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1、第二章 微机保护的软件原理,微机保护硬件工作过程 现场采集到的交流量经模拟量输入回路，转换成数字量，存放在RAM； 经CPU调用存放在EPROM的程序对采集的数据进行计算，计算结果与存放在E2PROM的定值比较，并结合开关量输入情况作出相应的判断； 发现系统异常，通过输出通道动作于信号或断路器跳闸； 人机对话主要用于调试、整定、监视装置。,多CPU微机保护装置特点 按功能配置多个CPU模块，模块硬件相同，分别完成不同的保护及人机接口功能； 任一模块损坏不影响其它模块工作，减少闭锁整套装置的可能； 可实现三取二的保护启动方式，提高保护动作的可靠性； 采用主从分布式的工控系统，既提高装置整体可靠性
2、，又方便运行中对某一保护维护。,2.1 微机保护软件系统配置,微机保护软件包括接口软件和保护软件。 （1）接口软件接口软件指人机接口软件，包括监控程序和运行程序两部分；运行程序又分主程序和中断服务程序。监控程序：键盘命令处理程序，完成调试和整定；运行程序: -主程序：完成巡检、键盘扫描、信息排列及打印； -中断服务程序：分软件时钟程序（产生定时中断服务）、对时程序、检测启动程序（保护是否起动）,微机保护的流程图,程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述。微机保护的流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作过程和逻辑关系。,流程图的优点： （a）采用简单规范的符号，画法简单；
3、（b）结构清晰，逻辑性强； （c）便于描述，容易理解。,中断功能的作用,为了满足实时系统的快速性和实时性要求，微型机的中断机制是一种很有效的实现手段之一。,中断的作用 当各种参数、信息、活动等需要及时处理时，可以在任意时刻向微机发出中断请求，要求微型机快速响应，达到快速处理的目的。实现微型机和其他设备同时工作，并实现对异常情况的自行处理 中断源-定时器中断、通信中断、异常中断 中断优先级别,（2）保护软件各CPU保护软件配置主程序和两个中断服务程序。 主程序：配置初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块、跳闸（及后加速）处理模块；后两个模块又称故障处理模块；保护逻辑判断模块随保护装置而定，其它两
4、模块基本相同； 定时采样中断服务程序（依采样算法和装置要求）和串行口通信中断服务程序（按通信规约）,（3）保护软件三种工作状态保护工作状态可由面板切换开关或菜单选择。 “运行”保护处于运行状态，执行保护主程序和中断服务程序； “调试”选“调试”工作状态后复位CPU，用于保护调试； “不对应”选“调试”工作状态不复位CPU，用于对模数插件进行调试，防止频繁报警和动作。,不对应状态的进入：方式开关在运行位置上电，然后再将方式开关转至调试位置，不按复位按钮，进入“不对应”状态 不对应状态下该保护只有采样功能 不对应状态主要用于调试数据采集系统,微机保护的程序模块 主程序 采样中断服务程序 保护起动元
5、件逻辑 故障处理程序 跳闸及后加速逻辑程序,1。主程序框图,上电或复归,初始化（一）,工作方式,初始化（二）,全面自检,数据采集 系统初始化,QDB=1 ZDB=1,开放中断,等待60ms,下接A,调试,至监控 程序,不通过,告警,A,整组复归入口,清零所有标志及计数器（包括清零QDB和ZDB） 所有开出量返回,有报告？,通用自检项目,保护专用自检项目,CX自 检循环,N,Y,向人机对话 插件送报告,（1）初始化,（2）自检内容和方式,障字符代码）和故障时间及故障类型说明。,（3）开放中断和等待中断,（4）自检循环,2。采样中断服务程序框图,采样中断服务程序框图如图所示。主要包括采样计算，TA
