基于单片机的电子秤毕业设计,南京理工大学紫金学院

1、基于DSP的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 学校代号分类号！学号 密级 淘确火多 硕士学位论文基于的多功能微机保护实验装置 硬件研究和设计 学位申请人姓名 培养单位 导师姓名及职称 学科专业 研究方问 论文提交日期刘园电气与信息工程学院周有庆教授电力系统及其自动化丝扭堡塑量堡佥自型些这垄！生旦！旦 摘要 近十年来微机保护技术飞速的发展，各种不同型号的微机继电保护装置在电力系统中得到了广泛的应用，并且随着微型计算机及其应用技术的发展，新的微机保护装置还在不断推出，但是这些投入运行的微机保护装置不允许用来进行实验、培训，因此研制套多功能微机保护实验装置用于电力调度、变电运行、检修人员和技术管

2、理人员的技术培训，对于提高他们的微机保护技术水平，维护电力系统安全、可靠运行具有十分重要的意义。 正是在这样的背景下湖南大学与湖南超高压输变电公司提出了合作研制开发多功能微机保护实验系统，并获得省电力公司立项支持。本系统以微机型继电保护测试仪为信号源，通过多功能微机保护实验装置来完成多种实验任务。本文重点研究多功能微机保护实验装置，提出了以为核心处理器的双硬件设计方案，充分利用片内字程序存储器可擦写编程特点，通过串口从上位杌下载不同的程序到中执行，来完成相应的保护功能实验，从而使实验装置突破了传统的微机保护实验装置实验种类少、功能单一的局限，实现集多种保护功能实验于一套实验装置中。 论文研究设

3、计了多功能微机保护实验装置的硬件，并针对各构成部分硬件电路模块的原理和功能，以及装置所采用的抗干扰技术进行了详细的分析。此外，文章还提出了的这种新的程序下载技术。整个装置的硬件采用模块化设计，具有结构简单、功能强大、抗干扰能力强等特点，不仅适用于电力系统继电保护实验培训，同时也适用于高校电气工程专业教学实验，是一种具有广泛实际应用价值的微机保护实验装置。关键词：微机保护；硬件设计：；程序下载技术 董三呈些墼耋鐾丝！堡呈兰鍪董圣篓耋至垒塑兰生 ， ， ， ， ， ， ， 【 ， ， ， ， ， ， ：；噜； 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究

4、所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：享日日期：王年歹月（日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位沦文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 、保密口，在年解密后适用本授权书。 、不

5、保密团。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 导师签名：享囡日期：加年月日闻唯次日期：垆矿年，月肜日 硕士学位论文 第章绪论 国内外微机继电保护技术的发展与现状继电保护系统是电力系统自动化的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的主要措施之一。在以大机组、大电网和超高压为特征的现代电力系统中，如果没有专门的继电保护系统，一旦电力系统发生故障，根本不可能维持系统的正常可靠工作，轻则导致损失负荷，重则发生电网解列，造成大面积停电。因此，继电保护技术是维护电网安全稳定运行、预防灾难性事故的最基本、最重要、最有效的技术手段。 始于四十年代的静态型继电器保护经历了半导体、晶体管、集成电路的发展阶

6、段，己进入微处理机控制为核心的时代】。计算机技术的飞速发展不仅深入地影响了科学技术、生产和生活的各个领域，同样也影响到继电保护技术的发展。自六七十年代计算机保护概念提出后，继电保护装置技术才真正开始进入自动化、智能化、高性能的新阶段。二十年来，各国都在微机继电保护方面进行了不懈的研究。 国外在微型计算机应用于继电保护方面的研究较早。年初，英国剑桥大学的等提出利用采样技术实现输电线路的距离保护。年下半年，澳大利亚新南威尔大学的预测了输电线路和变电站采用计算机控制的前景，包括利用计算机作为继电保护的前景，并进一步进行了计算机式保护的理论研究，主要研究适用于继电保护的各种算法。年前后，美国西屋公司的

