變電站微機(jī)保護(hù)

第四章變電站微機(jī)保護(hù)變電站微機(jī)保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置經(jīng)歷了機(jī)電型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)展階段。微機(jī)保護(hù)裝置的特點(diǎn)在微機(jī)保護(hù)應(yīng)用之前，整流型或晶體管型繼電保護(hù)裝置的調(diào)試工作量很大，原因是這類保護(hù)裝置都是布線邏輯的，保護(hù)的功能完全依賴硬件來實(shí)現(xiàn)。微機(jī)保護(hù)則不同，除了硬件外，各種復(fù)雜的功能均由相應(yīng)的軟件(程序)來實(shí)現(xiàn)。微機(jī)保護(hù)可對(duì)其硬件和軟件連續(xù)自檢，有極強(qiáng)的綜合分析和判斷能力。微機(jī)保護(hù)裝置除了提供常規(guī)保護(hù)功能外，還可以提供一些附加功能。例如，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和各部分的動(dòng)作順序記錄，故障前后電壓和電流的波形記錄等。這將有助于運(yùn)行部門對(duì)事故的分析和處理。由于微機(jī)保護(hù)的特性主要由軟件決定，從而改變軟件就可以改變保護(hù)的特性和功能，可靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化。由于微型機(jī)的應(yīng)用，可以采用一些新原理，解決一些常規(guī)保護(hù)難以解決的問題。例如，利用模糊識(shí)別原理判斷振蕩過程中的短路故障，采用自適應(yīng)原理改善保護(hù)的性能等。6.簡便化、網(wǎng)絡(luò)化微機(jī)保護(hù)裝置本身消耗功率低，降低了對(duì)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(shí)現(xiàn)與微機(jī)保護(hù)的接口。同時(shí)，微機(jī)保護(hù)具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信能力，可適應(yīng)無人或少人值守的變電站綜合自動(dòng)化。&2微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)來說，在故障初瞬，電壓、電為防止混疊，fs將不得不用得很高，從而對(duì)硬件速度提出過高的要求。但實(shí)際上，量的，在這種情況下，可以在采樣前用一個(gè)低通模擬濾波器(LPF)將高頻分量濾掉，這樣就可以降低fs，從而降低對(duì)硬件提出的要求。通常并不要求模擬低通濾波器濾掉所有的高頻分量，而僅用它濾掉fs/2以上的分量，以消除頻率混疊，防止高頻分量混疊到工頻附近來。低于fs/2的其他暫態(tài)頻率分量，可以通過數(shù)字濾波器來濾除。采樣頻率的選擇采樣間隔Ts的倒數(shù)稱為采樣頻率fs。采樣頻率的選擇是微機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，為此要綜合考慮很多因素，并要從中作出權(quán)衡。采樣頻率越高，要求CPU的運(yùn)行速度越高。因?yàn)槲C(jī)保護(hù)是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以采樣頻率不斷地向微型機(jī)輸入數(shù)據(jù)，微型機(jī)必須要來得及在兩個(gè)相鄰采樣間隔時(shí)間Ts內(nèi)處理完對(duì)每一組采樣值所必須做的各種操作和運(yùn)算，否則CPU跟不上實(shí)時(shí)節(jié)拍而無法工作。相反,采樣頻率過低，將不能真實(shí)地反映采樣信號(hào)的情況。由采樣(香農(nóng))定理可以證明，如果被采樣信號(hào)中所含最高頻率成分的頻率為fmax，則采樣頻率fs必須大于fmax的2倍(即fs＞2fmax)，否則將造成頻率混多路轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換器，它是將多個(gè)采樣保持后的信號(hào)逐一與A/D芯片接通的控制電路。它一般有多個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端和幾個(gè)控制信號(hào)端。在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬量可能是幾路或十幾路，利用多路開關(guān)(MUX)輪流切換各被測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。在微機(jī)保護(hù)中，各個(gè)通道的模擬電壓是在同一瞬間采樣并保持記憶的，在保持期間各路被采樣的模擬電壓依次取出并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，但微機(jī)所得到的仍可認(rèn)為是同一時(shí)刻的信息(忽略保持期間的極小衰減)，這樣按保護(hù)算法由微機(jī)計(jì)算得出正確結(jié)果。1）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器微機(jī)保護(hù)的CPU主系統(tǒng)包括中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器等。