電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)

畢天姝教授電氣與電子工程學(xué)院華北電力大學(xué)中國大唐集團(tuán)公司第1期繼電保護(hù)高級專業(yè)技術(shù)人才培訓(xùn)班11/26/20231緒論11/26/20232電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝發(fā)電用電輸電變電配電通信系統(tǒng)電廠監(jiān)控站端監(jiān)控數(shù)據(jù)采集和傳輸電網(wǎng)調(diào)度50.0Hz49.850.2發(fā)電用電站端監(jiān)控電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用11/26/20233電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0-1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的角色？

電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、配電線路、負(fù)荷等一次設(shè)備和繼電保護(hù)、安全自動控制裝置、測量儀表、通信系統(tǒng)等二次設(shè)備共同組成的一個實時動態(tài)平衡系統(tǒng)；其中

一次設(shè)備是電力系統(tǒng)的軀干，電能的生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)是靠一次系統(tǒng)來完成的；

二次設(shè)備是電力系統(tǒng)的大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，沒有二次設(shè)備電力系統(tǒng)無法工作。11/26/20234電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝正常狀態(tài)：能量管理系統(tǒng)目標(biāo)：安全性與經(jīng)濟(jì)性K1故障發(fā)生：繼電保護(hù)系統(tǒng)目標(biāo)：快速、準(zhǔn)確、可靠切除故障故障切除后：穩(wěn)控系統(tǒng)目標(biāo)：維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性11/26/20235電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0-1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

三種狀態(tài)：

正常運(yùn)行，指電壓、電流、頻率（轉(zhuǎn)速）在規(guī)定的范圍內(nèi)，各個一次電氣設(shè)備能夠正常工作而不損壞的運(yùn)行狀態(tài)

不正常運(yùn)行，指電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的正常工作遭到破壞但未出現(xiàn)故障的狀態(tài)，比如像過負(fù)荷。

故障，通常指各種類型的短路和斷線，包括各相導(dǎo)體之間或者導(dǎo)體對地的不正常連接、三相或者某相開斷。11/26/20236電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0-1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用故障的排除故障是不可避免的，發(fā)生故障后，迅速而有選擇性地切除故障設(shè)備是保證故障設(shè)備不損壞、非故障設(shè)備繼續(xù)安全運(yùn)行的前提和保障。繼電保護(hù)

繼電保護(hù)裝置，檢測故障發(fā)生后所出現(xiàn)的故障信息，根據(jù)故障信息判斷故障發(fā)生在那個設(shè)備上，進(jìn)而快速、有選擇地切除故障設(shè)備的一種安全自動裝置。

繼電保護(hù)，泛指繼電保護(hù)理論、技術(shù)與裝置以及各種裝置一起所組成的系統(tǒng)。繼電保護(hù)的基本任務(wù)自動、迅速、有選擇地將故障設(shè)備切除反映不正常狀態(tài)，發(fā)出報警信號、減負(fù)荷或者跳閘11/26/20237電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成電流保護(hù)

短路故障發(fā)生后，設(shè)備中流過的電流會增大，保護(hù)安裝點(diǎn)（一般在變電站母線處）所測量的電流會增大，根據(jù)電流增大構(gòu)成的繼電保護(hù)稱為電流保護(hù)，電流保護(hù)是一種過量保護(hù)，越靠近母線，短路電流越大。電流保護(hù)說明見圖0－111/26/20238電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成圖0－1電流保護(hù)說明圖11/26/20239電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成距離保護(hù)

輸電線路發(fā)生短路故障后，電流會增大，電壓會降低，根據(jù)測量到的電壓和電流可以計算出故障點(diǎn)到測量點(diǎn)之間的線路阻抗，這個阻抗值比線路正常運(yùn)行時小，據(jù)此，可以構(gòu)成阻抗繼電器。因為線路阻抗和線路距離成正比，所以阻抗保護(hù)又稱為距離保護(hù)。圖0－2示出了距離保護(hù)說明圖。11/26/202310電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成圖0－2距離保護(hù)說明圖11/26/202311電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成差動保護(hù)

