第10章 微机保护基础知识

第10章微机保护基础知识10.1微机保护硬件组成及作用10.2数据采集系统10.4微机保护的软件构成10.5提高微机保护可靠性的措施10.3微机保护算法

微机保护具有如下优点：（1）可靠性高；

（2）灵活性强；

（3）保护性能得到很大改善，功能易于扩充；

（4）维护调试方便；

（5）有利于实现电力自动化。10.1微机保护硬件组成及作用图10-1微机保护硬件系统构成框图1．数字核心部件

2．模拟量输入接口部件图10-2模拟量输入模块框图3．开关量输入接口部件图10-3开关量输入4．开关量输出接口部件

5．人机对话接口部件图10-4开关量输出6．外部通信接口部件10.2数据采集系统10.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入部件的原理10.2.2基于V/F转换的数据采集系统1．电压形成回路2．采样保持（S/H）电路（1）采样保持原理10.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入部件的原理图10-5采样保持电路原理图（2）采样保持分析图10-6采样保持过程示意图（3）采样频率和采样定理图10-7频率混叠示意图3．模拟低通滤波器ALF图10-8常用无源滤波器及其特性4．模拟多路转换开关（MPX）图10-9多路转换开关原理图5．模数转换器（ADC回路）（1）ADC的基本原理图10-10逐次比较式A/D转换原理图（2）数摸转换器（DAC）图10-11数模转换器原理图举例10.2.2基于V/F转换的数据采集系统1．V/F转换器的基本原理图10-12VFC原理图图10-13VFC波形图图10-14输入电压和输出频率关系图10-15输入电压和输出频率波形图10-16VFC进行A/D转换方案2．利用VFC进行A/D转换图10-17分辨率分析图10.3微机保护算法10.3.1数字滤波器10.3.2正弦函数模型算法10.3.3傅氏算法10.3.4计算输电线路阻抗的微分方程算法10.3.5移相算法10.3.6对称分量滤过器算法微机保护中，模拟电压、电流输入信号经过离散采样和模/数变换成为可用于计算机处理的数字量，计算机将这些数字量（采样值）进行计算和分析，得到保护所需的电气量参数，再将这些参数代入保护的动作特性方程，并与整定值进行比较和判断，决定保护装置的动作行为。完成上述分析计算和比较判断，以实现各种继电保护功能的方法，通称为保护算法。10.3.1数字滤波器数字滤波器是一种特殊的算法，其特点是通过对采样序列的数字运算得到一个新的序列，在新的序列中已滤除了不需要的频率成分，只保留了需要的频率成分。1．数字滤泼器的基本概念在微机保护中，广泛采用数字滤波器，因为数字滤波器与模拟滤波器相比，具有以下突出优点。

（1）滤波精度高

（2）具有高度的灵活性

（3）稳定性高（4）便于时分复用2．非递归型滤波器3．递归型数字滤波器的概念数字式递归型滤波器的设计方法一般分为三种。

①零极点配置法，即在频域上，对滤波器的传递函数的零点和极点进行合理选择和配置，使滤波特性满足给定要求。

②借助模拟滤波器的设计方法进行设计。

③采用最优化技术进行滤波器设计。10.3.2正弦函数模型算法1．采样值乘积算法2．导数算法图10-19用差分近似求导示意图3．半周绝对值积分算法图10-20半周积分算法原理示意图图10-21用梯形法近似计算面积傅氏算法的基本思想源于傅里叶级数。该算法假设输入信号为周期性函数信号，即输入信号中除基频分量外，还包含直流分量和各种整次谐波分量。10.3.3傅氏算法采用微分方程算法进行阻抗计算时，有不同的输电线路模型。最简单也是最常用的模型是忽略分布电容的影响，假设输电线路仅由电阻和电抗串联组成，即采用R、L串联的数学模型。在此情况下，当线路上发生短路故障时，测量端的电压和电流满足以下微分方程10.3.4计算输电线路阻抗的微分方程算法10.3.5移相算法1．直接移相法图10-22取不同时刻采样值直接移相说明2．差分移相法10.3.6对称分量滤过器算法1．采样值滤序算法2．复相量滤序算法10.4微机保护的软件构成10.4.1主程序10.4.2中断服务程序图10-23微机保护程序结构图主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波，开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和启动判据的计算，根据是否满足启动条件而进入正常运行程序或故障计算程序。硬件自检内容包括RAM、E2PROM、跳闸出口三极管等。10.4.1主程序1．故障处理程序2．正常运行程序10.4.2中断服务程序10.5提高微机保护可靠性的措施10.5.1硬件方面10.5.2软件方面10.5.3硬件与软件的自恢复1．隔离和屏蔽2．电源的抗干扰3．信号传输线的抗干扰4．采用印制电路板的抗干扰5．实行联网10.5.1硬件方面1．输入数据的纠错2．运算结果的核对3．出口的闭锁4．自动检测10.5.2软件方面10.5.3硬件与软件的自恢复1．硬件的自恢复图10-24硬件“看门狗”电路2．软件的自恢复是否能够充分发挥硬件“看门狗”电路的作用，关键还在于程序设计。程序上必须满足以下三个要求，“看门狗”电路才能正常工作：

（1）CPU正常