【正文】 0） （11）在遞推公式(11)中，增益矩陣是與采樣值無關(guān)的量，可事先求出。因此實時計算可利用公式(11)中一式進(jìn)行，計算量小，速度快，適于在計算機繼電保護(hù)采用。當(dāng)遞推數(shù)據(jù)窗達(dá)到一個周期時，遞推最小二乘算法的頻響特性與全周傅氏分析相同，并且與觀測向量中包含的最大次諧波分量無關(guān)。選擇觀測向量中包含基頻、二次諧波和非周期分量，則遞推最小二乘算法的頻響特性見圖1。當(dāng)遞推數(shù)據(jù)窗達(dá)到一個周期時，無論觀測向量中包含的最大次諧波分量如何，只要包含整次諧波分量，則算法的估計精度與全周傅氏分析相同。換而言之，全周傅氏分析是用基頻余弦分量對暫態(tài)信號在一個基頻周波內(nèi)進(jìn)行最小二乘算法擬合。 從以上結(jié)果可以看出，遞推最小二乘算法具有較快的收斂速度，并且收斂過程十分穩(wěn)定。當(dāng)數(shù)據(jù)窗大于6ms時，估計誤差不超過15%，當(dāng)數(shù)據(jù)窗超過lOms時，估計誤差小于2%。由此可見遞推最小二乘算法十分適于實現(xiàn)變壓器差動保護(hù)等高速保護(hù)。在保護(hù)程序的編制中，我們充分結(jié)合故障量差動保護(hù)原理，在突變量啟動的情況下，開始對信號進(jìn)行逐點遞推最小二乘計算，當(dāng)連續(xù)三次計算結(jié)果超越整定值時即可判定發(fā)生故障，這樣既進(jìn)一步降低CPU平時的計算量又保證了判斷結(jié)果的可靠性。第5章 微機變壓器保護(hù)軟件設(shè)計 軟件是整個裝置系統(tǒng)的靈魂，為實現(xiàn)快速、直接、實時的保護(hù)功能要求，程序編制采用了匯編語言。根據(jù)本保護(hù)裝置數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、動作判別、信號輸出、人機接口等功能不同的實時性要求，保護(hù)系統(tǒng)軟件由主程序、中斷服務(wù)子程序和故障處理子程序三大部分組成。其中，主程序完成整個保護(hù)裝置基本功能包括保護(hù)裝置的初始化、自檢、數(shù)值處理計算等。中斷服務(wù)子程序包括鍵盤中斷程序、定時采樣、A/D轉(zhuǎn)換中斷程序及串行通信中斷程序,故障處理子程序包括故障判斷、出口動作。下面就部分主要程序設(shè)計作說明。首先，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行硬件部分自檢，若自檢無異常則系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)值處理計算、故障判斷、出口動作、實時顯示、動態(tài)自檢的循環(huán)處理，在此過程中，系統(tǒng)定時進(jìn)入采樣、A/D轉(zhuǎn)換中斷程序，對各路采集量進(jìn)行實時采集，以供系統(tǒng)進(jìn)行實時數(shù)值處理計算。若裝置出口動作，系統(tǒng)進(jìn)入故障電量數(shù)值、故障時間和保護(hù)動作類型的循環(huán)顯示中，以待工作人員進(jìn)行處理.初始化及自檢程序設(shè)計 初始化模塊的功能主要完成保護(hù)裝置的中斷方式規(guī)定、堆棧指針設(shè)定。內(nèi)存單元初始化及整定參數(shù)調(diào)入和I/0口、LCM等外設(shè)的初始化工作，確保裝置中的各部件達(dá)到正常的工作狀態(tài)，為裝置的正常工作做好軟、硬件資源的準(zhǔn)備。.上電或復(fù)位初始化模塊自檢模塊數(shù)值處理計算動態(tài)自檢有無故障顯示刷新出口動作、報警顯示故障類型閉鎖出口、報警 主程序流程圖YNNY清中斷懸掛寄存器開 始置 中 斷 量設(shè)置棧頂指針關(guān) 中 斷開 中 斷初始化I/O 口置中斷屏蔽字參數(shù)讀入并重置初始化時鐘電路置中斷控制字結(jié) 束 初始化程序流程圖自檢是微機型繼電保護(hù)裝置的一個重要功能，自檢功能由軟件和硬件相互配合實現(xiàn)。本保護(hù)自檢功能包括對CPU, RAM, EPROM、,數(shù)據(jù)采集通道、開關(guān)量輸入、輸出通道及整定值的自檢，若自檢異常，裝置則閉鎖出口。報警并顯示故障點和故障性質(zhì)，從而保證各部分以正常狀態(tài)投入工作，提高了裝置的可靠性。本保護(hù)裝置的自檢功能包括開機自檢和周期自檢兩種方式。開機自檢是每當(dāng)裝置上電或復(fù)位后，對所有部件進(jìn)行的一次自檢，該自檢程序一般都位于主程序的最前面，作為裝置投入正常工作前的全面檢測。