正常運(yùn)行的設(shè)備，流進(jìn)電流和流出電流相等，如果都以流進(jìn)電流為參考方向，則電流之和為零；該設(shè)備發(fā)生短路故障后，流進(jìn)電流和流出電流不再相等，其和為短路電流。據(jù)此，可以構(gòu)成電流差動保護(hù)。圖0－3示出了電流差動保護(hù)說明圖11/26/202312電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成MNLimin

if1if2F1F2正常運(yùn)行或外部故障時im+in=0內(nèi)部故障時im+in=if圖0－3電流差動保護(hù)說明圖11/26/202313電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成繼電保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成

繼電保護(hù)的根本任務(wù)是檢測并發(fā)現(xiàn)故障，然后通過斷路器切除故障設(shè)備。因此，一個完整的繼電保護(hù)系統(tǒng)至少應(yīng)該包括：傳感器：包括電壓互感器、電流互感器、其它傳感器（比如瓦斯氣體傳感器）等繼電保護(hù)裝置：有通道的繼電保護(hù)甚至需要在兩端（比如線路保護(hù)）安裝，還需要專用的繼電保護(hù)通道斷路器：用于切除故障設(shè)備，達(dá)到保護(hù)目的。一個典型的繼電保護(hù)系統(tǒng)圖如圖0－4所示11/26/202314電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－2

繼電保護(hù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成1－繼電保護(hù)裝置2－通信設(shè)備圖0－4繼電保護(hù)系統(tǒng)11/26/202315電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－3

微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)概念

微機(jī)保護(hù)是指以微型機(jī)、微處理器為核心構(gòu)成的繼電保護(hù)。

以數(shù)字量為處理對象，為微型機(jī)、微處理器為核心的數(shù)字保護(hù)裝置11/26/202316電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－3

微機(jī)保護(hù)世界微機(jī)保護(hù)的發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代末期，開始倡議用計算機(jī)構(gòu)成繼電保護(hù)。20世紀(jì)70年代，掀起了研究熱潮。20世紀(jì)70年代末期，開始進(jìn)入實用化階段。1979年后，推出各種定型的商業(yè)性微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品，并迅速推廣。11/26/202317電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－3

微機(jī)保護(hù)我國微機(jī)保護(hù)的發(fā)展70年代后半期開始，對國外計算機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展作了廣泛的介紹和綜述分析。70年代末至80年代初則廣泛地開展各種算法以至樣機(jī)的研制。1984年，華北電力學(xué)院楊奇遜教授主持研制的第一套微機(jī)距離保護(hù)樣機(jī)在河北馬頭電廠投入試運(yùn)行。1986年，全國第一臺微機(jī)高壓線路保護(hù)裝置投入試運(yùn)行。1987年9月26日，微機(jī)距離保護(hù)經(jīng)受人工短路考驗。11/26/202318電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－5

微機(jī)保護(hù)我國微機(jī)保護(hù)的發(fā)展（續(xù)）目前，高中壓等級繼電保護(hù)設(shè)備幾乎均為微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品。在微機(jī)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)結(jié)合后，變電站自動化、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)也已在全國系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。未來幾年內(nèi)，微機(jī)保護(hù)發(fā)展趨勢：從應(yīng)用上，向高可靠性、簡便性、開放性、通用性、靈活性和動作過程透明化方向發(fā)展。從原理上，向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和綜合化方向發(fā)展。11/26/202319電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝0－5

微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)維護(hù)調(diào)試方便可靠性高易于獲得附加功能靈活性大保護(hù)性能得到很好改善11/26/202320電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝第一章微機(jī)保護(hù)的硬件原理11/26/202321電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-1

概述11/26/202322電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-1概述（續(xù)）模擬量輸入系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）：電壓形成、模擬濾波、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換(MPX)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量CPU主系統(tǒng)：微處理器(MPU)、只讀存儲器(ROM)或閃存內(nèi)存單元(FLASH)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、定時器、并行以及串行接口等。MPU執(zhí)行編制好的程序，以完成各種繼電保護(hù)測量、邏輯和控制功能開關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)：并行接口(PIA或PIO)、光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，完成保護(hù)的出口跳閘、信號、外部接點(diǎn)輸入及人機(jī)對話等功能11/26/202323電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）一、電壓形成回路1.模擬量選取原則：以滿足保護(hù)功能為基本準(zhǔn)則2.作用與方案比較作用方案比較電抗變換器缺點(diǎn)：二次電壓波形將發(fā)生畸變優(yōu)點(diǎn)：線性范圍大、鐵芯不易飽和、有移相作用、抑制直流電流變換器優(yōu)點(diǎn)：線性范圍內(nèi)，波形相同且同相缺點(diǎn)：在非周期分量下容易飽和、線性度較差、動態(tài)范圍小11/26/202324電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）一、電壓形成回路2.作用與方案比較3.電流互感器應(yīng)用注意事項變比的選擇u2=RLHi2=RLHi1/nLHRLHi1max/nLH