7、等开始进行具体装置的研制，并于年发表该装置的试运行样机的原理结构与现场试验结果，这是第一套比较完整的用于现场的计算机继电保护样机，它已经具备了计算机保护的基本组成部分【。自年代初出现大规模集成电路后，很快就为计算机保护所应用，特别是八十年代，高性能价格比的微处理芯片问世以来，继电保护技术得到了飞速发展，各种基于微处理器的继电保护装置从实验室走向现场，使电力系统继电保护产生质的飞跃。微处理器技术的飞速发展使传统的保护原理得以数字化实现，各种数字信号处理技术被应用于对电网复杂信号的分析和高速计算，为新的和复杂的保护方法的应用提供了丰富的手段。年代国外开始研制发电机及变压器整套微机保护，出现正式商业

8、产品，如和公司均研制成功微机发电机组全套保护，公司也有微机发电机全套保护问世。 我国从年代末就已开始了计算机继电保护的研究，、高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大 基于的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 学、。上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同形式的微机保护装置。年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，年代初我国微机主设备（变压器、发电机）保护成套装置开始问世，东南大学和华中理工大学

9、研制的发电机失磁保护、发电机保护和变压器组保护相继于、年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于、年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，可以说从年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。 现在我国无论是输电线路保护还是电力主设备保护都有一系列成套

10、实用的微机保护装置，微机保护装置以其维护调试方便、可靠性高、使用灵活方便、具有远方监控特性等独有的优势迅速淘汰了原有的集成电路和晶体管继电保护装置，而被大量采用。在全国电力调度系统“十五”发展计划纲要中提出，继电保护领域大量应用了微机保护装置，千伏及以上线路微机保护应用率达；在安全自动装置、故障录波装置和继电保护整定计算等方面全面推进微机化；电网故障录波信息联网正在逐步实现。现在在我国新建的高中压变电站的输变电设备均采用了各种形式的微机保护装置，而老变电站的输变电设备继电保护改造也采用了微机保护装置。 本文研究课题的来源及意义 本文研究课题“基于的多功能微机保护实验装置”的硬件开发是为湖南省超

11、高压输变电公司培训中心开发的一套继电保护实验培训系统提供下位机硬件设备。 近十年来微机保护技术飞速发展，各种不同型号的微机继电保护装置在电力系统中得到了广泛的应用，但是大量投入运行的微机继电保护装置不允许用来进行实验、培训。同时随着国民经济的快速发展，电力供需矛盾不断加剧，而电网基础相对比较薄弱，所以电网停电检修压力与日俱增，继电保护装置定期检修的停电时间也随之一再压缩，在这么短的停电检修时间内，继电保护运行检修人员不可能很快熟悉保护装置的性能及内部结构，这样一来他们就需要经过相当长时间的摸索和学习才能胜任其工作，这对培养担当保网重要角色的继电保护队伍是很不利的，因此开展行之有效的继电保护培训

12、工作显得至关重要。正是在这样的背景下，湖南大学 和湖南省超高压输变电公司提出了合作研制多功能微机保护实验培训系统，并获省电力公司立项支持。 针对现有的用于电力系统实验、培训的微机保护实验装置种类少、功能单一的不足，本装置在系统设计上突破了传统的一套保护装置只能完成一种保护功能的局限，实现了集多种保护功能于一套实验装置，实验者可分别选择高频保护、距离保护、母线保护、变压器保护和综合重合闸等多种不同的保护程序，或自行设计保护算法、编制程序。通过上位机下载到实验装置，从而完成相应的保护功能实验。本装置的设计参考了南瑞和许继等厂家的产品，无论是在装置面板，还是菜单设嚣及操作等方面，使得实验装置与现场运

