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1、电力系统 继电保护原理,华中科技大学武昌分校自动化系,第八章,微机保护,主要内容,（一）微机保护的概述,（二）微机保护的硬件构成,（三）微机保护算法,（一）微机保护概述,1、微机保护的应用和发展 2、微机保护的基本构成 将输入的模拟电流、电压量转换为数字量，送往处理器按照规定的算法和程序进行处理，将处理结果与给定的数字量进行比较，最后作出是否跳闸的判断,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,华中科技大学武昌分校,电力系统继电保护原理,微机保护的基本构成,硬件,软件,数据采集系统,CPU主系统,开关量输出,输入系统,外围设备等,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,自检
2、模块等,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,、微机保护的特点,微机保护与传统的电磁型或晶体管型保护相比，有许多特点，其主要优点有以下几个方面。,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,微机保护可以对其硬件和软件进行连续的自检，有很强的综合分析和判断能力。 它能自动检测出硬件故障的同时发出报警信号并闭锁其跳闸出口回路。同时软件也具有自检功能，可以对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别和排除干扰。 总之，作为一个系统而言，微机保护的可靠性比传统保护高。,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,（二）微机保护的硬件构成,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分
3、校,1、微机保护装置的数字核心部件 实质上是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器及控制电路等部分构成，并通过数据 总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数据交换和操作控制。CPU主要有以下几种类型： （1）单片微处理器(MCU) （2）FPGA/CPLD （3）数字式信号处理器（DSP）,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,2、模拟输入接口部件 继电保护的基本输入电量是模拟性质的电信号。一次系统的模拟电量可分为交流量、直流量以及各种非电量。它们经过各种互感器转变为二次电信号，再由引线端子进入微机保护装置。这些由互感器输入的模拟电信号还要正
4、确地变换成离散化的数字量。典型的交流AI接口按信号流程主要包括以下各部分：输入变换及电压形成回路、前置模拟低通滤波器（ALF）、采样保持（S/H）电路、模数变换（A/D）电路。 输入变换及电压形成回路 在微机保护中通常要求输入信号为5V或10V的电压信号，具 体决定于所用的模数转换器。电压变换常采用小型中间变压器。电 流变换有两种方式，一种是采用小型中间变流器，其二次侧并电阻 以取得所需电压的方式，另一种是采用电抗变压器。这些中间变换 器还起到屏蔽和隔离的作用，以提高保护的可靠性。,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,采样保持和模拟低通滤波器,对微机保护系统来说，在故障初瞬，电压、电流
5、中可能含有相当高的频率分量，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 s ，以防混叠。,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,多路转换开关 多路转换开关又称多路转换器。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几路，利用多路开关MUX轮流切换各被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。 模数转换器A/D A/D是数据采集系统的核心，它的任务是将连续变化的模拟信号为数字信号，以便计算机进行处理、存储、控制和显示。选择A/D转换芯片时主要考虑两个指标：一是转换时间，二是数字输出的位数。对于转换时间，由于各通道共用一个A/D，至少要求所有的通道
6、轮流转换所需的时间总和小于采样间隔Ts。微机保护对A/D转换芯片的位数要求较苛刻，因为保护在工作时输入电压和电流的动态范围很大。除以上两个指标外，A/D芯片的线性度、温度漂移等，一般都能满足继电保护的要求.,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,开关量输入和输出,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,（三）微机保护的算法,1、数字滤波 在微机保护中滤波也是一个必要的环节，它用于滤去各种不需 要的谐波，数字滤波器的用途是滤去各种特定次数的谐波，特是 接近工频的谐波。 数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是一种纯硬件构成的滤波 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
7、，即滤波器的幅频特性和相频特性,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,以差分滤波为例做简单介绍。 差分滤波器输出信号的差分方程形式为,(8-1),式中，x(n)、y(n)分别是滤波器在采样时刻n(或n)的输入与输出；x(n-k)是n时刻以前第k个采样时刻的输入，k1。,对式(8-1)进行变换，可得传递函数H(z),（8-2）,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,将 代入式(8-2)中，即得差分滤波器的幅频特性和相频特性分别为式(8-3)及式(8-4),(8-3),（8-4）,式中 , 为输入信号频率； 为采样周期， 1/s，s为采样频率，通常要求s为基波频率1的整数倍，即s=N1
8、，N为每工频周期的采样点数目。,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,由式(8-3)可知，设需滤除谐波次数为m，差分步长为k(k次采样)，则此时=m1=m21，应使=0。令,则有,；,当N（即s和1）取值已定时，采用不同的l和k值，便可滤除m次谐波。,(8-5),电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,2、正弦函数模型算法,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(8-6)的积分可以用梯形法则近似求出：,电力系统继电保护原理,华中科技大学武昌分校,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。,
