最新-8微机保护基础知识-PPT课件.ppt
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1、2022-7-22微机保护基础知识12022-7-22微机保护基础知识2l硬件组成 l数据采集系统 原理l基本算法 l软件结构 l抗干扰的措施 内容与要求 硬件组成需要了解,最终的目标是要掌握微机保护的接线。基本算法与软件组成是重点内容,是实现继电保护原理的方法。抗干扰措施是微机测控系统的通用方法,具有普遍意义,需要了解。2022-7-22微机保护基础知识3l掌握基本原理l用计算机方法实现电流保护,在实践中提高对微机保护的认识l要将保护的基本算法与具体继电保护原理结合学习方法 要分清楚哪些是基本原理。要利用微机来实现基本算法。理论联系实践,要既动脑也动手。2022-7-22微机保护基础知识4l
2、可靠性高;l灵活性强;l性能改善,功能易于扩充;l维护调试方便;l有利于实现变电站综合自动化。微机保护优点 元件少,接线简单,软件一致。投退功能灵活,硬件通用。可以实现复杂继电保护原理,如任意形状阻抗继电器,功能扩充时可以不需要更改硬件。微机保护测试仪的应用,缩短了调试时间。通信与网络功能的加强,可以实现遥控、遥信、遥测、遥调的“四遥”功能。2022-7-22微机保护基础知识5l模拟量输入系统(或称数据采集系统)lCPU主系统l开关量输入/输出回路l人机接口回路l通讯回路l电源回路8.1 微机保护硬件 将交流模拟量转为CPU能够处理的数字量,并要达到隔离与精度要求。基本通用的微机主系统。接点状
3、态或高低电平的处理。便于操作,如键盘、液晶显示、打印机、信号灯等 便于综合自动化。开关电源,要强调抗干扰。2022-7-22微机保护基础知识6 数据采集系统 开关量系统 人机对话微机保护硬件组成2022-7-22微机保护基础知识7l微处理器CPUl存储器l并行口l串行口l定时/计数器等微机主系统 需要强调的是,存储器包括 EPROM用于存放保护程序,即软件 RAM用于存放运算的中间结果。EEPROM用于存放保护定值,也可采用FLASH来存放。2022-7-22微机保护基础知识8l基于逐次逼近型A/D转换的采集系统l基于电压/频率变换(VFC)原理进行A/D变换的采集系统8.2 数据采集系统 前
4、者包括:电压形成回路、模拟低通滤波器(ALF)、采样保持回路(S/H)、多路转换开关电路(MPX)及模数转换回路(A/D)后者包括:电压形成、VFC回路、计数器 两者各有优点,前者便于满足精度,后者不需要滤波与采样保持电路2022-7-22微机保护基础知识9电压变换、屏蔽和隔离 滤除高频,降低采样频率逐次逼近A/D转换方式TVTA二次侧来多路转换开关A/D电压形成ALFS/H电压形成ALFS/H保证数据的同时性 节约A/D转换器逐次逼近原理2022-7-22微机保护基础知识10电压变换、屏蔽和隔离基于压频变换(VFC)方式电压转化为频率 对脉冲计数,从而完成对电压的测量2022-7-22微机保
5、护基础知识11类型l电流变换器(UA)l电压变换器(UV)l电抗变换器(UR)(1)电压形成回路作用 TA、TV二次侧电流电压较大,变化范围也较大,为适应模数转换器的转换要求将交流模拟量适当值,以满足精度要求。屏蔽和隔离,TA、TV二次侧过电压损坏保护装置。8.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统2022-7-22微机保护基础知识12采样:将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号x*(t)。(2)采样保持(S/H)电路TS采样周期 fS=1/TS采样频率工频每周期采样点数N为:T工频周期,20ms f=1/T工频频率,50HZsSfTN=Tf2022-7-22微机保护基础知识13保