Umax屏蔽層的作用11/26/202325電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）二、采樣保持電路和模擬低通濾波器（一）S/H電路的作用及原理S/H電路的作用S/H電路的工作原理11/26/202326電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）（二）對采樣保持電路的要求使Ch上電壓按一定精度（例如誤差小于0.1%）跟蹤上usr所需要的最小采樣寬度Tc（或稱為截獲時間），對快速變化的信號采樣時，要求Tc盡量短保持時間要長。通常用下降率來表示保持能力。模擬開關(guān)的動作延時、閉合電阻和開斷時的漏電流要小。分析討論Ch的選值11/26/202327電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）

Ch=0.01F（三）采樣保持電路的典型芯片11/26/202328電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）（四）采樣頻率的選擇和模擬低通濾波器的應(yīng)用采樣頻率的選擇采樣頻率越高，要求CPU的速度越高采樣頻率過低將不能真實地反映被采樣信號的情況（采樣定理）采用低通濾波器，可以消除頻率混疊問題，從而降低采樣頻率消除頻率混疊問題后，采樣頻率的選擇基本取決于保護(hù)的原理和算法。11/26/202329電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）（四）采樣頻率的選擇和模擬低通濾波器的應(yīng)用低通濾波器R=4.3k,C=0.1F11/26/202330電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）三、模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（一）模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用（二）MPX的工作過程11/26/202331電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（模擬量輸入系統(tǒng)）四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（一）模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般原理和分類一般原理：將輸入的模擬量UA相對于模擬參考量UR轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D輸出：即：假定數(shù)字量D是小于1的數(shù)，則：分類：積分型、逐次逼近比較型、并行和流水線型等11/26/202332電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（二）逐次逼近法模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理11/26/202333電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（二）逐次逼近法模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理溢出問題11/26/202334電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（二）逐次逼近法模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本原理雙極性模擬信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換11/26/202335電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（三）A/D轉(zhuǎn)換器舉例AD7665是逐次逼近型的16位快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，速度為500kSPS電源DVDD、DGNGOVDD、OGNDAVDD、AGNDREF、REFGND模擬量輸入usr10V,5V,2.5V0-10V,0-5V,0-2.5V11/26/202336電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（三）A/D轉(zhuǎn)換器舉例方式選擇OB/2(outputbinary/2’scomplement)WARP,IMPULSESER/(Serial/Parallel)BYTESWAP11/26/202337電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制信號RESET(Read),(ChipSelect)(StartConversion)PD(PowerDown)BUSY并行輸出方式的數(shù)據(jù)信號DATA15-DATA011/26/202338電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器串行輸出方式的接口信號SYNCSCLKSDOUTRDERRORDIVSCLKEXT/INVSYNCINSCLKRDC/SDIN11/26/202339電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（五）模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微型機(jī)的接口11/26/202340電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（五）模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微型機(jī)的接口初始化定時器中斷服務(wù)程序控制多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，將0通道連接到A/D

輸入端啟動A/D轉(zhuǎn)換查詢A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并按照一定格式存入循環(huán)寄存器中修改存數(shù)指針為下一個存數(shù)單元判斷本次采樣時刻的所有模擬量都轉(zhuǎn)換完畢否則通道號加1全部轉(zhuǎn)換結(jié)束后，判斷存數(shù)指針是否超出循環(huán)寄存器末地址11/26/202341電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝四、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（七）微機(jī)保護(hù)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要要求轉(zhuǎn)換時間