13、行设备更加接近，这样更有利于培训人员接受。同时实验装置还配有友好的上位机界面，形象逼真，图文并茂，操作简单灵活，实验过程清晰、直观，另外上位机设置了功能强大的学习帮助软件，详细讲述了一般的微机保护装置硬件的基本结构、各部分的组成原理和功能，以及保护原理和算法等等。本装置不仅适用于电力系统技术培训，同样也适用于高校及大中专学校微机继电保护教学实验。它面向技术和理论，面向实践，具有广泛的应用价值。论文所做的工作 基于的多功能微机保护实验装置的开发是在参考了国内外类似产品以及本装置上一代产品的结构和功能，并查阅了大量的技术资料的基础上，进行研究和设计的。本人参与了整个装置的前期研究和设计工作，主要侧

14、重硬件的研究和开发。 本文所做的工作主要包括： 简述了国内外微机继电保护技术的发展与现状； 研究了整个多功能微机保护实验系统的结构，以实验系统构成之一的微机保护实验装置为论文研究和设计的主要对象，详述其结构和功能，以及实验装置所用到的数字滤波与保护算法，并以数字式变压器保护为例，对微机保护的原理进行了分析； 设计了基于的多功能微机保护实验装置的硬件，并以插件的形式，详细说明各个硬件电路模块的原理和功能，以及装置所采用的抗干扰技术。实验装置的硬件电路采用模块化设计，具有结构简单、功能强大、抗干扰能力强、运行可靠等特点： 提出了一种新的在线下载程序的方法，充分利用的片内字程序存储器可擦写编程特点，

15、通过串口在线引导加载不同的保护程序到中执行，从而实现了一套实验装置的硬件完成多种不同保护功能实验；简单介绍了多功能微机保护实验装置的软件。 基于的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 第章多功能微机保护实验系统的结构、功能和原理多功能微机保护实验系统的构成 多功能微机保护实验系统操作台主要由多个常规保护继电器、一台多功能微机保护实验装置、一台微机型继电保护试验测试仪、一台机和一台打茚机构成。其系统结构图如图（）所示。 常规继电器薹匝群 信号 ）单套系统结构图多功能微机保护实验装置幽磊矗）多功能微机保护实验系统操作台 图多功能微机保护实验系统 ）微机型继电保护试验测试仪：作为整个多功能微机保护实

16、验系统的信号源，受机控制，用于对电力系统中任意线路或设备正常运行以及故障情况进行模拟，产生相应的电流、电压信号和开关量信号】。这些信号将送给多功能微机保护实验装置和常规继电器，同时测试仪还向机传送电流、电压的录波数据、各开关量变位信息及各保护或重合闸的动作时间数据。 微机型继电保护试验测试仪改变了停留在用移相器、调压器、升流器和滑杆电阻等调整三相电压、电流的幅值和相位，并配合电压表、电流表、相位表和频率计等一起对继电保护和自动装置进行调试的传统测试方法，避免了由于传统测试方法引起的易接错线，劳动强度大、调试周期长，功能单一和不能进行复杂的试验等不足，从而大大提高了试验测试水平。 ）常规继电器：

17、与微机型继电保护试验测试仪连接，利用测试仪测试各种常规继电器的特性，为微机继电保护课程的教学实验服务。 ）多功能微机保护实验装置：多功能微机保护实验装置是整个实验系统完成多功能任务的核心设备，也是本论文研究和设计的重点。通过机下载不同的保护程序、整定各保护定值、设置参数、查询保护动作报告，和接收微机型继电保护试 验测试仪产生的模拟量和开关量信号，从而完成多种微机保护和测控功能，同时实 硕士学位论文 验装置还负责将保护动作量通过开关量输出反馈回微机型继电保护试验测试仪，以及将保护和重合闸的动作信息、及各开入量状态上传给机。下文还将对多功能微机保护实验装置，特别是其硬件部分作详细地研究和分析。 ）

18、机：机是实验系统的管理者。它控制微机型继电保护试验测试仪产生各种实验所需的模拟量和开关量信号，向多功能微机保护实验装置下载程序、整定保护定值，并接收微机型继电保护试验测试仪和多功能微机保护实验装置上传的信息。同时在机上还会显示实验界面和实验结果，便于进行各种微机保护实验及培训。 该系统具有集成度高、结构简洁清晰、占地面积小、投资少等特点。采用通用性硬件平台，通过从上位机下载保护程序，可完成电流、电压、功率方向等多种继电保护实验以及自动重合闸、低频减载等多种功能。同时软件采用模块化设计，不但可以完成单个继电器的特性试验，还可系统集成为微机线路保护综合实验和主设备微机保护综合试验，不仅适合电力系统