6、持:为保证各通道采样的同时性,在等待模数转换的过程中,必须保持采样值不变。(2)采样保持(S/H)电路粉红色为理想值,红色为实际值。2022-7-22微机保护基础知识14要求:1、截获时间尽量短,特别是对快速变化的输入信号采样更应保证这一点;2、保持时间要长;8、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄露电流要小。(2)采样保持(S/H)电路采样电子开关要求1:CH越小越好要求2:CH越大越好CH的大小应当如何确定呢?2022-7-22微机保护基础知识15离散信号怎样才能真实反映被采样的连续信号,若要求不丢失信息,应满足什么条件?(8)ALF和采样频率问题被采样信号x(t)的频率为f0,TS为
7、采样周期,fS为采样频率混叠混叠正确2022-7-22微机保护基础知识16若要不丢掉信息地对输入信号进行采样,就必须满足fs2f0。(8)ALF和采样频率结论采样定理若输入信号x(t)含有各种频率成份,其最高频率为fmax,若要对其不失真地采样,或者采样后不产生频率混叠现象,采样频率必须不小于2fmax,即fs2fmax。采样定理对模拟信号要求(采用模拟低通ALF的原因)限于CPU运算速度,要限制输入信号的最高频率,只需在采样前用一个模拟低通滤波器(ALF),滤出fs2以上的频率分量。2022-7-22微机保护基础知识17目前绝大多数微机保护的采样周期TS为 5/6ms或 5/8ms,即采样频
8、率为1200HZ或600HZ。(8)ALF和采样频率微机保护现状每周期采样N=24点或12点。2022-7-22微机保护基础知识18(8)ALF分类与电路 有源ALF 无源ALF 由RC网络加上运算放大器构成,其特性较稳定,不受时间、温度变化的影响,可以避免采用大电容,有好的特性及快的速度。无源滤波器通常是由RLC等元件组成,滤波特性受温度变化发生漂移,而且保护带来延时,在微机保护ALF中很少应用。无源电路特性2022-7-22微机保护基础知识19(4)模拟多路转换开关(MPX)模拟量输入通道公用一个A/D芯片 多路转换开关是电子型的,通道切换受微机控制。译码/驱动器ENA1A2A8A0AS1
9、AS15AS015V+15Vui0ui1ui15uout2022-7-22微机保护基础知识20lADC的基本原理(5)模数转换器(ADC回路)将输入的离散模拟量u*(t)与基准电压UR进行比较,按照四舍五入的原则,编成二进制代码的数字信号。将数字量D转换成模拟量。l数摸转换器2022-7-22微机保护基础知识21l二分法举例ADC的基本原理已知某物品价格在0-64元间(81元),猜一猜该物品价格(精确到1元)。第1次第2次第8次第4次第6次第5次821624288180高低低低结束低64是基准值;最多6次,2664;精度64/26 1元。2022-7-22微机保护基础知识22l逐次逼近ADC原
10、理ADC的基本原理参考电压UR,ADC位数N位,输入电压Ui,则最多需要比较N次,精度为UR/2N。第1次第2次第N次100000100001101高,1改0低,1保持结束第8次01100低RRUUQ=分层电压 N层数2RRUU 量化误差 N层数2模数转换器的位数越多即N值越大,则模数转换器分辨率与转换的精度越高。R1 U 2分辨率 N22022-7-22微机保护基础知识23用于将上述ADC过程中数字量转化为模拟量与输入电压进行比较。DAC数模转换原理R1U2RI R2U4RI R3U8RI R4U16RI RR-1-2-3-41234UUI=(B 2+B 2+B 2+B 2)RRD可见,输出
11、模拟电压正比于输入的数字量D。2022-7-22微机保护基础知识24模数转换器回路逻辑 较快的二分逼近方法,N位转换器只要比较N次,比较的次数与输入模拟量的值无关。2022-7-22微机保护基础知识25(1)VFC转换器的基本原理8.2.2基于VFC转换的数据采集系统)f(uO0f(b)t(ui0t(a)0(c)nDtVFC的脉冲输出频率正比于输入电压幅值,对脉冲的计数就完成了对电压幅值的测量。2022-7-22微机保护基础知识26可见,输入模拟电压uin变换成一串等幅脉冲,而等幅脉冲Uo(f)的频率与输入电压成正比。2022-7-22微机保护基础知识27 根据反充电与充电电荷平衡原理:输出频