CPU主要執(zhí)行控制及運(yùn)算功能。EPROM主要存儲(chǔ)編寫好的程序，包括監(jiān)控、繼電保護(hù)功能程序等?？纱娣疟Ｗo(hù)定值，保護(hù)定值的設(shè)定或修改可通過面板上的小鍵盤來實(shí)現(xiàn)。RAM是采樣數(shù)據(jù)及運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)的暫存器。定時(shí)器用來記數(shù)、產(chǎn)生采樣脈沖和實(shí)時(shí)鐘等。而CPU主系統(tǒng)中的小鍵盤、液晶顯示器和打印機(jī)等常用設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。在微機(jī)保護(hù)裝置中設(shè)有開關(guān)量輸出(DO，簡稱開出)電路，用于驅(qū)動(dòng)各種繼電器。例如跳閘出口繼電器、重合閘出口繼電器、裝置故障告警繼電器等。1微機(jī)保護(hù)裝置中一般應(yīng)設(shè)置幾路開關(guān)量輸入電路。開關(guān)量輸入電路主要是將外部一些開關(guān)接點(diǎn)引入微機(jī)保護(hù)的電路，通常這些外部接點(diǎn)不能直接引入微機(jī)保護(hù)裝置，而必須經(jīng)過光電隔離芯片引入。開關(guān)量輸入電路包括斷路器和隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)或跳合閘位置繼電器接點(diǎn)輸入，外部裝置閉鎖重合閘觸點(diǎn)輸入，輕瓦斯和重瓦斯繼電器接點(diǎn)輸入，及裝置上連接片位置輸入等回路。微機(jī)保護(hù)的硬件分為監(jiān)控插件和保護(hù)插件兩大部分，與之相對(duì)應(yīng)的軟件也分為監(jiān)控軟件和保護(hù)軟件兩1.監(jiān)控軟件（人機(jī)對(duì)話軟件）監(jiān)控軟件是指人機(jī)對(duì)話插件的軟件，其程序分為主監(jiān)控程序和運(yùn)行程序。主監(jiān)控程序主要是鍵盤命令處理程序，是為監(jiān)控插件及各CPU保護(hù)插件進(jìn)行調(diào)節(jié)和整定而設(shè)置的程序。運(yùn)行程序由主程序和定時(shí)中斷服務(wù)程序構(gòu)成。主程序的任務(wù)是完成巡檢、鍵盤掃描和處理及故障信息的排列和打印；定時(shí)中斷服務(wù)程序包括軟件時(shí)鐘程序，以硬件時(shí)鐘控制并同步各CPU插件的軟時(shí)鐘，和檢測(cè)各CPU插件啟動(dòng)元件是否動(dòng)作的檢測(cè)啟動(dòng)程序。保護(hù)軟件為主程序和兩個(gè)中斷服務(wù)程序。主程序包括初始化和自檢循環(huán)模塊、保護(hù)邏輯判斷模塊及跳閘處理模塊。中斷服務(wù)程序有定時(shí)采樣中斷服務(wù)程序和串行口通信中斷絕大多數(shù)的工程計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件都采用了中斷技術(shù)，特別是實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的系統(tǒng)，更離不開中斷的工作方式。繼電保護(hù)系統(tǒng)是一種對(duì)時(shí)間要求很高的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，一方面要求實(shí)時(shí)地采集各種輸入信號(hào)，隨時(shí)跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行工況；另一方面，在電力系統(tǒng)短路時(shí)，應(yīng)快速判別短路的位置或區(qū)域，盡快切除短路故障。。一、數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)前面提到的模擬低通濾波器的作用主要是濾掉fs/2以上的高頻分量，以防止混疊現(xiàn)象產(chǎn)生，而數(shù)字濾波器的用途是濾去各種特定次數(shù)的諧波，特別是接近工頻的諧波。數(shù)字濾波器不同于模擬濾波器，它不是純硬件構(gòu)成的濾波器，而是由軟件編程去實(shí)現(xiàn)，改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能。數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)數(shù)字濾波器不需增加硬設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。(2)使用靈活、方便，可根據(jù)需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。(3)數(shù)字濾波器是靠軟件來實(shí)現(xiàn)的，沒有物理器件，所以不存在特性差異。(4)數(shù)字濾波器不存在由于元件老化及溫度變化對(duì)濾波性能的影響。(5)精度高。數(shù)字濾波器框圖所示。