6、、TV断线自检和保护起动元件三个部分。同时还可以根据不同的保护特点，增加一些检测被保护系统状态的程序。,（1）TV断线自检对小接地电流系统，当正序电压小于30V，任一相电流大于0.1A，且负序电压大于8V，延时10s不消失，可判断TV断线； 对大接地电流系统，可用,（2）TA断线自检,(3)起动元件,突变量起动，两两相邻周期突变量差；,段电流起动元件起动元件能否起动，还需判断相应的连接片、软压板等开入量是否满足要求。,3、 故障处理程序原理,微机保护软件原理,4、主程序与各模块间关系,主 程 序,保护 逻辑 判断,跳闸 及后 加速,采样 中断,故障 处理,保护起动,返回,保护装置正常运行时，执
7、行主程序进行自检循环；定时中断执行采样服务； 判断一次系统正常，采样完成后返回主程序；若判断故障，启动保护，进入故障处理程序； 经保护逻辑判断，区内故障驱动出口跳闸；区外故障或故障消失，返回主程序（无采样中断信号）；保护延时大于采样间隔，定时中断也可进入采样服务。,保护程序结构图,初始化 及自检,整组复归,自检循环,采样,启动元件 启动？,故障计算,主程序入口,中断程序入口,故障处理程序入口,响应中断,从中断返回,从中断返回,Y,N,整组复归入口,上电或复位,初始化(1),工作方式？,初始化(2),全面自检,数据采集系统初始化,QDB=1，ZDB=1,开中断,等待60ms,清所有标志，开出量返
8、回,有报告？,通用自检,专用自检,打印报告,调试,运行,错误,通过,告警,自检循环,整组复归,主程序流程图,主程序,功能 初始化 自检 打印报告 振荡闭锁模块 执行 上电 复位,中断服务程序,功能 采样（读数） 电流电压求和自检 启动元件（DI1） 发展性故障判别元件DI2 执行 响应定时器中断后执行 每TS时间执行一次 在TS内必须执行完毕,故障处理程序,功能 故障计算 保护逻辑（重合闸逻辑） 跳（合）闸逻辑 执行 启动元件动作后进入该程序,主要标志及含义,QDB：起动标志，由DI1动作时置“1” ZDB：振荡闭锁标志，进入振荡闭锁时置“1”标志QDB和ZDB置“1”（初始时标志位），使起动
9、元件DI1旁路，暂时退出突变量启动元件，以防在采样存储不足够的采样值前有突变量而误动 待中断开放后经过60ms等待，装置进入稳态，采样区已有三周波的数据，再在整组复归环节中把所有标志清零，此时才投入起动元件DI1LHCB：电流求和出错标志，求和出错时置“1” YHCB：电压求和出错标志，求和出错时置“1” DIFLGB：发展性故障标志，DI2动作时置“1” SXB：收信标志，收信机收到信号持续57ms时， 置该标志为“1”,QDB和ZDB标志对程序的切换,QDB1和ZDB1时，只有采样功能 QDB0、ZDB0时，采样、电压电流求和自检和起动元件DI1均投入 QDB1、ZDB0时，若判断为单相接
10、地故障投入DI2 QDB0、ZDB1时，进入振荡闭锁状态，求和自检、DI1和DI2均退出,电流电压求和自检,电压求和自检有问题，使标志YHCB1，告警并退出保护 电流求和自检有问题，使标志LHCB1，并使QDB1，告警报告DACERR，关闭采样中断，闭锁保护 可检测电压互感器二次一相或两相断线，数据采集系统异常、电流互感器二次回路断线,2.2 微机保护的算法,一、概述,算法定义,微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的方法称为算法。,算法的分类,1、根据输入电气量的若干采样值计算保护所反应的量值，然后与给定值进行比较； 2、根据动作方程
