第七章计算机继电保护课件1

计算机继电保护1、计算机继电保护的构成（重点）2、计算机继电保护的数字滤波器（难点、了解）3、计算机继电保护的算法（难点、了解）4、计算机继电保护的抗干扰（难点、了解）,第九章 计算机继电保护的构成 第一节概述,一、传统继电保护的构成 二、计算机继电保护的硬件构成,第一节概述,三、计算机继电保护的软件 完成计算、分析、比较、延时、跳闸 显示、通讯等功能 四、计算机继电保护的工作过程,第二节输入信号的预处理,一、概述 输入信号的预处理包括,第二节输入信号的预处理,二。输入信号的获取 1。电压、电流量的获取 同传统保护 电压互感器、电流互感器 注意：保护互感器与测量互感器精度的区别 2。开关量的获取 来自断路器、隔离开关等的辅助触点。,第二节输入信号的预处理,三。电量转换 电压互感器2次侧额定线电压为100V 电流互感器2次侧额定电流为5A或1A 1。作用 （1）使输入信号电平与微机保护装置模拟通道允许电平相匹配。（主要是A/D输入通道允许电平） （2）装置内外的电隔离，即不使系统一、二次设备与保护装置之间存在直接的电联系，提高抗干扰能力。,第二节输入信号的预处理,2。电压量的变换3。电流量的变换,第二节输入信号的预处理,4。隔离变换器的选择 电压变换：隔离变压器 电流变换：电抗变换器或电流中间变换器 （1）电抗变换器的特点： 优点：线性范围大、铁芯不易饱和、有相移作用可抑制非周期分量。 缺点：阻止直流、放大高频分量的作用，当一次侧有非正弦电流时二次电压将发生严重畸变。,第二节输入信号的预处理,（2）电流中间变换器的特点 优点：只要铁芯不饱和其二次电流及并联电阻上的二次电压波形可基本保持与一次电流一致，所以可以用来做精确计算和定量分析。 缺点：非周期分量下易饱和、线性度差、动态范围小。 考虑原则： A：电网正常运行时保证采样精度 B：故障时保证留有裕度。,第二节输入信号的预处理,四。模拟滤波器 1。作用 限制输入信号的频率，满足采样定理的要求。fs>2 fh 2。分类 （1）无源滤波器 由R、L、C构成。 A：LC滤波器 体积大、价格高、制作调整麻烦，很少采用。,第二节输入信号的预处理,B：RC滤波 优点：结构简单、可靠性高、具有较大的过载能力和较强的耐浪涌冲击能力。 缺点：滤波性能差，通带不平坦，过渡带不陡峭。 例：一阶RC低通滤波器 RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示。,分析可知，当 f 很小时，A(f)=1，信号不受衰减地通过；当 f 很大时，A(f )=0，信号完全被阻挡，不能通过。 一阶RC高通滤波器 分析可知，当f 很小时，A(f)=0，信号完全被阻挡，不能通 过；当f 很大时，A(f )=1，信号不受衰减的通过。低通和高通的截止频率相同，fc=1/(2RC),RC带通滤波器,带通滤波器可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联，其电路及其幅频、相频特性如下图所示。,第二节输入信号的预处理,（2）有源滤波器 优点：良好的滤波特性，平坦的通带和陡峭的过渡带。 缺点：电路复杂，有延时。 一般选二阶或三阶滤波电路。 包括：带阻、低通、带通、高通等滤波器。 典型应用有源滤波电路： A：低通 a:二阶低通滤波器,第二节输入信号的预处理,电路：分为：贝塞尔型最平延迟特性巴特沃尔型最平幅度特性切比雪夫型等波纹特性,第二节输入信号的预处理,b: 三阶低通滤波器其中：R1=R2=R3 如何计算选取图中各元件的参数： 步骤： 举例：,第二节输入信号的预处理,步骤：1。由表1选取c1/，C2/2。利用转折频率fcp进行频率换算3。选取R=R1=R2的数值，求出C1和C2的实际值,第二节输入信号的预处理,4。把R1、R2、C1、C2的值带入校验 fcp是否满足要求，如不满足重新选取R的值进行计算。表1未换算的电容数值,第二节输入信号的预处理,举例：求截止频率为1000Hz 的3-dB切比雪夫型二阶低通滤波器。 