而周期自檢則安排在裝置工作過程中周期地、重復(fù)地進(jìn)行，以確保裝置始終工作在良好狀態(tài)。本保護(hù)裝置在主監(jiān)控程序循環(huán)流程周期性地對RAM、EPROM、數(shù)據(jù)采集通道、開關(guān)量輸入進(jìn)行動態(tài)自檢，值得注意的是該部分自檢程序應(yīng)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣中斷、鍵盤中斷和通信中斷程序開放，并應(yīng)不影響保護(hù)功能模塊的正常執(zhí)行。對CPU的自檢主要是對8098內(nèi)部232字節(jié)的通用寄存器進(jìn)行的，不考慮其核心控制部分的故障。因為 CPU控制部分的故障將導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。無從自檢。另一方面，CPU在出廠時己進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，一般非人為因素造成的CPU故障幾率很小，故可不考慮。對片內(nèi)232字節(jié)的寄存器自檢一般通過對其進(jìn)行讀寫比較即可，具體步驟為:首先備份待檢測的字單元，然后寫入5555H，讀出比較是否與寫入的相同，再寫入OAAAAH，讀出比較是否相同，兩次都相同，恢復(fù)備份單元，再進(jìn)行其它單元的檢測直至全部通過。這種方格交錯算法可測試每個存儲單元的每一位的兩種二進(jìn)制狀態(tài)，對于檢測壞單元數(shù)據(jù)線的粘接(粘0或粘1)均有較好的效果。 對片外RAM的自檢同CPU內(nèi)的寄存器自檢方法相同，必須注意的是在程序正常運行時，都應(yīng)采用非破壞性測試，即應(yīng)先對自檢單元內(nèi)容備份，待讀寫檢查完畢后再恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。此外還應(yīng)注意檢測期間發(fā)生中斷而導(dǎo)致的檢測錯誤。 EPROM中存放程序代碼和數(shù)據(jù)，其狀態(tài)好壞直接影響裝置的正確工作。為了檢查EPROM中數(shù)據(jù)的完好性，一般采用“和校驗”方法進(jìn)行自檢，即將EPROM中的應(yīng)用軟件全部代碼按字節(jié)累加，將結(jié)果和預(yù)先存放在EPROM中某地址的己知和數(shù)進(jìn)行比較，以判別固化內(nèi)容是否改變。顯示出錯信息自 檢 開 始自 檢 結(jié) 束閉鎖出口、報警CPU自檢RAM自檢數(shù)據(jù)采集通道自檢EORAM自檢整定值自檢開關(guān)通道自檢NNN出錯出錯出錯NNN出錯出錯 自檢子程序流程圖對A/D轉(zhuǎn)換通道的自檢要采用硬件方式，本裝置在模擬多路開關(guān)輸入通道中專設(shè)了一路通道作為自檢專用，將該路通道接入一路+5V電壓作為固定電壓信號，自檢時對其進(jìn)行檢測，若測量結(jié)果在正常的誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為A/D通道正常，否則說明A/D轉(zhuǎn)換通道發(fā)生異常，需硬件調(diào)整或更換方能投入使用。對開關(guān)量輸出通道的自檢同樣通過裝置中專設(shè)的一路開關(guān)量通道進(jìn)行。在自檢時通過軟件使其置“1”或置“0”，再通過輸入口信號判斷其正誤。由于這一自檢過程很短(約1ms以內(nèi))，出口繼電器來不及動作，裝置不會誤動。本微機保護(hù)裝置是一個實時多任務(wù)處理系統(tǒng)，在執(zhí)行主程序的同時，必須采用中斷服務(wù)程序?qū)μ囟ǖ膶崟r任務(wù)做出及時響應(yīng)，中斷服務(wù)程序的執(zhí)行會直接影響主程序的運行，它是人為干預(yù)軟件運行的一種手段，但它同時又是在主程序支持的基礎(chǔ)上執(zhí)行的，與主程序共同構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件。另外，本保護(hù)裝置采用了多個中斷程序，這就要求在軟件設(shè)計中根據(jù)實際要求，靈活地安排各個中斷的優(yōu)先級，從而保證裝置高效、高速地運行。交流采樣中斷程序設(shè)計交流采樣中斷程序是根據(jù)算法的需要，采用CPU中定時器1作為時間參考基準(zhǔn)，并在軟件設(shè)計中始終保證其中斷優(yōu)先級，使其不受其它中斷影響，可實現(xiàn)高精度定時采樣，保證了數(shù)值處理程序所需數(shù)據(jù)更新的要求，從而保證了算法的精度和速度。