【正文】 我終身難忘，尤其在就業(yè)方面，也給了我很大幫助，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎旧钌畹闹x意! 除了穆老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。導(dǎo)師高尚的人格，深厚的學(xué)術(shù)造詣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和堅(jiān)持不懈的鉆研精神使我終身受益。參考文獻(xiàn)[1]、:中國(guó)電力出版社,1994:171173,181.[2]、::29, 3135,5761,67,156157.[3]、::1.[4]、張志競(jìng),(上冊(cè)).北京::3540[5]、張保會(huì),:,5[6]、楊新民,[M].北京:,9[7]、楊奇遜. 微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)[M].北京:,11[8]、[M].北京:,2[9]、(第二版)[M].北京:[10]、[M].北京:[11]、[M].北京:,1[12]、鐘麟,[M].北京:,1[13]、[M].北京:,3[14]、 ：[15]、 Basic程序設(shè)計(jì)[M].北京:,8[16]、張鈞良Visual Basic 南京：[17]、李曉明,[M].北京:,12[18]、Eichhorn K Fr,Lobos T，Ruczewski P．Constrained frequency domain algorithms for determination of parameters of fundament sinewave of signals．IEE Proceedings—C，1994: 477480.致謝 經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同組同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)是難想象的。在MATLAB上仿真得出的結(jié)果和在虛擬平臺(tái)上得出的結(jié)論基本符合書本上的理論結(jié)果。本課題的主要要求是對(duì)微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)原理及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析、研究，用MATLAB仿真軟件針對(duì)各種故障情況進(jìn)行仿真分析并輸出仿真結(jié)果，編制微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)程序的流程框圖，然后，按照程序框圖的基本流程用Visual Basic語(yǔ)言編制出變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的虛擬開發(fā)平臺(tái)軟件。仿真運(yùn)行的結(jié)果界面如圖9：圖9 變壓器外部A相接地故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作仿真結(jié)果圖第六章 結(jié)論變壓器在電力系統(tǒng)中的地位十分重要，同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分昂貴，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的保護(hù)裝置。按下運(yùn)行按鈕，故障相別組合框閃爍代表采樣正在進(jìn)行，同時(shí)點(diǎn)亮運(yùn)行燈（顯示紅色）。給出口信息：“內(nèi)部三相短路故障”，故障相別組合框停止閃爍。按下運(yùn)行按鈕，故障相別組合框閃爍代表采樣正在進(jìn)行，同時(shí)點(diǎn)亮運(yùn)行燈（顯示紅色）。 虛擬保護(hù)裝置運(yùn)行結(jié)果采用MATLAB軟件對(duì)變壓器發(fā)生內(nèi)、外部的模型進(jìn)行各種情況下的短路故障仿真，仿真數(shù)據(jù)保存為數(shù)據(jù)文件供虛擬平臺(tái)調(diào)用。40ms也未到，就中斷返回；延時(shí)到達(dá)40ms，再判斷斷路器的狀態(tài)，如上圖，以此類推，進(jìn)行下面收跳令、故障相電流及250ms等判斷。 跳閘出口模塊圖7 跳閘出口程序流程圖當(dāng)主程序中有報(bào)告（即報(bào)告標(biāo)志置1）時(shí)，則判斷出口類型是否為3，若跳令和收跳令標(biāo)志均為0，則執(zhí)行跳閘，發(fā)出三跳令；然后進(jìn)行延時(shí)。