畢業(yè)答辯微機繼電保護測試系統(tǒng)研究課件

微機繼電保護測試系統(tǒng)研究班級：07級電化2班答辯人：戚亮亮同組人:楊希，邱亮，羅利指導老師：王銀樂微機繼電保護測試儀實際圖片

微機繼電保護測試系統(tǒng)實物連接圖1.1課題研究背景及意義隨著人們的生活與電的聯(lián)系越來越緊密，為此必須保證電力系統(tǒng)安全可靠的運行。而電力系統(tǒng)的安全可靠的供電，取決于組成電力系統(tǒng)的各個電氣元件的正常運行情況，每一個元件的故障或不正常運行都將影響電力系統(tǒng)的正常供電。微機繼電保護是繼電保護裝置的主要形式，微機保護代表著電力系統(tǒng)繼電保護的未來。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行，將會對社會產(chǎn)生相當嚴重的危害，為了將電力系統(tǒng)危害降到最小，電力系統(tǒng)中必須要有繼電保護。本課題設(shè)計主旨是對微機繼電保護測試裝置研究，了解硬件組成和分析軟件構(gòu)成。

1.2國內(nèi)外研究狀況（1）國外研究狀況

微機繼電保護指的是以數(shù)字式計算機為基礎(chǔ)構(gòu)成的繼電保護，它起源于20世紀60年代中后期,是在英國、澳大利亞和美國的一些學者的倡導下開始進行研究的。20世紀60年代中期,有人提出用小型計算機實現(xiàn)繼電保護的設(shè)想,但沒有在保護方面取得實際應(yīng)用,但由此開始了對計算機繼電保護理論計算方法和程序結(jié)構(gòu)的大量研究。計算機技術(shù)在20世紀70年代初期和中期使得微型處理器和微型計算機進入了實用階段。在20世紀70年代后期,出現(xiàn)了比較完善的微機保護樣機。20世紀80年代,微機保護在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟,并已在一些國家推廣應(yīng)用。20世紀90年代,電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)發(fā)展到了微機保護時代。（2）國內(nèi)研究狀況

目前國內(nèi)使用的微機繼電保護測試儀有從國外進口的，也有些是我國自主研發(fā)生產(chǎn)的，新一代的微機繼電保護測試儀功能上大同小異，普遍存在以下特點；（1）硬件電路采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶的要求進行靈活的組合；（2）多采用DSP高速處理器，速度快、精度高；（3）功率放大器不經(jīng)變壓器輸出，暫態(tài)響應(yīng)好、可靠性高、線性度好；（4）國外今后的微機繼電保護測試儀可以符合COMTRAD(美國電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換標準)格式文件的數(shù)據(jù)還原成文件數(shù)據(jù)波形完全一致的模擬量輸出，再現(xiàn)實際系統(tǒng)中的暫態(tài)數(shù)據(jù)波形；（5）兼容GPS全球定位系統(tǒng)，可進行同步測試；（6）用戶可以使用內(nèi)部編程語言，進行專用模塊的再開發(fā)；（7）基于windows測試軟件，人機界面友好。

微機型繼電保護測試裝置的發(fā)展趨勢

硬件方面☆縮小硬件的體積、☆降低功耗、☆提高輸出功率、軟件方面：☆升級軟件版本使功能更加完善。有的廠家還對產(chǎn)品進行更新?lián)Q代,推出了功能更強的新產(chǎn)品。1.4微機繼電保護系統(tǒng)組成（1）硬件結(jié)構(gòu)微處理器D/A轉(zhuǎn)換模塊功率放大器模塊開關(guān)量輸入輸出模塊保護裝置PC機（2）軟件結(jié)構(gòu)微機繼電保護測試系統(tǒng)通信模塊軟件測試模塊軟件信號發(fā)生模塊軟件驅(qū)動模塊軟件基本測試模擬測試實驗測試

