繼電保護(hù)繼電保護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)二、微機(jī)保護(hù)得基本構(gòu)成微機(jī)保護(hù)就是將被保護(hù)設(shè)備輸入得模擬量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字量,再送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理得保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。其整套硬件通常就是用單獨(dú)得專用機(jī)箱組裝,包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。微機(jī)保護(hù)得軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊與自檢模塊等組成。三、微機(jī)保護(hù)得特點(diǎn)1、易于獲得附加功能2、微機(jī)保護(hù)具有靈活性3、微機(jī)保護(hù)具有高可靠性4、維護(hù)調(diào)試方便5、保護(hù)性能得到很好改善6、良好得經(jīng)濟(jì)性9、1保護(hù)裝置硬件原理概述

微機(jī)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)按功能可分為:1)數(shù)據(jù)采集單元(模擬輸入);2)數(shù)據(jù)處理單元(CPU、儲(chǔ)存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、控制電路);3)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口;4)人機(jī)接口;5)通信接口;6)電源。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、電壓形成回路在微機(jī)保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為±5V或±10V得電壓信號(hào),取決于所用得模數(shù)轉(zhuǎn)換器得型號(hào)。電壓變換常采用小型中間變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。電流變換器、電壓變換器和電抗變換器得原理圖分別如圖9-2(a)、9-2(b)和9-2(a)所示,9-2(d)就是電抗變換器得原理結(jié)構(gòu)圖。2、采樣保持電路采樣就就是將連續(xù)變化得模擬量通過(guò)采樣器加以離散化。其過(guò)程如圖9-3(a)(b)(c)所示。模擬量連續(xù)加于采樣器得輸入端,由采樣控制脈沖控制采樣器,使之周期性得短時(shí)開(kāi)放輸出離散脈沖。采樣脈沖寬度為T(mén)C,采樣脈沖周期為T(mén)S。采樣器得輸出就是離散化了得模擬量。繼電保護(hù)算法就是多輸入而且要求同時(shí)采樣,再依次順序送到公用得A/D轉(zhuǎn)換器中去得,微機(jī)保護(hù)中通常需要采樣保持電路。圖9-3采樣保持過(guò)程示意圖目前,采樣保持電路大多集成在單一芯片中,但芯片內(nèi)不設(shè)保持電容,需用戶外設(shè),常選0、01μF左右。常用得采樣保持芯片有LF198、LF298、LF398等。3、模擬低通濾波器(ALF)濾波器就是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò),同時(shí)抑制無(wú)用頻率信號(hào)得電路。對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),在故障初瞬間,電壓、電流中可能含有相當(dāng)高得頻率分量(例如2kHz以上),為防止頻率混疊,采樣頻率不得不取值很高,從而對(duì)硬件速度提出過(guò)高得要求。但實(shí)際上,在這種情況下可以在采樣前用一個(gè)低通模擬濾波器(ALF)將高頻分量濾掉,這樣就可以降低采樣頻率,降低對(duì)硬件速度得要求。模擬低通濾波器通常分為兩大類。一類就是無(wú)源濾波器,由RLC元件構(gòu)成;另一類就是有源濾波器,主要有RC元件與運(yùn)算放大器構(gòu)成。目前,微機(jī)保護(hù)中,采樣頻率常采用600Hz(即每工頻周波采樣12個(gè)點(diǎn))、800Hz等。大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)4、模擬多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MUX)在實(shí)際得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,被模數(shù)轉(zhuǎn)換得模擬量可能就是幾路或十幾路,利用多路開(kāi)關(guān)MUX輪流切換各被測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路得通路,達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換得目得。在微機(jī)保護(hù)中,各個(gè)通道得模擬電壓就是在同一瞬間采樣并保持記憶得,在保持期間各路被采樣得模擬電壓依次取出并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,但微機(jī)所得到得仍可認(rèn)為就是同一時(shí)刻得信息(忽略保持期間得極小衰減),這樣按保護(hù)算法由微機(jī)計(jì)算得出正確結(jié)果。5、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D就是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得核心,她得任務(wù)就是將連續(xù)變化得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。A/D轉(zhuǎn)換器主要有以下各種類型。逐位比較(逐位逼近)型、積分型以及計(jì)數(shù)型、并行比較型、電壓頻率(即V/F)型等。二、計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)得計(jì)算機(jī)主系統(tǒng)有中央處理器(CPU)、只讀存儲(chǔ)器EPROM電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器等。CPU執(zhí)行控制及運(yùn)算功能。EPROM主要存儲(chǔ)編寫(xiě)好得程序,包括監(jiān)控、繼電保護(hù)功能程序等。EEPROM可存放保護(hù)定值,可通過(guò)面板上得小鍵盤(pán)設(shè)定或修改保護(hù)定值。RAM作為采樣數(shù)據(jù)及運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)得暫存器。定時(shí)器用以記數(shù)、產(chǎn)生采樣脈沖和實(shí)時(shí)鐘等。CPU主系統(tǒng)得常見(jiàn)外設(shè),如小鍵盤(pán)、液晶顯示器和打印機(jī)等用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。三、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)所采集得信息通常可分為模擬量和開(kāi)關(guān)量。無(wú)論何種類型得信息,在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部都就是以二進(jìn)制得形式存放在存儲(chǔ)器中。斷路器和隔離開(kāi)關(guān)、繼電器得接點(diǎn)、按鈕和普通得開(kāi)關(guān)、刀閘等都具有分、合兩種工作狀態(tài),可以用0、1表示,因此,對(duì)她們得工作狀態(tài)得輸入和控制命令得輸出都可以表示為數(shù)字量得輸入和輸出。開(kāi)關(guān)量輸入有兩類:1、可以與CPU主系統(tǒng)使用共同電源,無(wú)需電氣隔離得開(kāi)關(guān)量輸入。2、與CPU主系統(tǒng)使用不同電源,需要電氣隔離得開(kāi)關(guān)量輸入。如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)得輔助觸點(diǎn),繼電器觸點(diǎn)等。圖9-5開(kāi)關(guān)量輸入回路接線圖開(kāi)關(guān)量輸出主要包括保護(hù)得跳閘出口以及本地和中央信號(hào)輸出等。圖9-6開(kāi)關(guān)量輸出回路接線圖第三節(jié)微機(jī)保護(hù)得算法一、數(shù)字濾波數(shù)字濾波器由軟件編程去實(shí)現(xiàn),改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能,即濾波器得幅頻特性和相頻特性。