解：1。2。3。实际计算中总是设C1为最大电容，一般取0.010.33uF(截止频率越大C1越小）如取0.01uF.,第二节输入信号的预处理,所以有：表2三阶低通滤波器未换算参数（C2为最大值）,第二节输入信号的预处理,B：带通滤波器 典型电路 参数计算： 一般C=C1=C2定值 选取R1，R2，R3 1。定C的值 2。 当R3太大时，取较大C3。f0 中心频率，Q品质因数，H电路在f0 处的电压增益。,第二节输入信号的预处理,C：高通滤波器 二阶高通滤波器 电路： 计算步骤： 1。查 2。3。确定C1=C2=C 4。 5。,第二节输入信号的预处理,表3。二阶高通滤波器未换算参数,第二节输入信号的预处理,三阶高通滤波器电路,第二节输入信号的预处理,五。采样保持 定义：把采样时刻上得到的模拟量的瞬时幅度完整的记录下来，并按需要准确地保持一段时间。 1。作用 （1）将连续信号离散化 （2）在模数转换期间内保持输出不变。 2。采样保持电路的工作原理,第二节输入信号的预处理,K为电子模拟开关（场效应晶体管） P为控制信号 P高电平K闭合电路处于采样状态，C快速充电或放电到输入电压在采样时刻（即P在上升沿）的电压值。 P低电平K断开C保持K打开时的电压值， 电路处于保持状态，供A/D转换用。,第二节输入信号的预处理,当K闭合时C上的充电或放电电压值随输入电压变 化，为了准确采样；总希望采样时间越小越好，即采样时 间越短越好。因此要求阻抗变换器1，输入阻抗高（107欧 姆），输出阻抗低几欧姆。 输入高阻抗：保证输入电压不随负载变化。 输出低阻抗：使C上电压能迅速跟踪输入电压值。 当K打开时，希望C上电压尽量保持较长时间，以被A/D转 换使用，为提高保持能力，电路中应用了阻抗变换器2 输入高阻抗：提高保持能力 输出低阻抗：增强带负载能力,第二节输入信号的预处理,3对采样保持器的要求 （1）能准确跟踪输入电压的值，即采样时间尽量短。 （2）保持时间要长，通常用下降率来表示保持能力。 （3）模拟开关的动作延时，闭合电阻和开断时的漏电流要小。 其中： （1）（2）与阻抗变换器的质量、电容C的大小有关。 （3）与电路设计有关。,第二节输入信号的预处理,电容C的选取： 就（1）而言希望越小越好。 就（2）而言希望越大越好。 通常取0.01Uf。 典型使用电路： 由LF398构成 2调零 8控制输入端TTL或CMOS电平即可。 其中2个阻抗变换器由2个运算放大器构成的跟随器组成， 开关由场效应晶体管构成。控制信号P经另外一个运算放 大器控制开关K。,第二节输入信号的预处理,六多路转换开关 因为输入量多，为了不使每个输入量都设A/D转换器而采 用通过多路转换开关的切换来选通各路输入信号。 集成芯片如： AD750616选1 40518选1 40522组4选1 40533组2选1等等 选取时注意：其工作电源，电平的匹配等问题。,第二节输入信号的预处理,七模数转换器 1转换原理：可认为是一编码电路，将输入模拟电压量U 相对于参考电压UR经一编码电路转化为数字量D输出。 理想A/D：D=U/UR（位数无限大） 其中：D是一个小于1的二进制数，要求U小于UR 单极性：小数点在最高位前。 双极性：符号位在最高位。 D表示为： B1最高位，Bn最低位 B1Bn为二进制码0、1 所以： 实际A/D转换输出供CPU使用的是B1B2Bn 二进制数。 因为n有限所以必然带来误差，因此希望n越大越好。 现有：8，10，12，14，16位A/D转换器。,第二节输入信号的预处理,2转换方式 （1）比较式：逐位比较式（应用较多）并联比较式（国内很少用） （2）记数式UT变换型UF变换型。,第二节输入信号的预处理,3常用芯片 ADC08098为8通道需要正负基准电源515V AD57412为2通道+-15V电源和5V电源，20V输入范围。 MAX19712为，8通道，带一路采样保持（在多路转换开关后）单5V电源供电，内部参考电压或外部提供参考电压。 