采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)值處理模塊處理后，進(jìn)入保護(hù)功能判斷模塊，與保護(hù)整定值進(jìn)行比較，從而判斷當(dāng)前保護(hù)對象的工作狀況，并針對不同情況調(diào)用相應(yīng)功能模塊。經(jīng)保護(hù)功能模塊判斷動作后，裝置出口動作或發(fā)信，保存故障記錄或事件記錄，顯示器顯示故障原因及故障發(fā)生時各路參數(shù)和時間。出口跳閘動作后，終止監(jiān)控軟件執(zhí)行，程序停留在故障信息顯示上，等待人為復(fù)歸，當(dāng)然，此時裝置仍對通信中斷開放。關(guān) 中 斷啟動A/D轉(zhuǎn)換中 斷 入 口STS 低電平？讀取A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，并存入指定RAM地址地址指針指向下一個地址通道號=8？通道號清零開 中 斷結(jié) 束YYN通道號加1YN 采樣中斷程序流程圖本裝置根據(jù)保護(hù)設(shè)計方案可分主保護(hù)和后備保護(hù)功能模塊，針對各種具體故障的特點，軟件設(shè)計上采取了相應(yīng)的對策。每種保護(hù)功能的軟件模塊是由存儲在不易丟失RAM的標(biāo)志字來決定是否投入，用戶可根據(jù)實際需要通過修改控制字投退，使用靈活方便。、。對主保護(hù)，差動保護(hù)基本是固定的，采用差流啟動，用比率差動來判別區(qū)外和區(qū)內(nèi)故障，用二次諧波制動來判別內(nèi)部故障和勵磁涌流引起的差流，另外還設(shè)有CT二次回路斷線的閉鎖功能。后備保護(hù)配置可以根據(jù)實際情況不同，但流程是固定的，即由一個個保護(hù)模塊串接而成。另外，在變壓器主保護(hù)裝置中還裝有非電量保護(hù)。裝置對從變壓器本體來的非電量接點(如本體重瓦斯、本體輕瓦斯、油溫等) 重合閘動作后發(fā)出中央信號、運行信號，并送給微機保護(hù)作為事件記錄，需要直接跳閘的則重合閘動作后直接出口跳閘。一方面，本體重瓦斯等作用于跳閘且發(fā)信的非電量保護(hù)經(jīng)過壓板直接出口跳閘，同時通過光耦進(jìn)入CPU，將保護(hù)動作信號就地顯示并向監(jiān)控系統(tǒng)傳送。另一方面，本體輕瓦斯、油溫等只作用于發(fā)信的非電量保護(hù)經(jīng)重動后通過光耦進(jìn)入CPU，將信號就地顯示并向監(jiān)控系統(tǒng)傳送。發(fā) 信開 始比率差動重瓦斯保護(hù)動作二次諧波制動輕瓦斯、油面保護(hù)動作差動速斷CT斷線返 回CT斷線報警、發(fā)信發(fā) 信故障記錄顯示出口動作、發(fā)信YYNYNNYYNNN 主保護(hù)故障處理程序流程圖PT斷線報警發(fā)信跳閘出口開 始低壓閉鎖過流保護(hù)動作過流保護(hù)動作通風(fēng)啟動保護(hù)動作動作時限PT斷線PT斷線過負(fù)荷保護(hù)動作返 回零序過壓保護(hù)保護(hù)動作動作時限動作時限動作時限 動作時限發(fā)信出口動作發(fā)信故障記錄、顯示輸出啟動通風(fēng)空接點PT斷線報警、發(fā)信閉鎖出口YYNYYNNYNYNNNNNNNYYNYY圖 后備保護(hù)故障處理程序流程圖總 結(jié)經(jīng)過半年多的努力，變壓器微機保護(hù)的研究及基于準(zhǔn)16位高性能CPU芯片8098的新一代220/35KV變壓器微機保護(hù)裝置設(shè)計終于完成，研究工作至此告一段落。論文的研究工作在理論上和實踐上都取得了一些成果，主要表現(xiàn)在:根據(jù)35Kv及以下電壓等級變壓器保護(hù)的特點，結(jié)合變壓器微機保護(hù)發(fā)展技術(shù)的現(xiàn)狀，提出了一套完整的保護(hù)配置方案，并在此基礎(chǔ)上開展了相應(yīng)的研制工作。通過對微機變壓器保護(hù)原理方面的研究(主要集中于差動保護(hù)的以下兩方面:a、如何區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部故障。b、如何區(qū)分外部故障和內(nèi)部故障)，并且將研究結(jié)論運用于裝置的開發(fā)設(shè)計中。硬件上以16位高性能單片機8098作為CPU，速度更快，功能更強，具有更高的可靠性和更寬廣的應(yīng)用前景。