式中，為額定電流；為相對(duì)于額定電流的勵(lì)磁涌流倍數(shù)，可根據(jù)系統(tǒng)阻抗、變壓器和CT特性來(lái)整定，大約在510之間；不滿足差動(dòng)判斷就進(jìn)行二次諧波制動(dòng)的判斷，當(dāng)滿足諧波制動(dòng)條件時(shí)，二次諧波制動(dòng)；同理，二次諧波制動(dòng)條件也不滿足，則進(jìn)入比率差動(dòng)的判斷，滿足條件即動(dòng)作。2．故障發(fā)生后，各種保護(hù)動(dòng)作的判斷當(dāng)差動(dòng)保護(hù)壓板投入后，先進(jìn)行差動(dòng)判斷。首先判斷差動(dòng)保護(hù)壓板是否投入（差動(dòng)保護(hù)壓板的狀態(tài)可以通過(guò)開入量設(shè)置按鈕進(jìn)行輸入 ）。故障啟動(dòng)判斷采用相電流突變量作為單相接地故障的判據(jù)，當(dāng)相電流突變量連續(xù)4次大于啟動(dòng)定值，則判為出現(xiàn)故障，置啟動(dòng)標(biāo)志，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器清0并開始計(jì)時(shí)。3．內(nèi)部相位校正在MATLAB軟件仿真時(shí)，由于變壓器的三角形星形接法，就產(chǎn)生了電流相位的變化，而互感器沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題，所以，在虛擬仿真平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)相位進(jìn)行校正。為了取數(shù)方便，采樣數(shù)據(jù)的存放采用暫存區(qū)擴(kuò)展法進(jìn)行數(shù)據(jù)排隊(duì)，即采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容量擴(kuò)展為需要保存的數(shù)據(jù)點(diǎn)的2倍（即96點(diǎn)）。另外故障數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)點(diǎn)總是有限的，讀完時(shí)（即指針到文件末尾時(shí)）要停止程序的采樣及運(yùn)行計(jì)算和判別過(guò)程。 采樣中斷服務(wù)程序模塊圖5 采樣中斷服務(wù)程序流程圖采樣文件指針的更新在實(shí)際微機(jī)保護(hù)中，因?yàn)槭菍?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，所以不存在此問(wèn)題，只需要響應(yīng)中斷進(jìn)行采樣即可。由MATLAB生成的原始故障數(shù)據(jù)文件中的故障數(shù)據(jù)點(diǎn)的間隔是非常密的（由MATLAB仿真時(shí)的精度設(shè)置決定），近似于連續(xù)信號(hào)（），將原始故障數(shù)據(jù)文件經(jīng)處理后(提取按微機(jī)保護(hù)采樣周期為間隔的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將間隔之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)丟棄)，生成按微機(jī)保護(hù)采樣周期為間隔存放的故障數(shù)據(jù)文件，即新生成的故障數(shù)據(jù)文件中的相鄰兩數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔剛好是設(shè)定的采樣周期（例如5/3ms），這樣當(dāng)Timer控件響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序讀取故障數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)時(shí)，更新故障數(shù)據(jù)指針，讀取下一個(gè)故障數(shù)據(jù)點(diǎn)，就可以模擬按實(shí)際采樣周期（5/3ms）采樣一次的過(guò)程。然而在系統(tǒng)微機(jī)中所有的任務(wù)都是在Windows操作系統(tǒng)控制下完成的，因此VB中的時(shí)鐘控件Timer的定時(shí)間隔不可能準(zhǔn)確地按照微機(jī)保護(hù)的采樣周期來(lái)響應(yīng)中斷，而且定時(shí)間隔也不可能小到5/3ms的程度（一般在操作系統(tǒng)控制下的最小定時(shí)間隔不小于1/18s = 56ms）。而在虛擬仿真平臺(tái)中，是利用VB的Timer控件來(lái)模仿實(shí)際的采樣過(guò)程。