Ts>n(tAD+tR)+tYA/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)要求200倍的精度范圍11/26/202342電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-3開關(guān)量輸入及輸出回路一、光電耦合器概念分類光隔離器光傳感器光敏元件集成的功能塊光電耦合器在微機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用特性工作方式11/26/202343電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-3開關(guān)量輸入及輸出回路二、開關(guān)量輸入回路安裝在裝置面板上的接點(diǎn)人機(jī)對話的鍵盤部分切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開關(guān)從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的接點(diǎn)壓板、轉(zhuǎn)換開關(guān)其他保護(hù)裝置和操作繼電器的接點(diǎn)11/26/202344電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝三、開關(guān)量輸出回路（一）保護(hù)的跳閘出口、本地和中央信號1-3開關(guān)量輸入及輸出回路11/26/202345電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-3開關(guān)量輸入及輸出回路三、開關(guān)量輸出回路（一）保護(hù)的跳閘出口、本地和中央信號裝置正常、系統(tǒng)無短路設(shè)備異常系統(tǒng)發(fā)生短路出口回路自檢11/26/202346電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝三、開關(guān)量輸出回路（一）通信接口、打印機(jī)接口1-3開關(guān)量輸入及輸出回路11/26/202347電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-5網(wǎng)絡(luò)化硬件電路一、問題提出繼電保護(hù)的種類很多，且由于受被保護(hù)對象的容量、模擬量數(shù)量、跳閘對象和功能要求不同等因素影響，造成保護(hù)配置多種多樣。希望采用模塊化的思想。希望微機(jī)保護(hù)在更新?lián)Q代后，保護(hù)裝置對外的連線基本保持不變。保護(hù)功能插件（CPU插件）與開入、開出之間的連線受CPU插件的空間限制，很難做到開入、開出數(shù)目的方便擴(kuò)展。在變壓器、發(fā)電機(jī)保護(hù)中，根據(jù)不同容量、不同主接線等情況，保護(hù)的一個動作邏輯有可能組成多個出口對象。11/26/202348電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-5網(wǎng)絡(luò)化硬件電路二、網(wǎng)絡(luò)化硬件電路標(biāo)準(zhǔn)模塊CPU插件開入(DI)插件開出(DO)插件通信網(wǎng)絡(luò)采用

CAN總線方式11/26/202349電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-5網(wǎng)絡(luò)化硬件電路三、網(wǎng)絡(luò)化硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)模塊之間的連接簡單、方便可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)擴(kuò)展性好升級方便便于實現(xiàn)出口邏輯的靈活配置降低了對微型機(jī)或微控制器并行口的數(shù)量要求11/26/202350電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝1-6硬件技術(shù)的展望通用硬件技術(shù)平臺高可靠性開放性通用性靈活性和可擴(kuò)展性模塊性與新型互感器接口微機(jī)保護(hù)硬件網(wǎng)絡(luò)化總線不出芯片可以有效提高裝置整體可靠性11/26/202351電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝第二章數(shù)字濾波器11/26/202352電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-1概述數(shù)字濾波器的定義濾波器就廣義來說是一個裝置或系統(tǒng)，用于對輸入信號進(jìn)行某種加工和處理，以達(dá)到取得信號中的有用信息而去掉無用成分的目的。定義：是一個計算程序或算法，將代表輸入信號的數(shù)字時間序列轉(zhuǎn)換為代表輸出信號的數(shù)字時間序列，并在轉(zhuǎn)換過程中，使信號按照預(yù)定的形式變化。11/26/202353電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-1概述例：設(shè)一個模擬信號既包含了工頻基波信號，也包含了三次諧波成分，表達(dá)式為x(t)=sin(w1t)+0.6sin(3w1t)，試分析經(jīng)過采樣計算，如何濾去三次諧波解：應(yīng)用采樣間隔Ts=5/3ms對該信號采樣11/26/202354電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-1概述數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)特性一致性好。一旦程序設(shè)計完成，每臺裝置的特性就可以做到完全一致不存在由于溫度變化、元件老化等因素對濾波器特性影響的問題不存在阻抗匹配的問題靈活性好，改變算法或某些系數(shù)就可以改變?yōu)V波器的性能濾波精度高，加長字長可以很容易提高精度11/26/202355電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-2零、極點(diǎn)法設(shè)計數(shù)字濾波器一、零、極點(diǎn)對系統(tǒng)頻率響應(yīng)的影響零點(diǎn)極點(diǎn)11/26/202356電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-2零、極點(diǎn)法設(shè)計數(shù)字濾波器一、零、極點(diǎn)對系統(tǒng)頻率響應(yīng)的影響11/26/202357電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-2零、極點(diǎn)法設(shè)計數(shù)字濾波器二、零點(diǎn)設(shè)計法如果希望濾除fk的頻率分量，即|H(f)|fk=0由于離散值計算公式中的濾波系數(shù)必須為實數(shù)11/26/202358電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝2-2零、極點(diǎn)法設(shè)計數(shù)字濾波器二、零點(diǎn)設(shè)計法例：設(shè)Ts=5/3ms(即N=12)，用零點(diǎn)設(shè)計法設(shè)計出能同時濾除3次和5次諧波分量的數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)解:(1)濾3次的因子H3(Z)=1+Z-2(2)濾5次的因子H5(Z)=1+Z-1+Z-211/26/202359電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝第三章微機(jī)保護(hù)的算法11/26/202360電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-1概述定義：微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷，以實現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法稱為算法分類性能指標(biāo)精度速度算法所要求的采樣點(diǎn)數(shù)（數(shù)據(jù)窗長度）算法的運(yùn)算工作量11/26/202361電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法假定原始數(shù)據(jù)為純正弦量的理想采樣值一、兩點(diǎn)乘積算法11/26/202362電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法