12、率Rin021UUT=TRRin2OinR01U R1f=KUTU T R(81)(82)可见,输出频率fo反应了输入电压Uin的大小。Uifo0O.maxfin.m a xUin.m a xU2O.maxf22022-7-22微机保护基础知识28须注意这里读数与输入电压没有对应关系,不能用于数值计算。VFC数据采集系统的工作分析VFC输出至计数器,CPU每隔KTs读数为RD1、RD2 RDk。每隔每隔KTKTs s对输出脉冲的计数,实质上是在此期间内对对输出脉冲的计数,实质上是在此期间内对f f的积分。在某段时间内的计数值就是这段时间对频率的积分。在某段时间内的计数值就是这段时间对频率的积分
13、值。的积分值。2022-7-22微机保护基础知识29假设RDk、RDK-N分别为tK和tK-N时刻的读数,则这段时间内的计数值DK为:可见,两次读数之差即为采样值,可用于计算。采样值DK反应了uin(t)在 KTS(K-N)TS 的积分面积。SSSSKTKTKKK-Nfin(K-N)T(K-N)TD=RD-RD=fdt=Ku(t)dt2022-7-22微机保护基础知识30令矩形面积=积分面积 可见,DK反应了时刻 的输入电压uin()。于是,1)因uin()在NTs时间段保持不变,故可通 过增加数据窗长度NTs,来提高分辨率;2)DK反应了某段时间的积分值,所以具有 滤除高频分量的作用。()S
14、SKN TKT2022-7-22微机保护基础知识31332 1010001500 10相当于10位A/D转换器的分辨率1021024计数脉冲最高频率为500kHZ,计数时间为2ms则,当输入电压为最大值时,计数值为2022-7-22微机保护基础知识3212332108.192500 10sms这样就造成比较大的误差计数脉冲最高频率为500kHZ,要达到12位A/D转换器的分辨率2022-7-22微机保护基础知识33l查询方式数据采集系统与微机接口 靠CPU查询AD转换是否结束 AD转换结束向CPU发出中断请求 AD转换结果直接存入内存l中断方式lDMA2022-7-22微机保护基础知识34l开
15、关量输入回路8.8 开关量输入输出回路原理 电平接点直接接入并行口 外部接点要采取抗干扰措施,如光耦的隔离不带电位的接点(QF位置、跳闸等)、逻辑电平(键盘、信号)。2022-7-22微机保护基础知识35l开关量输出回路 电平接点并行口直接输出 外部接点要采取抗干扰措施,如光耦隔离、防止误输出2022-7-22微机保护基础知识36l数字滤波器8.4微机保护算法 计算精度 响应时间 运算量l继电器算法内容评价指标2022-7-22微机保护基础知识378.4.1离散系统及其分析方法输入输出都是离散时间信号(时间上不连续的一组序列)()()y nT x n该系统具有线性、时不变、稳定、因果等性质。2
16、022-7-22微机保护基础知识38常用离散时间信号=10)n(1n 0n(1)单位脉冲序列 ,定义为:)n(12 80-1-21n)n((8-8)=10()nKnK0n(8-4)12 K0-1-21n()nK2022-7-22微机保护基础知识39常用离散时间信号(2)单位阶跃序列U(n)01n284U(n)56U(n)10(85)=0n0n(8)正弦序列x(n)nsin()n(x01284567891011 12a1a2a8a4a5a6a7a8a9a10a11a12n)nsin(2N注意2022-7-22微机保护基础知识40离散系统分析方法分析线性离散系统常常用Z变换,它可以使差分方程变为简
17、单的代数方程。2)位移性质(88)z(xZ)Mn(xZM(1)Z变换(86)式中z为自变量,是一个复变量。nnz)n(x)n(xZ)z(X序列x(n),其Z变换定义为:(87)n(xbZ)n(xaZ)n(bx)n(axZ21211)线性性质(2)Z变换的基本性质2022-7-22微机保护基础知识41差分数字滤波器的特性(1)差分方程传递函数H(z)01k12k()+(-1)+(-2)+(-()(1)(-)=)a x nay nb y nb yx na x ny nknbk两边取Z变换-1-2-k012-1-2-12kkk()(1)()()aa za za zb zb zb zY zX z整理后
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