經(jīng)預(yù)處理后生成故障數(shù)據(jù)文件在實(shí)際微機(jī)保護(hù)中，根據(jù)所設(shè)定的采樣頻率利用定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)中斷，在定時(shí)中斷服務(wù)程序中完成采樣。虛擬仿真平臺(tái)事先利用MATLAB軟件仿真生成各種故障情況下的多個(gè)原始故障數(shù)據(jù)文件（根據(jù)不同故障情況以不同文件名存放），虛擬微機(jī)保護(hù)在仿真運(yùn)行前，通過(guò)在界面上選定故障位置、故障相別，從而確定相應(yīng)的原始故障數(shù)據(jù)文件。選擇原始故障數(shù)據(jù)文件在實(shí)際微機(jī)保護(hù)中，電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)微機(jī)系統(tǒng)的模入通道被送至微機(jī)，在微機(jī)中通過(guò)編制定時(shí)采樣中斷服務(wù)程序，對(duì)實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采樣。讀取開入量文件中開入量在實(shí)際保護(hù)中，可通過(guò)壓板的投入與否來(lái)確定某些保護(hù)功能是否投入，并且一些外部的運(yùn)行狀態(tài)等是通過(guò)一些開關(guān)狀態(tài)來(lái)判斷。 虛擬保護(hù)裝置軟件流程 運(yùn)行主程序模塊圖4 運(yùn)行主程序流程圖讀取定值文件中定值在實(shí)際保護(hù)中，需要用戶來(lái)設(shè)置定值，以便在保護(hù)的動(dòng)作判斷等模塊中運(yùn)用。 虛擬仿真平臺(tái)輔助界面 定值設(shè)置界面圖2 定值設(shè)置界面在定值設(shè)置界面中設(shè)置保護(hù)定值并保存在定值文件中供虛擬仿真平臺(tái)隨時(shí)調(diào)用。定值設(shè)置按鈕mand6用于調(diào)出定值設(shè)置輔助界面，開入量設(shè)定按鈕mand7用于調(diào)出開入量設(shè)定輔助界面。主程序存放在運(yùn)行按鈕mand1控件中，點(diǎn)擊該控件后微機(jī)保護(hù)主程序正式投入運(yùn)行。內(nèi)部故障和外部故障又分別分為單相接地、兩相短路和三相短路故障類型，由組合框bo1控件選擇。 虛擬仿真平臺(tái)主界面圖1 虛擬仿真平臺(tái)主界面系統(tǒng)示意圖放在界面上的圖片框picture1中，保護(hù)裝置設(shè)置在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR（Virtual Reality）是基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一門現(xiàn)代新興技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展在應(yīng)用領(lǐng)域中的結(jié)晶和反映，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。將MATLAB仿真得到的系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)根據(jù)不同的故障情況按相應(yīng)文件名保存為數(shù)據(jù)文件，供虛擬仿真平臺(tái)調(diào)用。該虛擬仿真平臺(tái)是用Visual Basic高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫開發(fā)的，它與實(shí)際微機(jī)保護(hù)裝置的軟件結(jié)構(gòu)、算法以及運(yùn)行過(guò)程等基本相同，主要區(qū)別僅在于實(shí)際微機(jī)保護(hù)裝置是通過(guò)硬件通道對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，而虛擬仿真平臺(tái)是從已有的故障數(shù)據(jù)文件中采集數(shù)據(jù)，而且虛擬仿真平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)的采樣過(guò)程設(shè)計(jì)得與實(shí)際微機(jī)保護(hù)裝置的采樣過(guò)程相仿。第五章 虛擬仿真平臺(tái)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)出的虛擬設(shè)備或裝置以其成本低廉、功能強(qiáng)大、易于更新、維護(hù)調(diào)試方便、開放性強(qiáng)等特點(diǎn)而受到了人們的普遍關(guān)注和青睞。