（7）諧波疊加試驗。（8）同期試驗。（9）高、低周及頻率試驗。（10）I-t特性曲線測試。（11）功率方向繼電器和阻抗繼電器測試。 其中的諧波疊加實驗在現(xiàn)場使用較多，在諧波疊加實驗中，同時附帶有諧波分析的功能，諧波分析是現(xiàn)場查找問題的重要依據(jù)，因此在現(xiàn)場使用頻繁.。1.7小組分工戚亮亮：微機繼電保護測試系統(tǒng)硬件研究。主要任務(wù)是設(shè)計一套以DSP為處理器的測試裝置，研究其硬件組成及測試優(yōu)點楊希：微機繼電保護測試系統(tǒng)硬件研究。分析微機繼電保護測試系統(tǒng)硬件部分構(gòu)成原理，主要研究硬件采集系統(tǒng)。邱亮：微機繼電保護測試系統(tǒng)軟件研究。就微機保護中的一些算法進行研究。并對其中的諧波算法以及正弦波合成算法進行主要研究。羅利：微機繼電保護測試系統(tǒng)軟件研究。主要對消除諧波分量和衰減直流分量對傅式算法的影響進行了研究和改進。DSP的微機繼電保護測試系統(tǒng)硬件設(shè)計姓名：戚亮亮

專業(yè)：電氣工程及其自動化學號：231指導老師：王銀樂硬件設(shè)計思路

（1）設(shè)計一套DSP的微機繼電保護測試系統(tǒng)，主要對其硬件方面做一個詳細的設(shè)計。（2）測試裝置的硬件要按較高的標準要求來設(shè)計。（3）與單片機做一個對比，分析其優(yōu)缺點。（4）簡單介紹下算法和上下位機的軟件。測試裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

D/A轉(zhuǎn)換模塊與DSP接口電路微機繼電保護測試系統(tǒng)硬件設(shè)計姓名：楊希專業(yè)：電氣工程及其自動化學號：209指導老師：王銀樂硬件的構(gòu)成微機保護裝置硬件系統(tǒng)包含以下五個部分：（1）數(shù)據(jù)采集單元即模擬量輸入系統(tǒng)。包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能塊，完成將模擬輸入量準確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量的功能。（2）數(shù)據(jù)處理單元即微機主系統(tǒng)。包括微處理器、只讀存儲器、隨機存取存儲器以及定時器等．微處理器執(zhí)行存放在只讀存儲器中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至隨機存取存儲器中的數(shù)據(jù)進行分析處理，以完成各種繼電保護的功能。（3）數(shù)字量輸入/輸出接口即開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)。由若干并行接口、光電隔離器及中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘、信號警報、外部接點輸入及人機對話等功能。（4）通信接口。包括通信接口電路及接口以實現(xiàn)多機通信或聯(lián)網(wǎng)。（5）電源。供給微處理器、數(shù)字電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片及繼電器所需的電源。保護裝置的硬件示意圖

上圖是低通濾波電路原理圖，這種濾波器接線簡單，但電阻與電容回路對信號有衰減作用，并會帶來延遲，對快速保護不利，僅適用于對速度和性能要求不高的微機保護。對于要求高性能又快速的保護，必須采用有源的低通濾波器。有源低通濾波器通常由上述無源濾波器加上運算放大器構(gòu)成，此時電容可取較小的數(shù)值，從而加快了保護動作速度。所以在這里我們選取了有源濾波器。然而D/A轉(zhuǎn)換模塊主要由16位高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD669、光電隔離電路和濾波電路組成。其功能主要是將DSP產(chǎn)生的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)合成模擬信號，再經(jīng)過濾波處理消除高頻成份的影響。D/A轉(zhuǎn)換性能列表：傅氏算法算法1.傳統(tǒng)算法的分類和原理1）全周傅里葉算法構(gòu)成：兩個全周的數(shù)據(jù)窗：每周波的全部采樣點。特點：精度高，濾波效果好，但是響應(yīng)速度慢2）半周傅里葉算法構(gòu)成：兩個半周的數(shù)據(jù)窗：每周波全部采樣點的一半特點：響應(yīng)速度快，倒是濾波效果差2.傅氏算法的主要誤差來源

(1)離散求和方法的影響

(2)衰減直流分量的影響

（1）三數(shù)據(jù)窗消元的改進傅氏算法一

將連續(xù)三個數(shù)據(jù)窗的傅氏變換結(jié)果，消去中間變量

求出第一個數(shù)據(jù)窗中衰減直流分量引入的誤差

從第一個數(shù)據(jù)窗傅氏算法輸出中減去誤差

從而得到理論上的精確值

改進方法（2）三數(shù)據(jù)窗消元的改進傅氏算法二

選取了合適的中間變量，使運算過程比起第一種算法大為簡便。（3）遞推求解衰減直流分量的改進傅氏算法

在首次計算衰減直流分量誤差時，先算出衰減直流分量參數(shù)