19、调度、变电运行、检修人员进行微机保护学习培训使用，而且可供高等院校电气工程专业的各类学生实验和教学。实验装置的功能和性能特征 实验装置的功能 基于的多功能微机保护实验装置是针对电力系统投入运行的微机保护装置不允许用来进行试验培训而设计的，它可使参加实验培训的人员在动手操作实验的基础上，迅速、全面地掌握微机保护装置硬件构成、保护算法原理、保护之间的配合和配置原则等相关知识，清楚地了解保护的动作过程，并能下载自编的保护程序。本装置可实现的功能具体有： 实验功能 本装置硬件通用性强，可灵活下载软件，通过在同一硬件平台上下载各种不同的保护和监控软件，来完成多种保护实验。 数字继电器特性实验：对单个继电

20、器进行动作值整定和特性测试，在上位机实验界面上显示继电器动作信息、故障波形，以及继电器动作演示。其中保护定值整定既可在下位机面板上就地设定，也可在上位机设定后下载到多功能微机保护实验装罱中。可进行的继电其特性实验包括：差动继电器（差动电流继电器、比率制动式差动电流继电器）、阻抗继电器（圆特性阻抗继电器、方向性多边形阻抗继电器）以及安全自动装置继电器实验。 输电线路综合实验：及其以上超高压线路保护（高频保护、距离保护、零序电流、重合闸功能）。 主设备保护实验：变压器保护（差动电流速断、二次谐波制动、比率制动、复合电压闭锁方向过流保护、零序方向过流保护等）、电容器保护、母线保护（单相 硕士学位论文

21、 验装置还负责将保护动作量通过开关量输出反馈回微机型继电保护试验测试仪，以及将保护和重合闸的动作信息、及各开入量状态上传给机。下文还将对多功能微机保护实验装置，特别是其硬件部分作详细地研究和分析。 机：机是实验系统的管理者。它控制微机型继电保护试验测试仪产生各种实验所需的模拟量和开关量信号，向多功能微机保护实验装置下载程序、整定保护定值，并接收微机型继电保护试验测试仪和多功能微机保护实验装置上传的信息，同时在机上还会显不实验界面和实验结果，便于进行各种微机保护实验及培训。 该系统具有集成度高、结构简洁清晰、占地面积小、投资少等特点。采用通用性硬件平台，通过从上位机下载保护程序，可完成电流、电压

22、、功率方向等多种继电保护实验以及自动重合闸、低频减载等多种功能。同时软件采用模块化设计，不但可以完成单个继电器的特性试验，还可系统集成为微机线路保护综合实验和主设备微机保护综合试验，不仅适合电力系统调度、变电运行、检修人员进行微机保护学习培训使用，而且可供高等院校电气工程专业的各类学生实验和教学。 实验装置的功能和性能特征 实验装置的功能 基于的多功能微机保护实验装置是针对电力系统投入运行的微机保护装置不允许用来进行试验培训而设计的，它可使参加实验培训的人员在动手操作实验的基础上，迅速、全面地掌握微机保护装置硬件构成、保护算法原理、保护之间的配合和配置原则等相关知识，清楚地了解保护的动作过程，

23、并能下载自编的保护程序。本装置可实现的功能具体有： 实验功能 本装置硬件通用性强，可灵活下载软件，通过在同一硬件平台上下载各种不同的保护和监控软件，来完成多种保护实验。 数字继电器特性实验：对单个继电器进行动作值整定和特性测试，在上位机实验界面上显示继电器动作信息、故障波形，以及继电器动作演示。其中保护定值整定既可在下位机面板上就地设定，也可在上位机设定后下载到多功能微机保护实验装嚣中。可进行的继电其特性实验包括：差动继电器（差动电流继电器、比率制动式差动电流继电器）、阻抗继电器（圆特性阻抗继电器、方向性多边形阻抗继电器）以及安全自动装置继电器实验。 讧输电线路综合实验：及其以上超高压线路保护