一、兩點(diǎn)乘積算法11/26/202363電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法

一、兩點(diǎn)乘積算法11/26/202364電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法二、導(dǎo)數(shù)算法11/26/202365電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法二、導(dǎo)數(shù)算法11/26/202366電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法三、半周積分算法11/26/202367電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法四、平均值、差分值的誤差分析由平均值求瞬時值11/26/202368電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-2假定輸入為正弦量的算法由采樣值求微分值11/26/202369電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-3突變量電流算法一、原理11/26/202370電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-3突變量電流算法一、原理11/26/202371電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-3突變量電流算法一、原理系統(tǒng)正常運(yùn)行時，計算出來的值等于0；當(dāng)系統(tǒng)剛發(fā)生故障的一周內(nèi)，求出的是純故障分量；突變量電流算法受頻率偏移的影響。11/26/202372電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-3突變量電流算法二、頻率變化的影響11/26/202373電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-4選相方法一、選相方法的必要性實現(xiàn)選相跳閘在阻抗繼電器中僅投入故障特征最明顯的阻抗測量元件二、突變量電流選相元件單相接地故障11/26/202374電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-4選相方法兩相不接地短路兩相接地短路三相短路11/26/202375電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-4選相方法11/26/202376電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-5傅里葉級數(shù)算法一、基本原理前提基本原理11/26/202377電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-5傅里葉級數(shù)算法

一、基本原理（續(xù)）說明：積分可以從任意t1時刻開始，改變t1不會改變基波分量的有效值，但基波分量的初相角卻會改變11/26/202378電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-5傅里葉級數(shù)算法

二、傅氏算法的濾波特性分析11/26/202379電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-5傅里葉級數(shù)算法三、傅氏算法和兩點(diǎn)乘積算法的統(tǒng)一兩點(diǎn)乘積法的實質(zhì)是為了獲得正弦量中相差90°的兩點(diǎn)傅氏算法則是同時利用兩個對基頻信號的相移相差90°的數(shù)字濾波器。b1(t)相當(dāng)于兩點(diǎn)乘積法中的第一點(diǎn)i1或u1，a1(t)相當(dāng)于第二點(diǎn)的i2或u2。傅氏法和兩點(diǎn)乘積法本質(zhì)是統(tǒng)一的11/26/202380電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-6R-L模型算法

一、基本原理基本原理其中：對于相間短路應(yīng)用u

，i

；如uab，ia-ib。對于單相接地短路取相電壓及相電流加零序補(bǔ)償電流11/26/202381電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-6R-L模型算法

一、基本原理（續(xù)）數(shù)據(jù)獲取積分形式11/26/202382電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-6R-L模型算法

二、對R-L模型算法的分析和評價算法的頻域分析11/26/202383電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-6R-L模型算法

二、對R-L模型算法的分析和評價R-L模型算法不是僅反映基頻分量，而是在相當(dāng)寬的一個頻段內(nèi)都能適用不需要用濾波器濾除非周期分量不受電網(wǎng)頻率變化的影響11/26/202384電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝用差分近似求導(dǎo)數(shù)引入的誤差分析3-6R-L模型算法

二、對R-L模型算法的分析和評價11/26/202385電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝算法的穩(wěn)定性分析3-6R-L模型算法

二、對R-L模型算法的分析和評價11/26/202386電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-6R-L模型算法

