電自-微機保護概述課件

1、第第1 1章章 繼電保護基礎繼電保護基礎1.51.5 微機保護微機保護概述概述 目標：目標： 掌握微機保護的特點。掌握微機保護的特點。 掌握微機保護的硬件組成及作用。掌握微機保護的硬件組成及作用。 掌握實現(xiàn)繼電保護原理的方法，即掌握實現(xiàn)繼電保護原理的方法，即基本算法與軟件組成?；舅惴ㄅc軟件組成。硬件組成硬件組成 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理基本算法基本算法 軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu) 知識點知識點： 掌握硬件、軟件的作用，基本原理。掌握硬件、軟件的作用，基本原理。 用計算機方法實現(xiàn)繼電保護，在實踐中提用計算機方法實現(xiàn)繼電保護，在實踐中提高對微機保護的認識。高對微機保護的認識。 要將保護的基本算法與

2、具體繼電保護原理要將保護的基本算法與具體繼電保護原理結(jié)合，要利用微機來實現(xiàn)基本算法。結(jié)合，要利用微機來實現(xiàn)基本算法。 理論聯(lián)系實踐，要既動腦也動手。理論聯(lián)系實踐，要既動腦也動手。學習方法學習方法 調(diào)試調(diào)試簡單、簡單、維護方便；維護方便；微機保護測試儀微機保護測試儀的應用，縮短了調(diào)試時間。的應用，縮短了調(diào)試時間。 可靠性高；可靠性高；有自診斷能力、糾錯能力。有自診斷能力、糾錯能力。 保護保護性能性能更加完更加完善；善；可以實現(xiàn)復雜繼電可以實現(xiàn)復雜繼電保護原理，如任意形狀阻抗繼電器。保護原理，如任意形狀阻抗繼電器。 可以提供更多信息；可以提供更多信息；可以可以在系統(tǒng)故障后在系統(tǒng)故障后提供多種信息。

3、提供多種信息。 靈活性靈活性大大；保護保護功能功能由軟件決定由軟件決定，硬件，硬件通用。通用。1.5.1 1.5.1 微機保護微機保護裝置裝置的的特點特點 1.5.21.5.2 微機保護硬件微機保護硬件部分的部分的構(gòu)成及作用構(gòu)成及作用 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）擬量輸入系統(tǒng)） 微型機主系統(tǒng)（或稱微型機主系統(tǒng)（或稱CPU主系統(tǒng)）主系統(tǒng)） 開關量輸入開關量輸入/輸出回路輸出回路 通信回路通信回路 電源回路電源回路1.1. 微機保護硬件微機保護硬件部分的構(gòu)成部分的構(gòu)成 將交流模擬量轉(zhuǎn)換為將交流模擬量轉(zhuǎn)換為CPU能夠處能夠處理的數(shù)字量。理的數(shù)字量。 基本通用的微機主系統(tǒng)?；?/p>

4、本通用的微機主系統(tǒng)。 完成各種保護的出口跳閘、信號完成各種保護的出口跳閘、信號指示、外部接點輸入等。（接點指示、外部接點輸入等。（接點狀態(tài)或高低電平的處理。）狀態(tài)或高低電平的處理。） 實現(xiàn)保護之間的通信及遠動，便實現(xiàn)保護之間的通信及遠動，便于實現(xiàn)綜合自動化。于實現(xiàn)綜合自動化。 為整個裝置提供直流電源。（開為整個裝置提供直流電源。（開關電源，要強調(diào)抗干擾。）關電源，要強調(diào)抗干擾。） 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)） 微型機主系統(tǒng)（或稱微型機主系統(tǒng)（或稱CPU主系統(tǒng)）主系統(tǒng)） 開關量輸入開關量輸入/輸出回路輸出回路 通信回路通信回路 電源回路電源回路 數(shù)據(jù)采集系