24、高频保护、距离保护、零序电流、重合闸功能。 缸主设备保护实验：变压器保护（差动电流速断、二次谐波制动、比率制动、复合电压闭锁方向过流保护、零序方向过流保护等）、电容器保护、母线保护（单相复合电压闭锁方向过流保护、零序方向过流保护等）、电容器保护、母线保护（单相 硕士学位论文 验装置还负责将保护动作量通过开关量输出反馈回微机型继电保护试验测试仪，以及将保护和重合闸的动作信息、及各开入量状态上传给机。下文还将对多功能微机保护实验装置，特别是其硬件部分作详细地研究和分析。 ）机：机是实验系统的管理者。它控制微机型继电保护试验测试仪产生各种实验所需的模拟量和开关量信号，向多功能微机保护实验装置下载程序

25、、整定保护定值，并接收微机型继电保护试验测试仪和多功能微机保护实验装置上传的信息。同时在机上还会显示实验界面和实验结果，便于进行各种微机保护实验及培训。 该系统具有集成度高、结构简洁清晰、占地面积小、投资少等特点。采用通用性硬件平台，通过从上位机下载保护程序，可完成电流、电压、功率方向等多种继电保护实验以及自动重合闸、低频减载等多种功能。同时软件采用模块化设计，不但可以完成单个继电器的特性试验，还可系统集成为微机线路保护综合实验和主设备微机保护综合试验，不仅适合电力系统调度、变电运行、检修人员进行微机保护学习培训使用，而且可供高等院校电气工程专业的各类学生实验和教学。实验装置的功能和性能特征

26、实验装置的功能 基于的多功能微机保护实验装置是针对电力系统投入运行的微机保护装置不允许用来进行试验培训而设计的，它可使参加实验培训的人员在动手操作实验的基础上，迅速、全面地掌握微机保护装置硬件构成、保护算法原理、保护之间的配合和配置原则等相关知识，清楚地了解保护的动作过程，并能下载自编的保护程序。本装置可实现的功能具体有： 实验功能 本装置硬件通用性强，可灵活下载软件，通过在同一硬件平台上下载各种不同的保护和监控软件，来完成多种保护实验。 数字继电器特性实验：对单个继电器进行动作值整定和特性测试，在上位机实验界面上显示继电器动作信息、故障波形，以及继电器动作演示。其中保护定值整定既可在下位机面

27、板上就地设定，也可在上位机设定后下载到多功能微机保护实验装罱中。可进行的继电其特性实验包括：差动继电器（差动电流继电器、比率制动式差动电流继电器）、阻抗继电器（圆特性阻抗继电器、方向性多边形阻抗继电器）以及安全自动装置继电器实验。 输电线路综合实验：及其以上超高压线路保护（高频保护、距离保护、零序电流、重合闸功能）。 主设备保护实验：变压器保护（差动电流速断、二次谐波制动、比率制动、复合电压闭锁方向过流保护、零序方向过流保护等）、电容器保护、母线保护（单相 基于的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 差动）。 测量、谐波分析 实时测出三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等电气

28、量，用波形图显示三相电压和三相电流；还可进行谐波电压和谐波电流分析。 通信联网功能 装置具有灵活的通信功能，可直接与机进行串行通信，装置可以根据上位机的指令有选择的计算测量电气量，并将测得的电气量及事故时所记录下的故障前后以及跳闸前后的信息上传给上位机，还可实现上位机对装置的远方控制，其中包括远方修改保护的整定值、保护局部或全部功能的投、退。 装置还具有联网功能，配置了高速总线和现场总线，在规定一定的通信协议后，即可联入或通信网络，由多套装置组成变电站综合自动化实验系统。 教学培训功能 多功能微机保护实验装置采用大屏幕中文菜单和图形显示，可容纳丰富的信息量，电气一次图、实时监测的电气量、电压波