照計算故障起始點后第一個數(shù)據(jù)窗（k=N-1）時的誤差相量的幅值和相角，根據(jù)誤差的直接計算公式算出當前采樣點處的誤差相量。

在其后計算衰減直流分量誤差時，只須遞推即可。結(jié)論前兩種算法：從故障起始點開始記錄采樣值（即算法所需的數(shù)據(jù)窗必須從故障起始點開始），運算量大。

算法三：以采樣值序列的任意點為起點，精確推算出任意時刻衰減直流分量引入的誤差，算法過程大大簡化。

學院：電氣與電子工程學院班級：07級電化(2)班姓名：羅利指導老師：王銀樂微機繼電保護測試系統(tǒng)算法研究1.微機保護算法分類算法分類算法的類型簡介正弦波形合成算法在這里我們通過使用8253定時器軟件定時的工作方式實現(xiàn)繼電保護測試裝置的調(diào)頻、調(diào)相及調(diào)幅算法，詳細闡述了其算法原理。波形跟隨算法繼電保護測試儀在變頻時的一個最根本問題是如何在變頻過程中,達到頻率之間有效的點跟隨,從而不會在變頻過程中產(chǎn)生非躍點現(xiàn)象。其基本思想為對達到變頻時間后,對最后一個周波的輸出點進行監(jiān)視,當其當前輸出點輸出后,立即將新的頻率計算點壓入輸出點緩存,并在N-1點寫入新的K11，K22的值,在第N點寫入新的N值，從而達到變頻的目的。定時器中斷算法定時器中斷是實現(xiàn)波形輸出的根本。中斷程序主要實現(xiàn)點輸出及K11、K22的定時初值交替,即在第N-1點寫入K22值,在N點寫入K11值。諧波合成算法為了避免諧波對電力系統(tǒng)的損害，在電力系統(tǒng)中采用了大量的諧波保護裝置。諧波保護裝置的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為了檢測電力系統(tǒng)的諧波保護裝置，我們在繼電保護測試裝置中設(shè)置了譜波試驗?zāi)K，可以完成1-9次諧波的波形合成和穩(wěn)定輸出。變頻算法變頻試驗是整個繼電保護測試裝置的核心試驗之一，整個試驗分為手動變頻試驗和自動變頻試驗。微機保護算法2.傅里葉算法1.傅里葉算法：傅氏算法是一種常用的、針對周期函數(shù)的算法。該算法將周期信號分解為傅氏級數(shù)，即正弦和余弦函數(shù)的和。周期為T的信號f(t)的傅里葉級數(shù)展開式為：由上式可知，f(t)的第n次諧波分量是：在電力系統(tǒng)中，假設(shè)故障信號為x(t)。它是一個周期信號，其中包含基波以及衰減的直流分量和各次諧波分量。式中,Xi,φi分別為第i次諧波分量的幅值和初相角；Xsi、Xci分別為第i次諧波分解后相應(yīng)的正弦、余弦分量的幅值；A、α分別為衰減直流分量的初始值和衰減常數(shù)。傅氏算法包括全波傅氏算法、半波傅氏算法以及各種改進算法。全波傅氏算法可以濾除所有整數(shù)次諧波分量，且穩(wěn)定性好。但其數(shù)據(jù)窗較長，不利于快速響應(yīng)。半波傅氏算法對全波傅氏算法響應(yīng)速度雖有所改進，但是濾波效果不及前者，不能濾除偶次諧波。全波傅氏算法和半波傅氏算法各有所長、各有所短。兩者之間的取舍，也就是電力系統(tǒng)繼電保護中，在濾波效果和濾波速度之間的取舍。3.問題與改進問題:傅氏濾波算法以其良好的性能和相對簡便的算法，在微機保護中獲得廣泛的應(yīng)用。但是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障和擾動時，電流、電壓信號中不僅含有基波分量，還有大量的諧波分量和衰減的直流分量，由于衰減直流分量是非周期信號，利用傳統(tǒng)的傅氏算法，將會給計算結(jié)果帶來一定的誤差，影響該算法精度。到目前為止，處理衰減直流分量這