5、統(tǒng) 開關量輸入輸出系統(tǒng)開關量輸入輸出系統(tǒng) 人機對話微機保護硬件微機保護硬件構(gòu)構(gòu)成成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）：將將交流模擬量轉(zhuǎn)換為交流模擬量轉(zhuǎn)換為CPU能夠處理的數(shù)字量。能夠處理的數(shù)字量。微型機主系統(tǒng)（或稱微型機主系統(tǒng)（或稱CPU主系統(tǒng)）主系統(tǒng)）：基本基本通用的微機主系統(tǒng)。通用的微機主系統(tǒng)。開關量輸入開關量輸入/輸出回路輸出回路：完成各種保護的出口完成各種保護的出口 跳閘、信號指示、外部接點輸入等。（接點狀跳閘、信號指示、外部接點輸入等。（接點狀態(tài)或高低電平的處理。）態(tài)或高低電平的處理。）通信回路通信回路：實現(xiàn)保護之間的通信及遠動，實現(xiàn)保護之間的通信及

6、遠動，便于實現(xiàn)綜合自動化。便于實現(xiàn)綜合自動化。電源回路電源回路：為整個裝置提供直流電源。為整個裝置提供直流電源。（開關電源）（開關電源） 基于逐次逼近型基于逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的采集系統(tǒng) 基于電壓基于電壓/頻率變換（頻率變換（VFC）原理進行）原理進行A/D變換變換的采集系統(tǒng)的采集系統(tǒng)2 2. .數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 前者包括：電壓形成回路、模擬低通濾波器（前者包括：電壓形成回路、模擬低通濾波器（ALFALF）、）、采樣保持回路（采樣保持回路（S/HS/H）、多路轉(zhuǎn)換開關電路（）、多路轉(zhuǎn)換開關電路（MPXMPX）及）及模數(shù)轉(zhuǎn)換回路（模數(shù)轉(zhuǎn)換回路（A/DA/D） 后者包括：電壓

7、形成、后者包括：電壓形成、VFCVFC回路、計數(shù)器回路、計數(shù)器 兩者各有優(yōu)點，前者便于滿足精度，后者不需要濾波兩者各有優(yōu)點，前者便于滿足精度，后者不需要濾波與采樣保持電路與采樣保持電路電壓變換、電壓變換、屏蔽和隔離屏蔽和隔離 濾除高頻，降濾除高頻，降低采樣頻率低采樣頻率逐次逼近逐次逼近式式A/DA/D轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換方式TVTA二次側(cè)來多路轉(zhuǎn)換開關A/D電壓形成ALFS/H電壓形成ALFS/H在某一時刻，測量模擬信號的瞬時值在某一時刻，測量模擬信號的瞬時值，并且在，并且在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變。轉(zhuǎn)換期間保持不變。 將各通道的模擬將各通道的模擬信號分時送入信號分時送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器逐次逼近原理逐

8、次逼近原理電壓變換、電壓變換、屏蔽和隔離屏蔽和隔離基于壓頻變換（VFC）方式電壓轉(zhuǎn)化為電壓轉(zhuǎn)化為頻率頻率 對脈沖計數(shù)，從而完對脈沖計數(shù)，從而完成對電壓的測量成對電壓的測量類型：類型： 電流變換器（電流變換器（UA） 電壓變換器（電壓變換器（UV） 電抗變換器（電抗變換器（UR）（1 1）電壓形成回路）電壓形成回路作用：作用： TA、TV二次側(cè)電流電壓較大，變二次側(cè)電流電壓較大，變化范圍也較大，為適應模數(shù)轉(zhuǎn)換器化范圍也較大，為適應模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換要求將交流模擬量變換為適的轉(zhuǎn)換要求將交流模擬量變換為適當值，以滿足精度要求。當值，以滿足精度要求。 屏蔽和隔離，屏蔽和隔離， 防止防止TA、TV二次側(cè)二