29、形、电流波形、故障类型、保护动作信息都可以清晰地显示在屏幕上，通过实际操作人机对话面板上的薄膜按键来进行教学实践。同时，除了可进行装置硬件部分操作培训外，装置还配备相应的上位机软件，它结合各种实验，提供了丰富的教学培训内容。软件的帮助文件中细述了微机保护装置硬件的基本结构、各组成部分的原理和功能，并以多功能微机保护实验装置为例对其硬件和软件系统进行研究。教学培训软件还着重介绍了多功能微机保护实验装置中所涉及到的保护算法以及一些新型的保护原理和算法，以提高受训人员的理论知识水平。为使实验者清楚地了解电力系统工程实际中继电保护及安全自动装置的应用和技术要求，依据继电保护和安全自动装置技术规程（）阐

30、述了电力系统中电力设备和线路的保护和安全自动装置的配置原则，本装置所有的实验项目也都是依据这些原则设置的，因此受训人员可以结合实验迅速、全面地理解和掌握这些规程】。 实验装置的性能特征 ?考虑到具有运算速度快、内存大等特点，硬件采用双的模块化设计，保护独立采样，并完成所有的数字滤波、保护算法和出口逻辑，而监控 ?监控内设总起动元件，只有总起动元件动作才能开放出口继电器正电?充分利用片内的在应用编程）功能，通过下载不同的保护和监控软件来实现用一套保护实验装置硬件完成多种不同保护功能实验。完成装置的总起动、人机界面和后台通信。源，完成装置的总起动，从而真正保证了任一器件损坏不致引起保护误动。 硕士

31、学位论文 ?友好的人机接口、汉字显示。 ?灵活的后台通讯方式，配有通信接口、通信接口和接口。 ?硬件设计上采用多种抗干扰技术，强弱电严格分开，大大提高装置的抗干扰能力。 实验装置的原理分析 数字滤波和继电保护算法非递归数字滤波器（滤波器）高速继电保护装置都工作在故障发生后的最初瞬变过程中，而此时的电压和电流信号由于混有衰减直流分量和复杂的谐波成分而发生严重的畸变嘲。目前大多数保护装置的原理是建立在反映下弦基波或某些整数倍谐波基础之上，所以滤波器是继电保护装置的关键器件。本装置中主要采用的是数字滤波器。所谓数字滤波器通常是指一种程序或算法，在微机保护中，数字滤波器的运算过程可用常系数线性差分方程

32、（）来描述，即（行）（），（）（）式中（玎）、（叻一数字滤波器的输入值和输出值序列：口、一数字滤波器系数。通过选择数字滤波器系数和，可滤除输入信号序列（）中的某些无用频率成分，使数字滤波器的输出序列（）能更明确地反映有效信号的变化特征。在式（）中，系数全部为时，称之为非递归数字滤波器（滤波器）。非递归数字滤波器的现行输出（仅与现行输入及其前行输（）有关，而与前行输出一）无关，因而该滤波器具有滤波速度确定、数据窗明确、滤波稳定的特点。当短路故障发生后，经过滤波算法确定的数据窗时间，不需要短路故障前的数据，即不需要历史资料，因此，非递归数字滤波器在微机保护中获得广泛应用。常用到的有差分（减法）滤波

33、、积分滤波等，这里仅介绍本装置中使用的差分滤波器。 差分滤波器的差分方程为 （挖）（叻一（一七）（） 经过差分滤波后，输入信号中的直流分量以及频率为警和的整次倍谐波分量将完全滤除。差分滤波器的主要作用是： （）抑制故障信号中的衰减直流分量的影响。差分滤波器的突出优点之一是完全滤除输入信号中的恒定直流分量，即使对衰减的直流分量（非周期分量的主要成 基于的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 分）也有良好的抑制作用。为了减少算法数据窗，加快计算速度，装置使用的差分滤波器。但需要指出的是，差分滤波器对故障信号中的高频分量有一定的放大作用，因此采用将差分滤波器与傅氏算法相配合的方式，这样才能保证在故障

