【正文】 為使計算頻率更為精確，采樣信號最好用線電壓。第二種方法本身具有先濾波后濾序的作用，它求出的負序分量不是瞬時值，而是實部、虛部分量，求有效值時需作開方運算。 負序分量的有效值可由前面求有效值的方法求得。在微機保護中，除在采樣中斷服務程序中，進行數(shù)據(jù)檢查或電壓互感器二次一相或兩相斷線時，用 uak+ubk+uck與來自電壓互感器開口三角的 3u0k進行比較外，其他反映零序電壓的保護多數(shù)要在計算零序電壓前，經(jīng)過一個三次諧波濾過器 (即三次諧波是濾波器的零點 )，以消除三次諧波的影響，提高零序電壓保護的靈敏度。 2. 與頻率無關的全周積分算法 由式 (51)可知，對于一個正弦信號，在任意半周內(nèi)絕對值積分值為常數(shù)。因為分布電容只有對高頻分量才是不可忽略的。 對于相間短路，應采用 和 ，例如 AB相間短路時，取 、 。 2. 半周波傅里葉算法 半周波傅里葉算法是僅用半周波的數(shù)據(jù)計算信號的幅值和相角。按照式 (942)和 式 (943)求出某次諧波分量的實部和虛部 、 ，即可求出信號的幅值和相角。傅里葉算法是一個被廣泛應用的算法，它本身具有濾波作用。特點是計算的判定時間較短。 (95) 從而可求出幅值 式 (95)可用梯形法則近似求得 (96) 22mm00s in ( ) d s in dTTS U t a t U t t??? ? ???/2022c o s |TmU tU???? ? ?22SU ??/ 2 10 / 2 S111[]22NkNkS u u u T??? ? ?? 微機保護的特征量算法 第 9章 微機繼電保護 式中 TS —— 采樣間隔； Um —— 電壓最大值； —— 采樣時刻相對于交流信號過零點的相角； u0、 uN/2 —— 第 0、 K、 N/2次的采樣值。數(shù)字濾波器不同于模擬濾波器，它不是純硬件構成的濾波器，而是由軟件編程去實現(xiàn)，改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能。開關量輸入電路包括斷路器和隔離開關的輔助觸點或跳合閘位置繼電器接點輸入，外部裝置閉鎖重合閘觸點輸入，輕瓦斯和重瓦斯繼電器接點輸入，及裝置上連接片位置輸入等回路。經(jīng)計算，如故障位于保護區(qū)內(nèi)，則發(fā)出跳閘命令 (即、 )，從而光電隔離導通，三極管導通， 24V電源經(jīng)告警繼電器的常閉接點、三極管、隔離二極管使出口繼電器動作。具體情況應按要求設計。 RAM是采樣數(shù)據(jù)及運算過程中數(shù)據(jù)的暫存器。 圖 ：并行接口的 B口 PB0～ PB15用作數(shù)字輸出，由 CPU通過該口往 16位 D/A轉換器試探性的送數(shù)。由于運算放大器 A的“ +”端接參考地，所以其負端為“虛地”，這樣運算放大器A的反相輸入端的電位實際上也是地電位，因此不論圖 ，對圖 。數(shù)模轉換器的作用是將數(shù)字量 D經(jīng)解碼電路變成模擬電壓或電流輸出。 對于單極性的模擬量，小數(shù)點在最高位前，即要求輸入 Usr必須小于 UR。 3. 多路轉換開關 多路轉換開關又稱多路轉換器，它是將多個采樣保持后的信號逐一與 A/D芯片接通的控制電路。顯然，在滿足香農(nóng)定理 fS2fmax后，將不會出現(xiàn)這種混疊現(xiàn)象。采樣頻率越高，要求 CPU的運行速度越高。圖 (b)中， TC稱為采樣脈沖寬度， TS稱為采樣間隔 (或稱采樣周期 )。電子模擬開關 AS 每隔 TS(s)閉合一次，將輸入信號接通，實現(xiàn)一次采樣。傳變信號不失真這點對微機保護是很重要的，因為只有在這種條件下作精確的運算或定量的分析才是有意義的。在微機保護中，通常根據(jù)模數(shù)轉換器輸入范圍的要求，將輸入信號變換為 177。 6. 簡便化、網(wǎng)絡化 微機保護裝置本身消耗功率低，降低了對電流、電壓互感器的要求，而正在研究的數(shù)字式電流、電壓互感器更易于實現(xiàn)與微機保護的接口。