二、對R-L模型算法的分析和評價電阻分量的誤差比較大實際上，受衰減非周期分量影響，分母可能成為兩個相近數(shù)相減，而造成比較大的計算誤差，需監(jiān)測分母的數(shù)值11/26/202387電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝評價不必濾除非周期分量，因此算法的總時窗較短不受電網(wǎng)頻率變化的影響受信號的噪聲影響比較大3-6R-L模型算法

二、對R-L模型算法的分析和評價11/26/202388電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-7故障分量阻抗繼電器一、工作原理與動作方程11/26/202389電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-7故障分量阻抗繼電器11/26/202390電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-7故障分量阻抗繼電器一、工作原理與動作方程故障點(diǎn)K在保護(hù)范圍內(nèi)11/26/202391電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-7故障分量阻抗繼電器故障點(diǎn)K在保護(hù)范圍外11/26/202392電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-7故障分量阻抗繼電器故障點(diǎn)K在保護(hù)的反方向突變量阻抗繼電器的動作方程為：11/26/202393電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-7故障分量阻抗繼電器為了構(gòu)成可實現(xiàn)的動作方程，有三種方法可以近似得到的量值：用短路前保護(hù)范圍末端Y點(diǎn)的電壓實測值代替

用短路前保護(hù)安裝處的電壓實測值代替用額定電壓代替。突變量阻抗繼電器的實用動作方程為：11/26/202394電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝3-11算法的動態(tài)特性3-12算法的選擇11/26/202395電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝第四章提高微型機(jī)保護(hù)可靠性的措施11/26/202396電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-1概述微機(jī)保護(hù)可靠性的含義不誤動不拒動影響微機(jī)保護(hù)可靠性的因素微機(jī)保護(hù)的抗干擾問題裝置內(nèi)部元件出現(xiàn)損壞時的對策11/26/202397電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-2干擾來源和竄入微機(jī)弱電系統(tǒng)的途徑一、干擾源外部干擾：與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)而是由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的干擾由其它物體和設(shè)備輻射的電磁波由其它物體和設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)電場或強(qiáng)磁場來自電源的工頻干擾內(nèi)部干擾：由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等所決定的干擾雜散電感和電容的結(jié)合引起的不同信號感應(yīng)長線傳輸造成電磁波的反射多點(diǎn)接地造成的電位差干擾等11/26/202398電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-2干擾來源和竄入微機(jī)弱電系統(tǒng)的途徑二、干擾形式及耦合途徑差模干擾定義：是串聯(lián)于信號源之中的干擾原因長線傳輸?shù)幕ジ蟹植茧娙莸南嗷ジ蓴_工頻干擾措施：防頻率混疊的模擬低通濾波能很好地吸收差模浪涌11/26/202399電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-2干擾來源和竄入微機(jī)弱電系統(tǒng)的途徑

二、干擾形式及耦合途徑共模干擾定義：是引起回路對地電位發(fā)生變化的干擾可能傳播途徑及應(yīng)對措施裝置對外引線端子和機(jī)殼之間的共模干擾—硬件設(shè)計保證各外接端子同微機(jī)弱電系統(tǒng)之間沒有電的聯(lián)系電路的分布電容—微機(jī)保護(hù)的結(jié)構(gòu)布局必須謹(jǐn)慎弱電系統(tǒng)的插件遠(yuǎn)離同外界端子有直接聯(lián)系的各插件裝置后底板的配線也應(yīng)當(dāng)使強(qiáng)電和弱電嚴(yán)格分開電源線和機(jī)殼之間的共模干擾11/26/2023100電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-2干擾來源和竄入微機(jī)弱電系統(tǒng)的途徑

二、干擾形式及耦合途徑電源線和機(jī)殼之間的共模干擾電源零線直接接機(jī)殼電源零線浮空將印制板周圍都用電源零線或+5V線封閉起來，這樣就可以完全隔離電路板上其他部分同機(jī)殼之間的直接耦合11/26/2023101電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-3干擾的可能后果“讀”或“寫”出錯，使得計算或邏輯錯誤程序出格元件損壞11/26/2023102電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)，畢天姝4-4抗干擾措施對輸入采樣值的抗干擾糾錯利用某些輸入量之間存在著的可以利用的規(guī)律

ia+ib+ic=3i0

ia(k)+ib

(k)

+ic

(k)

=3i0(k)[