9、次側(cè)過電壓損壞保護裝置。過電壓損壞保護裝置。基于逐次逼近式基于逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的模擬量輸入系統(tǒng)模擬量輸入系統(tǒng) 有源有源ALFALF 無源無源ALFALF 由由RCRC網(wǎng)絡加上運算放大器構(gòu)成，其特性較穩(wěn)定，網(wǎng)絡加上運算放大器構(gòu)成，其特性較穩(wěn)定，不受時間、溫度變化的影響，可以避免采用大電不受時間、溫度變化的影響，可以避免采用大電容，有好的特性及快的速度。容，有好的特性及快的速度。 無源濾波器通常是由無源濾波器通常是由RLCRLC等元件組成，濾波特性受等元件組成，濾波特性受溫度變化發(fā)生漂移，而且保護帶來延時。溫度變化發(fā)生漂移，而且保護帶來延時。無源電路特性（2 2）模擬低通濾波器）模

10、擬低通濾波器ALFALF模擬低通濾波器（模擬低通濾波器（ALF）的作用：）的作用： 濾除輸入信號中濾除輸入信號中fs2以上的頻率以上的頻率分量，降低采樣頻率。分量，降低采樣頻率。采樣：將一個連續(xù)時間信采樣：將一個連續(xù)時間信號號x(t)變成離散時間信號變成離散時間信號x*(t)。（3 3）采樣保持（）采樣保持（S/HS/H）電路）電路TS采樣周期采樣周期 fS=1/TS采樣頻率采樣頻率工頻每周期采樣點數(shù)工頻每周期采樣點數(shù)N為：為：T工頻周期，工頻周期，20ms f=1/T工頻頻率，工頻頻率，50HZsSfTN=Tf保持：為保證各通道采樣的保持：為保證各通道采樣的同時性，在等待模數(shù)轉(zhuǎn)換同時性，在等

11、待模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，必須保持采樣的過程中，必須保持采樣值不變。值不變。（3 3）采樣保持（）采樣保持（S/HS/H）電路）電路粉紅色為理想值，粉紅色為理想值，紅色為實際值。紅色為實際值。要求：要求：1、截獲時間盡量短，特別是對快速變化的輸、截獲時間盡量短，特別是對快速變化的輸入信號采樣更應保證這一點；入信號采樣更應保證這一點；2、保持時間要長；、保持時間要長；3、模擬開關的動作延時、閉合電阻和開斷時、模擬開關的動作延時、閉合電阻和開斷時的泄漏電流要小。的泄漏電流要小。（3 3）采樣保持（）采樣保持（S/HS/H）電路）電路采樣電子開關離散信號怎樣才能真實反應被采樣的連續(xù)信號，若離散信號怎樣才能

12、真實反應被采樣的連續(xù)信號，若要求不丟失信息，應滿足什么條件？要求不丟失信息，應滿足什么條件？采樣頻率采樣頻率問題？問題？被采樣信號被采樣信號x(t)的頻率為的頻率為f0，TS為采樣周期，為采樣周期，fS為采樣頻率為采樣頻率混疊混疊正確43若要不丟掉信息地對輸入信號進行采樣，就必須滿若要不丟掉信息地對輸入信號進行采樣，就必須滿足足fs2f0。采樣頻率采樣頻率結(jié)論結(jié)論采樣定理采樣定理若輸入信號若輸入信號x(t)含有各種頻率成份，其最高含有各種頻率成份，其最高頻率為頻率為fmax，若要對其不失真地采樣，或者，若要對其不失真地采樣，或者采樣后不產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，采樣頻率必采樣后不產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，采樣

