微机保护和综合自动化课件.ppt

1、微机保护和综合自动化l 主要内容：1.微机保护的特点和发展2.微机保护的硬件3.微机保护的可靠性4.微机保护的软件5.综合自动化微机保护的特点和发展 微机保护的特点和发展 电力系统继电保护的发展经历了机电型（电磁型）、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护以及综合自动化阶段 微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。现在一般采用单片机或者其他的嵌入式系统的数字化了的继电保护系统。微机保护的特点和发展 60年代中后期，英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的基于小型计算机的设想无法满足高速继电保护的技术要求价格昂贵，仅进行算法等的前期

2、研究 为后来的继电保护发展奠定了理论基础。微机保护的特点和发展 计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的研究出现了高潮。在70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。微机保护的特点和发展 80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代，它是继电保护技术发展历史过程中的第四代 我国80年代开始研究使用，90年代得到大量使用。铁路微机保护稍稍滞后于电

3、力系统，业余90年代得到大量推广。微机保护的特点 1）可靠性高：一种微机保护单元可以完成多种保护与监测功能。代替了多种保护继电器和测量仪表，简化了开关柜与控制屏的接线，从而减少了相关设备的故障环节，提高了可靠性。微机保护单元采用高集成度的芯片，软件有自动检测与自动纠错功能，也有提高了保护的可靠性。微机保护的特点 2）精度高，速度快，功能多。测量部分数字化大大提高其精度。CPU速度提高可以使各种事件以m s来计时，软件功能的提高可以通过各种复杂的算法完成多种保护功能。（3）灵活性大，通过软件可以很方便的改变保护与控制特性，利用逻辑判断实现各种互锁，一种类型硬件利用不同软件，可构成不同类型的保护。

4、微机保护的特点 （4）维护调试方便，硬件种类少，线路统一，外部接线简单，大大减少了维护工作量，保护调试与整定利用输入按键或上方计算机下传来进行，调试简单方便。（5）经济性好，性能价格比高，由于微机保护的多功能性，使变配电站测量、控制与保护部分的综合造价降低。高可靠性与高速度，可以减少停电时间，节省人力，提高了经济效益。微机保护的特点 （6）品种齐全：微机保护装置，品种特别齐全，可以满足各种类型变配电站的各种设备的各种保护要求，这就给变配电站设计及计算机联网提供了很大方便。（7）硬件设计在供电电源，模拟量输入，开关量输入与输出，通信接口等采用了特殊的隔离与抗干扰措施，抗干扰能力强，除集中组屏外，

5、可以直接安装于开关柜上。微机保护的特点 （8）硬件采用最新的芯片提高了技术上的先进性，CPU采用80C196KB，测量为14位A/D转换，模拟量输入回路多达24路，采到的数据用DSP信号处理芯片进行处理，利用高速傅氏变换，得到基波到8次的谐波，特殊的软件自动校正，确保了测量的高精度。利用双口RAM与CPU变换数据，就构成一个多CPU系统，通信采用CAN总线。具有通信速率高（可达100MHZ，一般运行在80或60MHZ）抗干扰能力强等特点。通过键盘与液晶显示单元可以方便的进行现场观察与各种保护方式与保护参数的设定。微机保护的特点（9）软件功能丰富，除完成各种测量与保护功能外，通过与上位处理计算机

6、配合，可以完成故障录波（1秒高速故障记录与9秒故障动态记录），谐波分析与小电流接地选线等功能。（10）可选用RS232和CAN通信方式，支持多种远动传输规约，方便与各种计算机管理系统联网。微机保护的特点（6）采用宽温带背景240128大屏幕LCD液晶显示器，操作方便、显示美观。（7）集成度高、体积小、重量轻，便于集中组屏安装和分散安装于开关柜上。微机保护的发展 继电保护技术发展趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电

7、保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势。微机保护的发展自适应控制技术在继电保护中的应用自适应继电保护的概念始于20世纪80年代，它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。这种新型保护原理的出现引起了人们的极大关注和兴趣。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点，在输电线路的距离保护、变压器保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。微机保护的发展 针对电力系统频率变化的影响、单相接地短路时过渡电阻的影响、

