显著下降,多结构主要优点,保护的可靠性大大提高 各插件之间相对独立 （某一插件故障时可保留其它插件的保护功能 ） 保护的动作速度大大提高 整套保护装置以多并行方式完成全部保护功能计算，从而提高了保护的动作速度。,4. 90年代中期以来,微机保护进入成熟阶段 外部条件： 新型高性能单片机开始获得应用 新型高性能DSP开始获得应用 网络通讯技术的应用 微机保护发展特点 高压、超高压电网已经广泛使用 中低压电网中开始广泛应用 元件保护的发展迅速 新技术、保护新原理与新算法的引入,新型高性能单片机/ DSP的使用 高性能32位单片机 片内集成了各种
5、通用硬件，大大简化硬件设计 总线不出芯片，大大提高了装置的抗干扰性 运算能力更强 专用数字处理器DSP 计算能力强、精度高、总线速度快 专用硬件实现定点和浮点加乘（矩阵）运算 为引入ANN，小波分析等信号处理算法提供方便,网络通讯技术的应用,现场总线网络接口的配置 与变电站综合自动化接口 现场总线的双网接口配置，互为备用 接口A：与变电站综合自动化通信 接口B ：分散录波功能（录波数据传送） 分布式保护的发展 分布式母线保护的研究和应用 分布式母线方向保护 分布式母线差动保护 广域后备纵联保护的研究 ATM高速网络通讯技术，实现快速的广域后备， 解决传统后备保护阶梯时限特性带来的问题,保护新算
6、法研究 自适应控制 自适应电流保护的应用 模糊控制 变压器保护多判据的模糊逻辑控制 小波变换理论 基于小波分析的行波故障定位,保护新原理研究 神经网络保护 神经网络距离、变压器保护的研究 暂态保护 无通信暂态电流保护的研究,（二）、微机保护的基本结构,本质：具有保护功能的微机系统 典型结构框图,基本组成部分,数据处理单元：微机主系统 ： 目前大都选用不同类型的单片机/DSP 新型单片机/DSP可集成、存储器、A/D转换器和I/O端口等 存储器： EPROM：用于存放微机保护基本程序 E2PROM：用于存放微机保护动作整定值 ，便于手动或远方修改 ROM：存放实时采样数据、中间运算结果、跳闸及故
7、障标志字等,2. 数据采集单元 电压形成回路 模拟信号电平转换 模拟低通滤波器 采样定理的要求 采样保持器 模拟信号时间离散化 模数转换器 模拟信号幅值离散化,3. I/O端口 开关量输入/输出口 通信接口 开关量输入电路,具有自检能力的开关量输出电路,开关量输出电路,通信接口插件：,4、人机接口回路原理 1)人机接口回路 微机保护的人机接口回路是指键盘、显示器及CPU插件电路。 作用：通过键盘和显示器完成人机对话任务、时钟校对及CPU插件通信和巡检任务。 在单CPU结构的保护中，接口CPU就由保护CPU兼任。 在多CPU结构保护中，另设专用的人机接口CPU插件。,结构图： 单CPU 多CPU
8、,2）键盘、显示器接口 键盘处理内容： 落键识别、键号识别、重键处理。,3)液晶显示电路： 主要由多功能异步通信接收发送器8256芯片控制。液晶显示电路以菜单的形式显示各键盘操作及执行结果。,（三）、微机保护的特点,保护功能由软件实现,便于修改动作特性 数据重复使用,实现不同保护功能 采用数字信号处理技术, 实现更好的动作特性 采用数字存储技术,容易实现故障录波和事故分析 容易实现数字通信 软硬件标准化 完善的自动测试和监视功能,主要优点,具有更强的灵活性 具有更好的保护性能 运行维护方便 具有更高的可靠性,高压线路微机保护 低压线路微机保护,二、微机保护硬件的一般结构,采用工控机的微机元件保
9、护一般结构,分相差动保护模块 分相差动微机保护 装置硬件结构框图,微机变压器成套保护的硬件结构举例,三、微机保护软件的一般结构,主要部分：主程序（包括自检循环程序和故障处理功能程序）和采样中断处理程序。 保护装置正常运行时，微机保护在完成系统初始化和初始化自检后，开放中断，并根据是否满足故障起动条件而进入自检循环程序或故障处理程序。 在相应的循环程序中，按同步采样周期接受采样中断请求进入采样中断程序。,主程序流程 保护装置接通电源或整组复位时，CPU响应复位中断，进入主程序入口。 主程序执行系统初始化功能，包括微机系统初始化、整定值加载、输入输出口的置位与复归等。 初始化自检。初始化自检就是对
10、系统硬件进行全面自检。通过自检，可以迅速发现保护装置软、硬件故障，发出警告信号并闭锁保护出口。,自检正确，主程序进行运行方式判别；否则告警并闭锁保护，等待专业人员检查。 自检循环程序中，如果检测到故障起动标志，则进入故障处理程序，进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断与时序处理，告警与跳闸出口处理等。其中，保护的算法计算是完成微机保护功能的核心模块。其主要内容有：采样数据的数字滤波、故障特征量计算、保护的动作判据计算等。 在故障处理程序完成保护跳闸和重合闸等全部故障处理任务、整组复归时间到后，执行整组复归操作，保护装置返回到故障前的状态，为下一次保护动作做好准备。,采样中断程序流程 在自检循环程序和故障处理程序中，都需要响应采样中断，执行采样中断程序。 采样中断程序中主要进行模拟量采集与起动判据的计算等功能。 采样中断程序中，在响应采样中断后，执行数据采集任务，完成各通道模拟量的采样保持和A/D转换，并将获得的采样数据按一定规则存入数据缓冲区，便于故障处理程序取用。 在完成数据采集后，根据故障起动标志确定是否进入故障起动判据程序。如果故障起动标志未置位，则需运行起动判据计算程序后中断返回；如果故障起动标志已置位，直接中断返回以节约计算机时。,