13、頻率必須不小于須不小于2fmax，即，即fs2fmax。采用模擬低通采用模擬低通ALF的原因：降低采樣頻率。的原因：降低采樣頻率。限于限于CPU運算速度，要限制輸入信號的最高頻率，運算速度，要限制輸入信號的最高頻率，只需在采樣前用一個模擬低通濾波器（只需在采樣前用一個模擬低通濾波器（ALF），），濾除濾除fs2以上的頻率分量。以上的頻率分量。目前絕大多數(shù)微機保護的采樣周期目前絕大多數(shù)微機保護的采樣周期Ts為為 5/6ms或或 5/3ms，即采樣頻率為，即采樣頻率為1200Hz或或600Hz。采樣頻率采樣頻率微機保護現(xiàn)狀微機保護現(xiàn)狀每周期采樣每周期采樣N=24點或點或12點。點。（4 4）模擬多

14、路轉(zhuǎn)換開關（）模擬多路轉(zhuǎn)換開關（MPXMPX） 模擬量輸入通道公用一個模擬量輸入通道公用一個A/DA/D芯片芯片 多路轉(zhuǎn)換開關是電子型的，通道切換受微機控制。多路轉(zhuǎn)換開關是電子型的，通道切換受微機控制。譯碼/驅(qū)動器ENA1A2A3A0AS1AS15AS015V+15Vui0ui1ui15uout ADC的基本原理的基本原理（5 5）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCADC回路）回路） 將輸入的離散模擬量將輸入的離散模擬量u u* *(t)(t)與與基準電壓基準電壓U UR R進行比較，按照四進行比較，按照四舍五入的原則，編成二進制代舍五入的原則，編成二進制代碼的數(shù)字信號。碼的數(shù)字信號。 將數(shù)字量

15、將數(shù)字量D D轉(zhuǎn)換成模擬量。轉(zhuǎn)換成模擬量。l數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器 二分法舉例二分法舉例ADC的基本原理已知某物品價格在已知某物品價格在0-64元間（元間（31元），猜一猜元），猜一猜該物品價格（精確到該物品價格（精確到1元）。元）。第1次第2次第3次第4次第6次第5次321624283130高低低低結(jié)束低64是基準值；最多6次，2664；精度64/26 1元。 逐次逼近逐次逼近ADC原理原理ADC的基本原理參考電壓參考電壓UR，ADC位數(shù)位數(shù)N位，輸入電壓位，輸入電壓Ui，則最多需要比較則最多需要比較N次，精度為次，精度為UR /2N 。第1次第2次第N次100000100001101高，1改

16、0低，1保持結(jié)束第3次01100低RRUUQ= 分層電壓 N層數(shù)2模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多即模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多即N值越值越大，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率與轉(zhuǎn)換大，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率與轉(zhuǎn)換的精度越高。的精度越高。R1 U 2分辨率 N2用于將上述用于將上述ADC過程中數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量與輸入電過程中數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量與輸入電壓進行比較。壓進行比較。DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換原理R1U2RI R2U4RI R3U8RI R4U16RI RR-1-2-3-41234UUI =(B 2 +B 2 +B 2 +B 2 )RRD可見，輸出模擬電可見，輸出模擬電壓正比于輸入的數(shù)壓正比于輸入的數(shù)字量字量D 。DRRUuFRD)/(

17、模數(shù)轉(zhuǎn)換器回路邏輯 較快的二分逼近方法，較快的二分逼近方法，N N位轉(zhuǎn)換器只要比較位轉(zhuǎn)換器只要比較N N次，比較的次數(shù)與輸次，比較的次數(shù)與輸入模擬量的值無關。入模擬量的值無關。 查詢方式查詢方式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與微機接口 靠靠CPUCPU查詢查詢ADAD轉(zhuǎn)換是否結(jié)束轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 ADAD轉(zhuǎn)換結(jié)束向轉(zhuǎn)換結(jié)束向CPUCPU發(fā)出中斷請求發(fā)出中斷請求 ADAD轉(zhuǎn)換結(jié)果直接存入內(nèi)存轉(zhuǎn)換結(jié)果直接存入內(nèi)存l中斷方式中斷方式lDMA 微處理器微處理器CPU 存儲器存儲器 并行口并行口 串行口串行口 定時定時/計數(shù)器等計數(shù)器等3.3.微微型型機主系統(tǒng)機主系統(tǒng) 存儲器包括：存儲器包括： EPROMEPROM用于存放保