34、信号同时含有衰减直流分量和其他高频分量时，仍具有良好的综合滤波效果。 （）提取故障信号中的故障分量。在式（）中，若将值取为，滤波方程为 （）工（竹）一（一）（） 于是滤波器可滤除直流、基频及所有整次谐波分量。这样，当电力系统正常运行时，滤波器无输出，（，而发生故障时，在故障后的第一个基频周期内，输出量（功为故障信号中的故障分量。根据这一特点，差分滤波器常用来实现故障的检测元件、选相元件以及其他利用故障分量原理构成的保护网。 傅氏算法 设被采样的模拟信号（）是一个周期性时间函数，除基波分量外还含有各整次谐波和不衰减的直流分量，则（）可表示为 （）【口（；）（）】 式中（）一自然数，五，； 。、一

35、分别为各次谐波（包括基波）正弦项和余弦项的振幅，是直流分量值。按傅氏级数原理，。、。可表示为 吾（）（丑。，）西（） 咖吾知）。（。） 是（）中的基波分量（）为 （）（）（）（）（）其中，是）的周期。当五时，。、就是基波正弦项、余弦项的幅值，于（） 其中。是基波分量的有效值，是时的初相角。将上式用和角公式展开，就可得到 。 再根据。和。，求出基波有效值鼻。和初相角（）（） 硕士学位论文 ：；砰（） ） 口 同理，当丑（为除以外的自然数）时，根据。和。就可求出玎次谐波分量的有效值和初相角。例如在变压器保护的二次谐波制动元件中，就是利用傅氏算法来求次谐波分量的有效值和初相角的。 在用微机计算。和时

36、，通常采用有限项方法算得，即将工）用各莱样点数值代入，通过梯形法求和代替积分法来求式（）、（）的积分值，即 铲昙鼢净咄争 ”专善娴（庀等）（） 式中一一个工频周期采样点数 （）一（）在时刻的采样值 可以看出，傅氏算法实际上是通过同时获取相隔。的。、（口，超前相角。）计算出基波分量的有效值和相位，其时间窗长度是一个基频周期，故该算法又称为全周傅氏算法。当输入信号为周期性信号时，傅氏算法可以准确地求出输入信号的基频分量。但在实际故障情况下，故障信号通常不是呈周期性变化，如非周期分量不是恒定不变的纯直流分量，而是依指数规律衰减，这样一来，采用傅氏算法进行计算会产生一定误差。 根据对傅氏算法幅频特性的

37、分析可知傅氏算法除了完全滤去输入信号中的整数次的高次谐波外，对于其他的非整次（分次）谐波，虽然不能完全滤除，但仍有一定的抑制作用。其中对高频分量的滤波能力相当强，即使不采取措施，一般也能保证良好的计算精度。而对于低频分量（主要由衰减的非周期分量产生），算法的滤波效果相对较差。但事实上在电力系统发生故障后的电磁暂态过程中，电压电流信号均有较大的衰减非周期分量，本文针对这一问题，提出的解决方案是在傅氏算法计算前进行一次差分滤波（以）（胛）一（一），以削弱非周期分量的影响。 短数据窗移相算法 这里介绍的是短数据窗移相算法是移相算法的一种，这种算法不仅移相角度可以任意调整，同时数据窗较短。设电流以及超

38、前口角的电流分别是 （），。（耐（）（，）。（耐口）佗） 基于的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 用相量表示为、。令砸一）（耐一蝇），正为一个采样间隔时间，以相量表示该时刻电流为不，即；互，为一个采样周期的采样点数。、丌 ，。三者之间的关系如图所示。 墅 ）超前运算）滞后运算 图移相运算时的相量图 图中（其中拉、为系数），则在图（）中由，。、。组成的三角形中，有 鸯掣巧一石，（万、（）， 万一口一） 。 计及，得到系数口、为 口互产一洲争） 锄万 ：（） 一万 采样频率一定后，根据要求超前的相角口，系数日、可先离线计算得到。因此屯（）又可写为屯）（口）一岷（）日一出），于是 （珂）（叻一（