二、數(shù)字濾波器的分類H(ej)H(ej)H(ej)H(ej)2、按單位抽樣響應(yīng)的時(shí)間特性劃分3、按實(shí)現(xiàn)方法和類型分MN2）非遞歸型y(n)=bmx(n-m)y(n)=x(n)-x(n-k)H(z)=1-z-kH(ej①)=1-e-jk①=(1-cosk①)+jsink①某次諧波頻率f=mf1fsN=fs/f1一個(gè)工頻周期采樣的次數(shù)m=NI/k即f=mf1=I(N/k)f1=Ifm時(shí)，H(f)=0,經(jīng)差分濾波后，輸入信號(hào)中的直流分量以及頻率為f的諧波分量完全濾除。H(ej①)例N=k時(shí)，即該差分濾波器可濾除直流、基頻及所有整次諧波分量。例y(n)=x(n)-x(n-4)H(z)=1-z-4采樣頻率為1000Hzk=4N=fs/f1=1000/50=20濾除的諧波次數(shù)為m=(N/k)I=5y(n)=x(n)+x(n-1)+x(n-2)+......+x(n-k)可濾除的濾波次數(shù)為m=NI/(k+1)I=0,1,2,…..y(n)=x(n)-x(n-1)+x(n-2)-...+(-1)kx(n-k)k為奇數(shù)，可濾去的諧波次數(shù)m=NI/(k+1)k為偶數(shù)，可濾去的諧波次數(shù)m=(0.5+I)N/(k+1)幾個(gè)簡單梳狀濾波器的級(jí)聯(lián)y1(n)y1(n)例4-1試用簡單梳狀單元的級(jí)聯(lián)組合構(gòu)成一濾波器，10次諧波。差分濾波器積分濾波器加減濾波器(1-z-4)濾去直流及5、10次諧波&5微機(jī)保護(hù)算法1、半周絕對(duì)值積分算法半周絕對(duì)值積分算法依據(jù)是一個(gè)正弦量在任意半個(gè)周期內(nèi)絕對(duì)值的積分為一個(gè)常數(shù)S(即正比于信號(hào)的TT從而可求出幅值可用梯形法則近似求得式中TS——采樣間隔；半周絕對(duì)值積分法有一定的濾除高頻分量的能力，因?yàn)榀B加在基頻成分上的幅度不大的高頻分量，在積分中其對(duì)稱的正負(fù)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。這種算法適用于要求不高的電流、電壓保護(hù)，因?yàn)樗\(yùn)算量極小，可用非常簡單的硬件實(shí)現(xiàn)。另外，它所需要的數(shù)據(jù)僅為半個(gè)周期，即數(shù)據(jù)2、一階導(dǎo)數(shù)算法導(dǎo)數(shù)算法是利用正弦函數(shù)求導(dǎo)后為余弦函數(shù)的特點(diǎn)來求采樣值的幅值和相位的一種方法。在計(jì)算機(jī)中，常用差分來代替求導(dǎo)數(shù)，設(shè)u，i對(duì)應(yīng)tk-1時(shí)刻為uk-1，ik-1，,而該時(shí)刻電壓的導(dǎo)數(shù)ut1=(uk-uk-1)/TS。3、兩點(diǎn)采樣算法設(shè)m設(shè)若相隔π/2采集2點(diǎn)，有12平方相加得有效值2i2簡單快速。無濾波作用，輸入信號(hào)有諧波分量會(huì)影Δt))=ImsinΔt))ut2it2=UmImsinw(t1+ΔT)sin[w(t1+ΔT)-θ]2ut2it1=UmImsinw(t1+ΔT)sin(wt1-θ)=UmIm[cos(θ+wΔT)-cos(2wt1+wΔT-θ)]2TUmImcosθ=ut1it1+ut2it2-(utit2+ut2it1)TUmImsinθ=若用同一電壓或電流信號(hào)的采樣值相乘，則θ=0，此時(shí)可得2ut12+ut222u2ut12+ut222ut1ut2cos①ΔT二、傅里葉算法正弦函數(shù)模型算法只是對(duì)理想情況的電流和電壓波形進(jìn)行了粗略的計(jì)算，而故障時(shí)的電流和電壓波形畸變較大，通常假設(shè)包含各種分量的周期函數(shù)。在微機(jī)保護(hù)裝置中，針對(duì)這種模型，提出了傅里葉算法。傅里葉算法是一個(gè)被廣泛應(yīng)用的算法，它本身具有濾設(shè)被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，可表示為對(duì)于基波分量，取n=1，則可得tTT另一形式t2a+b21=2X=tanα1在用微機(jī)處理時(shí)，取一周期的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里式中N——工頻每周采樣點(diǎn)數(shù)。XS1、XC1——經(jīng)過離散傅里葉變換后基波分量的虛部和實(shí)部。求基波分量的離散計(jì)算公式。由XS1、XC1即可求類似地，可得出求n次諧波的虛部和實(shí)部分量的公式為電流保護(hù)反時(shí)限過 流保護(hù)配合.EE22k2.UIk1..EE22k2.UIk11 r X.XIk1Ik21.對(duì)功率方向判別元件的基本要求1.E21.E2.Uk1Ek.Uk12I2r.Ik1Ik2.Uk1=Irk1點(diǎn)短路向量圖r.UUk2點(diǎn)短路向量圖0o≤Φk1≤90o180o≤Φk2+180o≤270o:2.功率方向元件的動(dòng)作特性.E.E1r..Ik1Ik2C.UA.Ik1A.Ik2AE22k2.UIk1E22k2.UIk1.U...E.EU.E.E21k2.UIk121k2.UIk12rIk1Ar..IkIk1Ik2IIk2A...E.E122E122.UIk1k2.UIk1r..Ik1Ik2+j φsen+1A相功率方向元件拒動(dòng),有“電壓死區(qū)”IAUBC;IBUCA;ICUAB●IrUejα.Ur.限時(shí)控制字低電壓控制字