基本形式有差分濾波(減法濾波)、加法濾波、積分濾波等。

1、差分濾波原理差分濾波器輸出信號(hào)得差分方程形式為

(9-1)那么上式所示得濾波器就是如何起到濾波作用得哪？我們以圖9-12來(lái)說(shuō)明濾波得原理。設(shè)輸入信號(hào)中含有基波,其頻率為,也含有次諧波,其頻率為,如圖9-12波形所示(圖中為三次諧波)。輸入信號(hào)為當(dāng)剛好等于諧波得周期,或者就是得整數(shù)倍(如倍,)時(shí),則在及兩點(diǎn)得采樣值中所含該次諧波成分相等故兩點(diǎn)采樣值相減后,恰好將該次諧波濾去,剩下基波分量。此時(shí)有

(9-2)故濾去得諧波次數(shù)為

由此可見(jiàn),當(dāng)和已確定時(shí),能濾掉得諧波最低次數(shù)就是在時(shí)計(jì)算得值,除此之外,還能濾掉得整數(shù)倍得諧波。因數(shù)據(jù)窗越長(zhǎng)其延時(shí)越長(zhǎng),通常為1即可。例如,當(dāng)采樣頻率為600Hz,且,若濾掉三次諧波,差分濾波器得值應(yīng)為

二、正弦函數(shù)模型算法下面幾種算法都就是假定被采樣得電壓、電流信號(hào)都就是純正弦函數(shù),既不含非周期分量,又不含諧波分量。因而,可利用正弦函數(shù)得種種特性,從若干個(gè)離散化采樣值中計(jì)算出電流、電壓得幅值、相位角和測(cè)量阻抗等量值。

1、半周積分算法半周積分算法得依據(jù)就是

即正弦函數(shù)半周積分與其幅值成正比。上式積分可用梯形法近似求出:

求出積分值S后,應(yīng)用上式可求得幅值。因?yàn)樵诎氩ǚe分過(guò)程中,疊加在基頻成分上得幅值不大得高頻分量,其對(duì)稱得正負(fù)半周相互抵消,剩余未被抵消得部分占得比重就減少了,所以,這種算法有一定得濾波作用。另外,這一算法所需數(shù)據(jù)窗僅為半個(gè)周期,即數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為10ms。

2、導(dǎo)數(shù)算法導(dǎo)數(shù)算法就是利用正弦函數(shù)得導(dǎo)數(shù)為余弦函數(shù)這一特點(diǎn)求出采樣值得幅值和相位得一種算法。設(shè)

則

很容易得出

和

也可推導(dǎo)出

以上中,u、i對(duì)應(yīng)tk

時(shí)為uk

、ik,均為已知數(shù),而對(duì)應(yīng)tk-1和tk+1得u、i為uk-1、uk+1、ik-1、ik+1,也為已知數(shù),此時(shí)

導(dǎo)數(shù)算法最大得優(yōu)點(diǎn)就是她得“數(shù)據(jù)窗”即算法所需要得相鄰采樣數(shù)據(jù)就是三個(gè),即計(jì)算速度快。導(dǎo)數(shù)算法得缺點(diǎn)就是當(dāng)采樣頻率較低時(shí),計(jì)算誤差較大。傅里葉算法(傅氏算法)前面所講正弦函數(shù)模型算法只就是對(duì)理想情況得電流、電壓波形進(jìn)行了粗略得計(jì)算。由于故障時(shí)得電流、電壓波形畸變很大,此時(shí)不能再把她們假設(shè)為單一頻率得正弦函數(shù),而就是假設(shè)她們就是包含各種分量得周期函數(shù)。針對(duì)這種模型,最常用得就是傅氏算法。傅氏算法本身具有濾波作用。

1、全周波傅里葉算法全周波傅里葉算法就是采用正弦函數(shù)組作為樣品函數(shù),將這一正弦樣品函數(shù)與待分析得時(shí)變函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)得積分變換,以求出與樣品函數(shù)頻率相同得分量得實(shí)部和虛部得系數(shù)。進(jìn)而可以求出待分析得時(shí)變函數(shù)中該頻率得諧波分量得模值和相位。根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù),我們將待分析得周期函數(shù)電流信號(hào)i(t)表示為

式中n——n次諧波(n=1,2,…);

I0——恒定電流分量;

Inc、Ins——分別表示n次諧波得余弦分量電流和正弦電流得幅值。當(dāng)我們希望得到n次諧波分量時(shí),可用和

分別乘上式兩邊,然后在t0到t0＋T積分,得到