11、来判断故障是否在动作区内。,性能指标,1、精度 2、速度。（1）算法所要求的采样点数（数据窗长度） （2）算法的运算工作量 3、算法的数字滤波功能,二、正弦函数模型法,下面几种算法都是假定被采样的电压、电流信号都是纯正弦函数，既不含非周期分量，又不含谐波分量。因而，可利用正弦函数的种种特性，从若干个离散化采样值中计算出电流、电压的幅值、相位角和测量阻抗等量值。,1半周积分算法,半周积分算法的依据是,(8-6),即正弦函数半周积分与其幅值成正比。,式中 uk第K次采样值;N一周期T内的采样点数;u0k0时的采样值;u N/2 kN/2时的采样值。 求出积分值S后，应用式(8-6)可求得幅值。因为
12、在半波积分过程中，叠加在基频成分上的幅值不大的高频分量，其对称的正负半周相互抵消，剩余未被抵消的部分占的比重就减少了，所以，这种算法有一定的滤波作用。另外，这一算法所需数据窗仅为半个周期，即数据长度为10ms。,式(8-6)的积分可以用梯形法则近似求出：,2.导数算法,导数算法是利用正弦函数的导数为余弦函数这一特点求出采样值的幅值和相位的一种算法。,设,则,(8-8),很容易得出,(8-9),(8-10),和,(8-11),根据式(8-8)，我们也可推导出,(8-12),(8-13),式(8-9)式(8-13)中，u、i对应tk 时为uk 、ik，均为已知数，而对应tk-1和tk+1的u、i为
13、u k-1、u k+1、i k-1、i k+1，也为已知数，此时,(8-14),（8-15）,（8-16）,（8-17）,导数算法最大的优点是它的“数据窗”即算法所需要的相邻采样数据是三个，即计算速度快。导数算法的缺点是当采样频率较低时，计算误差较大。,3两采样值积算法,两采样值积算法是利用2个采样值以推算出正弦曲线波形，即用采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗的幅值和相角等电气参数的方法，属于正弦曲线拟合法。 这种算法的特点是计算的判定时间较短。,设有正弦电压、电流波形在任意二个连续采样时刻tk、tk+1（tk ）进行采样，并设被采样电流滞后电压的相位角为，则tk和tk1时刻的采样值分别表示为
14、式(8-18)和式(8-19)。,（8-18）,（8-19）,式中，TS为两采样值的时间间隔，即TStk+1 tk 。,由式(8-18)和式(8-19)，取两采样值乘积，则有,（8-20）,（8-21）,（8-22）,（8-23）,式(8-20)和式(8-21)相加，得,（8-24）,式(8-22)和(8-23)相加，得,（8-25）,将式(8-25)乘以cosTS再与式(8-24)相减，可消去tk项，得,(8-26),同理，由式(8-22)与式(8-23)相减消去tk项，得,(8-27),在式(8-26)中，如用同一电压的采样值相乘，或用同一电流的采样值相乘，则 0，此时可得,(8-28),
15、(8-29),由于TS、sinTS、cosTS均为常数，只要送入时间间隔TS的两次采样值，便可按式(8-28)和式(8-29)计算出Um、Im 。,以式(8-29)去除式(8-26)和式(8-27)还可得测量阻抗中的电阻和电抗分量，即,(8-30),(8-31),由式(8-28)和式(8-29)也可求出阻抗的模值,(8-32),由式(8-30)和式(8-31)还可求出U、I之间的相角差，,若取TS900 ，则式(8-28)式(8-33)可进一步化简，进而大大减少了计算机的运算时间。,(8-33),4.三采样值积算法,三采样值积算法是利用三个连续的等时间间隔TS的采样值中两两相乘，通过适当的组合消去t项以求出u、i的幅值和其它电气参数。 设在tk+1 后再隔一个TS为时刻tk+2 ，此时的u、i采样值为,(8-34),(8-35),上式两采样值相乘，得,(8-36),上式与式(8-20)相加，得,显然，将式(8-37)和式(8-21)经适当组合以消去tk项，得,若要Ts30o ，上式简化为,用Im代替Um（或Um代替Im ），并取 0o ，则有,(8-40),(8-41),由式(8-39)和式(8-41)可得,(8-42),由式(8-27)和式(8-41)，并考虑到，得,