目前，國內(nèi)設計與制造的微機保護均按照國際標準的電磁兼容試驗 (EMC， Electromagic Compatibility)來考核，進一步保證了裝置的可靠性。 1984年底在華中工學院召開了我國第一次計算機繼電保護學術會議，這標志著我國計算機保護的開發(fā)開始進入了重要的發(fā)展階段。 第 9章 微機繼電保護 第 9章 微機繼電保護 返回總目錄 第 9章 微機繼電保護 本章講述微機保護原理方面的基礎知識，主要包括硬件原理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、特征量和保護動作判據(jù)的算法、軟件流程、抗干擾措施及今后的發(fā)展趨勢等方面的內(nèi)容。經(jīng)過 10多年的研究、應用、推廣與實踐，現(xiàn)在新投入使用的高中壓等級繼電保護設備幾乎均為微機保護產(chǎn)品。 3. 易于獲得附加功能 常規(guī)保護裝置的功能單一，僅限于保護功能，而微機保護裝置除了提供常規(guī)保護功能外，還可以提供一些附加功能。同時，微機保護具有完善的網(wǎng)絡通信能力，可適應無人或少人值守的自動化變電站。 5V或 177。至于移相、提取某一分量等，在微機保護中，根據(jù)實際需要可以容易地通過軟件來實現(xiàn)。如果開關每次閉合的時間為 TC(s)，則輸出將是一串重復周期為 TS 寬度為 TC 的脈沖，而脈沖的幅度則重復著 TC時間內(nèi)的信號幅度。等間隔的采樣脈沖由微型機控制內(nèi)部的定時器產(chǎn)生，如圖 (b)中的“采樣脈沖”，用于對“信號”進行定時采樣，從而得到反映輸入信號在采樣時刻的信息，即圖 (b)中的“采樣信號”；隨后，在一定時間內(nèi)保持采樣信號處于不變的狀態(tài)，如圖 (b)中的“采樣和保持信號”；因此，在保持階段，在任何時刻進行模數(shù)轉換，其轉換的結果都反映了采樣時刻的信息。因為微機保護是一個實時系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以采樣頻率不斷地向微型機輸入數(shù)據(jù)，微型機必須要來得及在兩個相鄰采樣間隔時間Ts內(nèi)處理完對每一組采樣值所必須做的各種操作和運算，否則 CPU跟不上實時節(jié)拍而無法工作。 4) 模擬低通濾波器的應用 對微機保護來說，在故障初瞬，電壓、電流中含有相當高的頻率分量 (如2kHz以上 )，為防止混疊， fs將不得不用得很高，從而對硬件速度提出過高的要求。它一般有多個輸入端，一個輸出端和幾個控制信號端。 D可表示為 D=B1 21+B2 22+…+ Bn 2n (92) 式中： B1為其最高位， Bn為最低位。數(shù)字量是用代碼按數(shù)位的權組合起來表示的，每一位代碼都有一定的權，即代表一個具體數(shù)值。在 圖 ，電阻網(wǎng)絡有一個特點，從 UR、 a、 b、 c四點分別向右看，網(wǎng)絡的等值阻抗都是 R，因而 a點電位必定是 1/2UR， b點電位則為 1/4UR， c點為 1/8UR。每送一個數(shù)， CPU通過讀取并行口的 PAO的狀態(tài) (“1”或“ 0”)來試探試送的 16位數(shù)相對于模擬輸入量是偏大還是偏小。 定時器用來記數(shù)、產(chǎn)生采樣脈沖和實時鐘等。 開關量電路可分為兩類：一類是開出電源受告警，啟動繼電器的接點閉鎖開出量；另一類是開出電源不受閉鎖的開出量。軟件檢查斷路器跳閘成功后應收回跳閘命令。 微機保護的硬件構成原理 第 9章 微機繼電保護 對微機保護裝置的開關量輸入，即接點狀態(tài) (接通或斷開 )的輸入可以分成以下兩類： (1) 安裝在裝置面板上的接點。