18、護程序，用于存放保護程序，即軟件即軟件 RAMRAM用于存放運算的中間結(jié)用于存放運算的中間結(jié)果果。 EEPROMEEPROM用于存放保護定值，用于存放保護定值，也可采用也可采用FLASHFLASH來存放。來存放。 微型機主系統(tǒng)：微型機主系統(tǒng)： CPU執(zhí)行存放在執(zhí)行存放在EPROM中的中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的數(shù)據(jù)進行區(qū)的數(shù)據(jù)進行分析處理，并與存放于分析處理，并與存放于EEPROM中的定值進行比較，中的定值進行比較，以完成各種保護功能。以完成各種保護功能。開關量輸入回路開關量輸入回路4.4.開關量輸入輸出回路開關量輸入輸出回路 電平接點直接接入并行口電

19、平接點直接接入并行口 外部接點要采取抗干擾措施，外部接點要采取抗干擾措施，如光耦的隔離如光耦的隔離開關量輸出回路開關量輸出回路 電平接點并行口直接輸出電平接點并行口直接輸出 外部接點要采取抗干擾措施，如光耦隔離、防止誤輸出外部接點要采取抗干擾措施，如光耦隔離、防止誤輸出5.通信接口通信接口通信回路通信回路：實現(xiàn)保護之間的通信及遠動，實現(xiàn)保護之間的通信及遠動，便于實現(xiàn)綜合自動化。便于實現(xiàn)綜合自動化。6.電源電源電源回路電源回路：為整個裝置提供直流電源為整個裝置提供直流電源。1.5.3 微機保護軟件微機保護軟件部分的構(gòu)成部分的構(gòu)成 構(gòu)成：構(gòu)成：監(jiān)控程序監(jiān)控程序、運行程序。運行程序。 監(jiān)控程序包括對

20、人機接口鍵盤命令處監(jiān)控程序包括對人機接口鍵盤命令處理程序及為插件調(diào)試、整定設置顯示理程序及為插件調(diào)試、整定設置顯示等配置的程序。等配置的程序。 運行程序就是指保護裝置在運行狀態(tài)運行程序就是指保護裝置在運行狀態(tài)下所需執(zhí)行的程序。下所需執(zhí)行的程序。 a）主程序。包括初始化，全面自檢、開放及）主程序。包括初始化，全面自檢、開放及等待中斷等；等待中斷等；b）中斷服務程序。通常有采樣中斷、串行口）中斷服務程序。通常有采樣中斷、串行口中斷等。前者包括數(shù)據(jù)采集與處理、保護起中斷等。前者包括數(shù)據(jù)采集與處理、保護起動判定等，后者完成保護動判定等，后者完成保護CPU與保護管理與保護管理CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。例如，

21、保護的遠方整之間的數(shù)據(jù)傳送。例如，保護的遠方整定、復歸、校對時間或保護動作信息的上傳定、復歸、校對時間或保護動作信息的上傳等。等。c）故障處理程序。在保護起動后才投入，用）故障處理程序。在保護起動后才投入，用以進行保護特性計算、判定故障性質(zhì)等。以進行保護特性計算、判定故障性質(zhì)等。微機保護運行程序一般可分為三部分。微機保護運行程序一般可分為三部分。（1） 主程序主程序主程序主程序框圖框圖 （2）采樣中斷服務程）采樣中斷服務程序序 采樣中斷服務程序示采樣中斷服務程序示于圖，主要內(nèi)容有：于圖，主要內(nèi)容有：l）數(shù)據(jù)采樣及存儲；）數(shù)據(jù)采樣及存儲；2）電流差突變量起動）電流差突變量起動元件；元件；3）電壓、電流求和自）電壓、電流求和自檢。檢。 采樣中斷服務程序采樣中斷服務程序 在進入中斷服務程序后，首先關閉其他中斷是為在