因此，經(jīng)過(guò)近一步分析和計(jì)算，得出其實(shí)用判據(jù)：若：m|ΔIb－ΔIc||ΔIa－ΔIb|且m|ΔIb－ΔIc||ΔIc－ΔIa|，判A相接地；若：m|ΔIc－ΔIa||ΔIb－ΔIc|且m|ΔIc－ΔIa||ΔIa－ΔIb|，判B相接地；若：m|ΔIa－ΔIb||ΔIc－ΔIa|且m|ΔIa－ΔIb||ΔIb－ΔIc|，判C相接地。 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)判斷相電流差突變量選相位原理：若已判別出為接地故障，則：若：|ΔIb－ΔIc| ε，判為A相單相接地； 若：|ΔIc－ΔIa| ε，判為B相單相接地； 若：|ΔIa－ΔIb| ε，判為C相單相接地。 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)速斷當(dāng)差動(dòng)電流大于最大可能勵(lì)磁涌流時(shí)立即出口跳閘。傳統(tǒng)的同類型裝置中，通常將二次諧波電流看成制動(dòng)量而將它與比例制動(dòng)量相加作為綜合制動(dòng)量，即相當(dāng)于在上式中每一式右邊都加上一項(xiàng)代表二次諧波的量。通過(guò)計(jì)算差動(dòng)電流中的二次諧波電流與基波電流的幅值之比可判斷是否存在勵(lì)磁涌流。 比率制動(dòng)特性的差動(dòng)原理圖43當(dāng)時(shí)， （445）當(dāng)時(shí)， （446）式中， ——差動(dòng)電流＝∣∣，　　　 ――制動(dòng)電流＝∣∣，　　 　K為折線斜率，為折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流。用同樣方法求其虛部 （444） 其中：fs=N首先是計(jì)算Un的實(shí)部和虛部，然后計(jì)算Un和θn。 傅氏算法設(shè)周期函數(shù)（周期為T）的輸入信號(hào)為u(t)，則其傅氏級(jí)數(shù)的形式為：u(t)== （440）其中： （441） （442）所以，第n次諧波的幅值為：Un=； 相角為：θn = arctg。 兩采樣值積算法 　　設(shè)t1時(shí)刻的采樣值為：u1 = UmSin(ωt1) （425）　　i1 = ImSin(ωt1θ) （426）　　另一時(shí)刻t2時(shí)的采樣值為：u2 = UmSin[ω(t1+ΔT)]， （427）　　i2 = ImSin[ω(t1+ΔT)θ] 　　 （428）　　其中ΔT = t2 t1 —— 兩采樣值的時(shí)間間隔。Sin2(ωTs)/(ωTs)2 + 4Sin2(ωtk) i’’－i’2) （422）用差分代替微分得：u’= uk’≈ (uk+1－uk1)/(2Ts)u’’= uk’’≈ {[(uk+1－uk)/Ts]－[(uk－uk1)/Ts]}/Ts=(uk+1－2uk + uk1)/Ts2 （423）　　下面作誤差分析：Um i－u i’’－i’2) （421） 　L=X/ω=[Um/(ωIm)] i’’－u’ 二階導(dǎo)數(shù)算法（Prodar70算法）　　設(shè)u = UmSin(ωt) i = ImSin(ωtθ) 則： 　　由于 u’ =ωUmCos(ωt) ， u’’ = ω2 UmSin(ωt) （417） i’ = ωImCos(ωtθ) ， i’’ = ω2 ImSin(ωtθ)， （418）　　故： (u’/ω)2 +( u’’/ω2)2 = Um2 　 （419） 　　 (i’/ω)2 +(i’’/ω2)2 = Im2 　 （420） 且： R=(Um/Im)Sin2(ωTs)/(ωTs)2]　　　　= Um2{1－Cos2(ωtk)　　下面進(jìn)行誤差分析：　　設(shè)電壓幅值的精確值為Um，采樣計(jì)算值為Ujm，則：　　Um　　5．簡(jiǎn)單濾波單元的特點(diǎn)　　①．運(yùn)算簡(jiǎn)單　?、冢釥铑l譜（出現(xiàn)較大的旁瓣，存在頻率泄漏）　?、郏畷r(shí)延τc反比于諧波次數(shù)m　?、埽邢揲L(zhǎng)沖擊響應(yīng)（只有零點(diǎn)沒(méi)有極點(diǎn)，故無(wú)穩(wěn)定性問(wèn)題）[2] 一階導(dǎo)數(shù)算法（MannMorrison算法）1971年,Mann和Morrison發(fā)表了他們的研究成果，提出可以利用正弦函數(shù)導(dǎo)數(shù)為余弦函數(shù)的特點(diǎn)計(jì)算正弦電壓、電流的幅值等。　　故可濾除的諧波次數(shù)為：=I （I=0,1,2,…）。f1①．當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)幅頻特性：|H(ω)|= |Sin[(k+1)ωTs/2]/Cos(ωTs/2)| = |Sin[] / Cos()| （49）當(dāng)=I（I=0,1,2,…