输入范围+-10V或+-5V可由软件控制。 MAX1558位8通道，8个采样保持器，05V或+-2.5V输入范围，单5V供电，内部参考电压。可一路转换或8路同时转换。 MAX12514位8通道4采样保持器，可一路转换或4路同时转换。,第二节输入信号的预处理,选择时应注意的问题： （1）转换速度 （2）转换精度 （3）接口方式 （4）电平匹配 （5）电源要求 （6）极性问题 （7）输入范围问题 （8）通道数 （9）价格问题,第二节输入信号的预处理,八采样及A/D转换方式 根据每个采样间隔内采样通道数的不同分为 单一通道采样和多通道采样 1单一通道采样 根据采样点的位置以及采样时间与输入信号频率的关系又 分为： 异步采样和同步采样,第二节输入信号的预处理,A：异步采样也称定时采样 TS=常数（采样周期） fS=N*f0 （采样频率），f0工频50Hz，f1基频 N每周期的采样次数 当f0与f1不等时，fS=N*f0中N不再为整数， 采样脉冲与输入信号时间位置发生异步，带来误差。 如系统频率下降会对测量带来误差，降低保护的可靠性。,第二节输入信号的预处理,B：同步采样 （1）跟踪采样 fS随 f1变化 保持fS/ f1=N为不变常数（整数） 测量T1定fS可消除频率变化引起的误差。 （2）定位采样 保持fS/ f1=N为不变常数（整数），而且采样点位于基波 中的事先确定好的固定位置，即采样过程与被测量的正 弦基波给定相位严格同步。 因同步技术复杂，且有其他算法可以克服，所以不用。,第二节输入信号的预处理,2多通道采样方式 定义：在每一个采样周期里对多个通道量全部采样 （1）同时采样在每个采样周期对所有需要采样的各个通道的量在同一 时刻一起采样。 方法：A：每一个通道都设A/D，同时采样后同时启动A/D转换。 异步采样 或同步采样,第二节输入信号的预处理,B：全部通道合用一个A/D，同时采样依次A/D转换。异步采样 或同步采样,第二节输入信号的预处理,（2）顺序采样 在每一个采样周期内，对上一个通道完成采样及A/D转换 后，再开始对下一个通道进行采样。条件：采样器与A/D 转换器的速度远远大 于系统基波变化速度， 但不适合于对同时性 要求严的场合。异步采样 或同步采样,第二节输入信号的预处理,（3）分组同时采样将所有输入通道分成若干组，组内各通道同时采样， 组间人为增加一延时，再开始采样。 应用在：要求电压或电流相量旋转一角度时。,第二节输入信号的预处理,九数字信号的数据更新与排队 1概念数据运算中为取用的方便和省时，需要对数据进行更 新与排队。 数据更新：在给定的数据暂存区间内不断的用最新数据去取代最早的数据的过程。 排队：数据在暂存区内排列的顺序与方法。 硬件数据排队与软件数据排队 2软件数据排队数据搬移法、暂存区扩展法、字节地址偏移循存取法、循环记忆法。,第二节输入信号的预处理,（1）数据搬移法采用“先移后放”的方法。适用于： n不大， 时间允许的情况下。,第二节输入信号的预处理,（2）暂存区扩展法2倍数据所占空间当前数据B1,第三节单片机及其扩展,一。概述 包括： 1。CPU，数据、程序存储器，时钟电路，监视电路、掉电保持电路等。 2。显示器，键盘、打印等。 3。通讯电路 4。日历电路 5。系统电源 二。CPU及其扩展 1。最小系统,第三节单片机及其扩展,包括：CPU，数据、程序存储器，晶振电路、复位电路。 （1）CPU的选取 内部有数据、程序存储器的CPU。如87196，89C51、 89C52、89S52等 需要外扩数据、程序存储器的CPU。8031，8051，8052， 80196，80C296，8098等 8位CPU或16位CPU等。 （2）数据存储器 如6216，6264等； 以及 DS12887等掉电保持芯片 （3）程序存储器 如：2764，27128，2864，2964，29512等 （4）晶振电路 如：6M，11.0592M，12M，50M等 （5）复位电路 如：人工复位电路、自动复位电路，人工自动复位电路等,