8、电力系统振荡的影响以及故障发展问题，从理论和实践两方面探讨了实现自适应式微机距离保护的可行性。使自适应继电保护的原理得到了进一步的发展和完善。有的研究将自适应继电保护的原理应用于距离保护中，根据系统运行工况的变化，调整距离保护的动作特性，从而提高了距离保护的性能。铁路也有采用谐波含量自动调整距离保护边界的自适应保护微机保护的发展人工神经网络在继电保护中的应用进入20世纪90年代以来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络（ANN）和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中

9、，为继电保护的发展注入了活力。微机保护的发展 中、低压的微机保护研究把各种功能集中，如控制功能、电气量测量功能、故障录波功能集中在一起，使得装置的实用性得到大大提高 高压、超高压、特高压系统用的微机保护致力于提高微机保护系统的可靠性以及快速性，使得电力系统的可靠性和稳定性得到大大的提高微机保护的发展 现代计算机技术、通信技术和网络技术为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分割的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。高压、超高压变电站正面临着一场技术创新。继电保护和综合自动化的紧密结合已成为可能，它表现在集成与资源共享、远方控制与信息共享。以远方终端单元（RTU）、微机保护装置为核心

10、，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。随着微机性能价格比的不断提高，现代通信技术的迅速发展，以及标准化规约的陆续推出，变电站综合自动化成了热门话题 微机保护的发展 目前，用于变电站的监视、控制、保护，包括目前，用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，虽然已实现了微机数字故障录波、紧急控制装置，虽然已实现了微机数字化，但几乎都是功能单一的独立装置，各个装置缺化，但几乎都是功能单一的独立装置，各个装置缺乏整体协调和功能的调优，且功能交叉，输入信息乏整体协调和功能的调优，且功能交叉，输

11、入信息不能共享，接线复杂，从整体上降低了可靠性，同不能共享，接线复杂，从整体上降低了可靠性，同时不能充分利用微机数据处理的强大功能和速度，时不能充分利用微机数据处理的强大功能和速度，经济上也是一种浪费。现在广泛应用的变电站自动经济上也是一种浪费。现在广泛应用的变电站自动化系统为常规自动化系统，它应用自动控制技术、化系统为常规自动化系统，它应用自动控制技术、计算机数据采集和处理技术、通信技术，代替人工计算机数据采集和处理技术、通信技术，代替人工对变电站进行正常运行的监视、操作、电压无功控对变电站进行正常运行的监视、操作、电压无功控制、量测记录和统计分析、故障运行的监视、报警制、量测记录和统计分析

12、、故障运行的监视、报警和事件顺序记录与运行操作，大多不涉及继电保护、和事件顺序记录与运行操作，大多不涉及继电保护、紧急控制、故障录波、紧急控制、故障录波、RTU、维修状态信息处理等、维修状态信息处理等功能，功能相对比较简单功能，功能相对比较简单.微机保护的发展 竞争的电力市场将促进新的自动化技术的开发和应用，在经济效益的驱动下，变电站将向集成自动化方向发展。根据变电站自动化集成的程度，可将未来的自动化系统分为协调型自动化和集成型自动化。协调型自动化仍然保留间隔内各自独立的控制、保护等装置，各自采集数据并执行相应的输出功能，通过统一的通信网络与站级相连，在站级建立一个统一的计算机系统，进行各个功

13、能的协调。而集成型自动化既在间隔级，又在站级对各个功能进行优化组合，是现代控制技术、计算机技术和通信技术在变电站自动化系统的综合应用。所谓集成型自动化系统是将间隔的控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能集成在一个统一的多功能数字装置内，间隔内部和间隔间以及间隔同站级间的通信用少量的光纤总线实现，取消传统的硬线连接 微机保护的硬件硬件框图微机保护的硬件 a.第一阶段以单CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式A/D模数转换器构成，硬件及软件的设计符合“四统一”设计标准，其代表产品为微机高压输电线路保护装置。b.第二阶段以多单片机构成的多CPU硬件结构为主，数据采集系统