針對繼電保護(hù)要求實時性強、響應(yīng)快的特點，分析了各種算法的優(yōu)缺點，提出將最小二乘算法改進(jìn)為遞推最小二乘算法，既保持了原有最小二乘算法的優(yōu)點，又提高保護(hù)動作的速度時間，降低了運算量。由于本課題涉及面廣、工作量大、時間緊，故在某些方面還不盡人意，在課題的下一步研究中還可以開展下面工作: 微機繼電保護(hù)實時性強，計算量大，目前利用單一的8098完成采樣、計算、判斷、報警、自檢、通信等功能，CPU負(fù)擔(dān)過重，難以勝任進(jìn)一步的技術(shù) 要求。因此應(yīng)在已有裝置的基礎(chǔ)上開展雙CPU、多CPU系統(tǒng)的研究，甚至可以采用DSP作為保護(hù)的CPU ，以提高計算速度，改善保護(hù)功能，為更新、更高、更全面的保護(hù)算法投入使用提供廣闊空間。雖然二次諧波制動在變壓器保護(hù)中應(yīng)用較為成熟，但對于大型變壓器內(nèi)部故障時，也會因諧振產(chǎn)生較大的二次諧波分量而造成保護(hù)延時，因此系統(tǒng)的擴大和運行方式的增多使二次諧波制動有很大的局限性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對波形進(jìn)行識別以區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部短路電流不失為一個解決鑒別勵磁涌流的突破口。遞推最小二乘算法雖然有很多優(yōu)點，但它假設(shè)噪聲方差為無窮大并不符合實 際情況。而卡爾曼濾波估計考慮了噪聲的統(tǒng)計參量，更為符合實際情況。當(dāng)保護(hù)CPU的運算速度加快后，可以利用自適應(yīng)方法對噪聲的統(tǒng)計參量進(jìn)行在線估計，使保護(hù)數(shù)據(jù)有更高的可靠性。把繼電保護(hù)可靠性理論運用到繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、維護(hù)全過程中，形成一整套完善、可操作性強的規(guī)程，以促進(jìn)計算機繼電保護(hù)的應(yīng)用。隨著這方面課題的進(jìn)一步開展，電力系統(tǒng)自動化以及微機保護(hù)裝置的功能和性能指標(biāo)都將日臻完善，微機保護(hù)裝置將不斷涌現(xiàn)，從而大大推動電力系統(tǒng)自動化進(jìn)程。參考文獻(xiàn)+[3]張明君等，電力系統(tǒng)微機保護(hù)，北京：冶金工業(yè)出版社，[4]羅士萍，微機保護(hù)實現(xiàn)原理及裝置，北京：中國電力出版社，大學(xué)出版社，[2]陳德樹，微機繼電保護(hù)，北京：中國電力出版社，[3]張明君等，電力系統(tǒng)微機保護(hù)，北京：冶金工業(yè)出版社，[4]羅士萍，微機保護(hù)實現(xiàn)原理及裝置，北京：中國電力出版社，[5]許建安，電力系統(tǒng)微機繼電保護(hù)，北京：中國水利水電出版社，[6]張舉，微型機繼電保護(hù)原理，北京：中國水利水電出版社，[7]丁書文等，變電站綜合自動化原理及應(yīng)用，北京：中國電力出版社，[8]許建安，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，北京：中國水利水電出版社，[9]楊奇遜，微型機繼電保護(hù)基礎(chǔ)，北京，水利水電出版社，1994[10]許建安，繼電保護(hù)整定計算，北京：中國水利水電出版社，2001[11]黃守盟，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)信號處理，北京，水利水電出版社，1993[12]劉世明，變壓器主保護(hù)中的自適應(yīng)方案，繼電器，[13]葛耀中，微機式自適應(yīng)電壓保護(hù)研究，繼電器， [14]張沛云，變壓器縱差動保護(hù)中的相位補償，電氣應(yīng)用，[15]賀家李，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 , 中國電力1999年第32卷第10期[16]陳樹德，《計算機繼電保護(hù)原理與技術(shù)》, 水利電力出版社，1992[17]曹凱麗等，“微機變壓器保護(hù)”, 電力系統(tǒng)自動化，[18] ， . Development of Measurement Primciples and of the Technology of Protect