39、一）（） 硕士学位论文 这样一来，可通过相邻两个改）的采样值来获得超前相角的电流采样值，实现超前移相运算。移相后的电流幅值保持不变，相角口可取任意值，时间窗长度只要一个采样间隔时间。 同理，由图可得到滞后移相算式为 。（开）（）一（）（） 其中系数、表示式与式（）、（）相同。 序分量计算方法 电力系统发生短路故障（包括元件故障）时，一般情况下会产生零序分量、负序分量、正序分量的电流和电压。对于正序分量来说，其中包含负荷正序分量在内。因此，序分量电流、电压的出现（序分量中应去除负荷正序分量）可用来反映短路故障或不正常运彳亍工况。 零序电流的计算方法 零序电流可从三相电流获取，算式为 （行）（玎）

40、十（），（胛） （”）、。（）、（行）一正弦工频电流采样值（滤波后获得） 零序电流也可从三相电流互感器二次侧中性线中直接获取。为避免暂态中不平衡电流的影响，可通过差分算法、傅氏算法后求出的有效值。 负序电流的计算方法 在己知，。、。、的情况下计算出负序电流值。因负序电流计算时，需将，。、（）移相，所以通常有两种计算方法。 （）以相量方法计算负序电流 负序电流的表示式为 ）日一一矿 相量方法计算负序电流是指先将三相电流进行滤波取出正弦量，而后移相滤序实现负序电流的计算。通常情况下，采用傅氏算法求取三相电流的实部、虚部，可得到以相量方法获取负序电流的实部、虚部，见式（。）、（），可将式（）：为算式

41、（：）。万白“梆七等）善如（啪（七百了）善（七百一了；，）（） 基十的多功能微机保护实验装置硬件研究和设计 （），兰（）（等）羔（咖。（万等）砉七（咖（等一等）（“） 因负序电流的算式是建立在先对三相电流进行滤波而后滤序的基础上，所以有较好的精确度和暂态性能，但计算量较大。算法需要的数据窗长度是一个工频周期。 （）以采样值方法计算负序电流 采样值法计算负序电流是指先滤序求出负序电流的采样值，而后再进行滤波计算出负序电流。 对式（）给出的负序电流进行采样，可以得到 （班“咖帕一争一净（） 上式是负序电流的采样值，这种滤序算法的数据窗长度为工频周期，即短路故障后经过工频周期才能获得负序电流的采样值

42、。求得负序电流采样值后，再用半周积分算法来求得负序电流值。 正序电流的计算方法 正序电流的表示式为 】已一枷“一旷陀） 与式（）相类似，因此正序电流的计算方法与负序电流的计算方法也是相类似的。所不同的是，计算得到的正序电流中包含负荷电流。 序电压的计算方法与序电流的计算方法相同。在序电流的计算中，应注意三相电流中的非周期分量和高次谐波的影响。在序电压的计算中，虽然三相电压中的非周期分量并不像电流中那样严重，但更应注意的是因电感上压降而被放大了的高次谐波的影响。 数字式变压器保护 变压器是电力系统中的一种重要的电气设备，分布于系统各不同电压阶层，它的安全可靠运行，直接关系着电力系统正常供电。数字式变压器保护在硬件上与一般线路微机保护相似，但由于其结构的特殊性，因而使得用微机实现变压器保护时具有一些突出的特点。 ，数字式纵差动保护接线 纵差动保护是变压器的主要保护之一，它主要用来保护变压器内部、套管及引出线上的各种短路故障，以弥补瓦斯保护不能保护油箱外部故障的不足。常规纵差动保护，采用相位补偿的方法来消除由于变压器，接线引起的不平衡电流的影响，即将变压器星形侧的电流互感器二次侧接成三角形，而将变压器三角形侧的 电流互感器二次侧接成星形。而数字式纵差动保护则采用如图所示的保护接