14、为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计吸取了第一代微机保护装置成功运行经验，利用多CPU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动与误动的措施。c.第三阶段以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片，电路简单的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。d.在一些电力系统主设备的微机继电保护装置中，也开始采用了性能更好、功能更强大的工业控制计算机，例如，基于Intel 386EX的微机发电机组保护、分相式母线差动保护等。e.现在多用集合DSP功能的32位处理器 微

15、机保护的硬件 数字信号处理器(DSP)与目前通用的CPU不同，是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器。DSP具有相当强大的处理能力，在相同的主频率下，甚至比目前最先进的个人计算机快1050倍。快速的指令周期、哈佛结构、流水操作、专用的乘法器、特殊的指令，加上集成电路优化设计，可以使DSP的指令周期达到200 ns。DSP的突出特点是计算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现定点和浮点加乘(矩阵)运算，速度非常快。将数字信号处理器应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅里叶变换算法的计算时间，不但可以完成数据采集、信号处理的功能，还可以完成以往主要由C

16、PU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。由于DSP的价格较高，影响了DSP在继电保护领域的推广应用。随着数字信号处理器芯片和开发工具的价格下降，可以预期数字信号处理器将会在微机继电保护装置中发挥重要的作用 微机保护的硬件 利用Intel体系在个人计算机领域的优势，很多器件厂家都在386/486的基础上，通过集成外围器件和接口，推出了一系列与个人计算机软硬件兼容的嵌入式处理器，例如Intel 386EX，AMD 386/486E等。由于可利用个人计算机丰富的开发手段、应用软件和电路设计技术，很多工控机厂家纷纷在其基础上开发出ISA，STD，PC/104等工控机。嵌入式处理器具有很多优点。

17、也有人提出采用PLC的微机保护硬件方式，经过实践证明，不能适应继电保护系统对其高可靠性等方面的要求 微机保护的硬件数据采集系统 交流多次采样 直流采样 数字互感器、变送器等 采集系统负责将反应电力系统运行的电压、电流的模拟量转换成计算机系统容易识别的数字量 采集系统的指标直接决定也微机保护的指标 速度 精度 稳定性微机保护的硬件变换器保护继电器连接至互感器的二次侧互感器二次侧的电压电流为：100V、100/3；5A、1A微机保护中ADC要求输入一般为几伏电压电压太高，与一般ADC的输入不匹配电流太大，且形式不匹配所以需要变换器微机保护的硬件变换器的结构：变压器原理，但比一般变压器要求高l隔离l

18、绝缘l线性l过流过压倍数l体积和重量也有用穿心电流互感器微机保护的硬件电流变换器微机保护的硬件电压变换器微机保护的硬件接插件：接插件负责内部联系和内外部联系接插件主要技术指标：l通流能力l额定电压及绝缘水平l结构l可靠性指标牵涉到电流互感器输入可能要求200A的通流能力，所以接插件的要求较高微机保护的硬件模数转换器：负责将模拟量转换成数字量采用采样保持开关保持采样的同期性或者多路模数转换保证同期采样采用逐次逼近方法或者用VFC（电压频率变换）方法进行模数转换逐次逼近方法可以提供最高16位不到10us的技术指标，现在一般采用14位ADC即可满足要求微机保护的硬件微机保护的硬件主要技术指标：微机保护的硬件VFC方式的原理：将电压变成频率将频率通过计数器变成脉冲数脉冲数和输入电压相关微机保护的硬件VFC的特点：输出频率，可以通过光电隔离进行第二次隔离变换速度和变换精度难以两全，最高输出频率（一般可以达到MHz）一定的时候，精度高的时候需要比较长的计数时间，则速度较低；同时精度本身受到线性度的制约。当要求速度较高时，在较短的计时间隔内只能达到较低的分辨率由于集成电路制造计数的进步，现在多采用高速ADC微机保护的硬件采用VFC可以方便的进行电气隔离