數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比，有如下優(yōu)點： (1) 數(shù)字濾波器不需增加硬設備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。 半周絕對值積分法有一定的濾除高頻分量的能力，因為疊加在基頻成分上的幅度不大的高頻分量，在積分中其對稱的正負部分相互抵消，剩余的未被抵消的部分占的比重減小了，但它不能抑制直流分量。 1) 兩采樣值積算法 設 (912) (913) 式中 ——兩采樣值的時間間隔 。 設被采樣的模擬信號是一個周期性時間函數(shù)，可表示為 ? ? ? ?000s in c o snnnx t a n t b n t??????? (933) 式中 、 ——分別為直流、基波和各次諧波分量的正弦項和余弦項系數(shù)； ——基波角頻率； n——諧波次數(shù)。式 (938)和式 (939)中的 和 是一個離散數(shù)字序 列，當采樣頻率確定后可事先離線計算出。對基波分量的具體計算方法如下 ? ?121042 πs inNka x k kNN??? ?? ?121042 πc o sNkb x k kNN??? ? 微機保護的特征量算法 第 9章 微機繼電保護 ? ?5101 πs in36ka x k k?? ?? ?5101 πc o s36kb x k k?? ?當 N=12時，上式為 雖然半周傅里葉算法保護的動作速度減少了半個周期。對于單相接地短路，取相電壓及相電流加零序補償電流，以 A相接地為例，式 (944)將改寫成 (945) 1R 1Lu? i? abu abii?a x 0a 1 a r 0 1 d ( 3 )( 3 ) di K iu R i K i L t??? ? ? ? 微機保護的特征量算法 第 9章 微機繼電保護 式中 、 ——電阻及電感分量的零序補償系數(shù)， ； 、 、 、 ——輸電線每公里的零序和正序電阻和電感。解微分方程算法不受電網(wǎng)頻率的影響，它要求的采樣頻率應遠大于工頻，否則將導致較大誤差，這是因為積分和求導是用采樣值來近似計算的。在一周期的積分則為 從而可得有效值為 (957) 在微機保護中，面積 S用梯形法求得。 用 A、 B、 C三相電流 k時刻的采樣值相加求出 k時刻零序電流值。 ? ? ? ?2 k a k bk bk 2 c k 23 i i i i i??? ? ? ?2) 利用傅氏算法求負序分量 120176。 3. 頻率算法 在微機保護中，有時需要計算頻率。 例如，對于一個頻率為 45Hz的交流信號按 進行采樣，取 、 t=0得 0176。實際頻率為從 100Hz中減去 查表的結果。但在有些保護中，可直接應用負序分量的瞬時值。因此，上式可寫為 j 24 0 j12 02 k a k bk c k3 e eu u u u??? ? ?j12 0 j12 02 k a k bk c k3 e eu u u u? ? ?? ? ?j 12 0 j 60a k bk bk bk c keeu u u u u? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?j 1 2 0 j 6 0a k b k b k c k1 e eu u u u? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?j 60 j 60a k bk bk c keeu u u u? ? ?? ? ? ?? ? ? ?2k a k bk bk 2 c k 23 u u u u u??? ? ? ? 微機保護的特征量算法 第 9章 微機繼電保護 同樣，可求出負序電流的值。這種方法得到的零序電壓通常稱為自產(chǎn)零序電壓，以區(qū)別于由電壓互感器開口三角經(jīng)數(shù)據(jù)采集通道得到的零序電壓。但是由于推導該式時基于連續(xù)三個正弦信號的采樣值，所以對直流分量 ()計算結果不正確。 解微分方程算法所依據(jù)的微分方程式 (944)忽略了輸電線分布電容，由此