電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù) 第4版 課件 第4章 輸電線路距離保護(hù)1_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

4.1距離保護(hù)概述1、距離保護(hù)的作用

原因:電流保護(hù)區(qū)隨系統(tǒng)運(yùn)行方式而變化,有時(shí)電流速斷保護(hù)或限時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍將變得很小,甚至沒(méi)有保護(hù)區(qū)。對(duì)長(zhǎng)距離、重負(fù)荷線路,線路的最大負(fù)荷電流可能與線路末端短路時(shí)的短路電流相差甚微,采用過(guò)電流保護(hù),其靈敏性也常常不能滿(mǎn)足要求。4.1距離保護(hù)概述在高電壓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中,自適應(yīng)電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)還不能得到充分發(fā)揮。2、距離保護(hù)的基本原理工作原理:距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的距離,并根據(jù)該距離的大小確定動(dòng)作時(shí)限的一種繼電保護(hù)裝置。特點(diǎn):故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處越近時(shí),保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越短;反之,故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處越遠(yuǎn)時(shí),保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限就越長(zhǎng)。

4.1距離保護(hù)概述故障點(diǎn)總是由離故障點(diǎn)近的保護(hù)首先動(dòng)作切除,從而保證了在任何形狀的電網(wǎng)中,故障線路都能有選擇性的被切除。距離保護(hù)核心元件:阻抗繼電器。阻抗繼電器:測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。方向阻抗繼電器不僅能測(cè)量阻抗的大小,而且還應(yīng)能測(cè)量出故障點(diǎn)的方向。4.1距離保護(hù)概述原理:測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗,實(shí)際上是測(cè)量故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的線路距離。假設(shè):電壓、電流互感器變比等于1。加入繼電器電壓、電流為、。測(cè)量阻抗工作電壓:4.1距離保護(hù)概述設(shè)阻抗繼電器安裝在線路M側(cè):特點(diǎn):1)正向保護(hù)區(qū)外短路時(shí),工作電壓大于0。4.1距離保護(hù)概述2)正向保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí),工作電壓小于0。3)反向短路,工作電壓大于0。

結(jié)論:檢測(cè)工作電壓的相位變化,不僅能測(cè)量出阻抗的大小,而且還能檢測(cè)出短路故障的方向。1、極化電壓設(shè)極化電壓與測(cè)量電壓同相位,以極化電壓作為參考相量。4.1距離保護(hù)概述區(qū)內(nèi)區(qū)外注意:極化電壓只作相位參考量,不參與阻抗測(cè)量,任何時(shí)候其值不能為零。4.1距離保護(hù)概述動(dòng)作方程或極化電壓作用:1)極化電壓是按相位比較原理工作的方向阻抗繼電器工作所必須。數(shù)值過(guò)大或過(guò)小都是不適宜的。4.1距離保護(hù)概述2)可保證方向阻抗繼電器正、反向出口短路故障時(shí)有明確的方向性。3)根據(jù)比相原理的阻抗繼電器性能特點(diǎn)的要求,極化電壓有不同的構(gòu)成方式,可獲得阻抗繼電器的不同功能,改善阻抗繼電器性能。

2、插入電壓令4.1距離保護(hù)概述區(qū)內(nèi)短路,大于。插入電壓一般與測(cè)量電壓同相。區(qū)外短路,小于。4.1距離保護(hù)概述3、距離保護(hù)時(shí)限特性距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限與保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)間距離的關(guān)系,即的關(guān)系稱(chēng)為時(shí)限特性。與三段式電流保護(hù)類(lèi)似,具有階梯時(shí)限特性的距離保護(hù)獲得了廣泛的應(yīng)用。4.1距離保護(hù)概述4、距離保護(hù)的構(gòu)成

距離保護(hù)構(gòu)成:三段式距離保護(hù)裝置一般由啟動(dòng)元件、方向元件、測(cè)量元件、時(shí)間元件組成。4.1距離保護(hù)概述啟動(dòng)元件:發(fā)生故障瞬間啟動(dòng)保護(hù)裝置??刹捎梅从池?fù)序電流構(gòu)成或負(fù)序與零序電流的復(fù)合電流構(gòu)成,也可以采用反映突變量的元件作為啟動(dòng)元件。方向元件:是保證動(dòng)作的方向性,防止反方向發(fā)生短路故障時(shí),保護(hù)誤動(dòng)作。4.1距離保護(hù)概述測(cè)量元件:用阻抗繼電器實(shí)現(xiàn),主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離(或阻抗)。時(shí)間元件:主要作用是按照故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的遠(yuǎn)近,根據(jù)預(yù)定的時(shí)限特性動(dòng)作的時(shí)限,以保證動(dòng)作的選擇性。4.1距離保護(hù)概述

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主講人:許建安4.2阻抗繼電器教學(xué)要求:掌握各種阻抗繼電器特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,整定阻抗、測(cè)量阻抗及動(dòng)作阻抗意義;比幅與比相間的轉(zhuǎn)換。阻抗繼電器作用:阻抗繼電器是距離保護(hù)的核心,其主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。

加入阻抗繼電器的電壓與電流的比值稱(chēng)為測(cè)量阻抗。4.2阻抗繼電器為了方便比較,通常將測(cè)量阻抗與整定阻抗畫(huà)在同一阻抗復(fù)數(shù)平面上。4.2阻抗繼電器

所表示的直線段為繼電器動(dòng)作區(qū),直線以外的區(qū)域?yàn)榉莿?dòng)作區(qū)。

由于互感器的誤差,直線形動(dòng)作特性不能采用的,必須擴(kuò)大保護(hù)區(qū)。4.2阻抗繼電器4.2.1圓特性阻抗繼電器1、全阻抗繼電器動(dòng)作方程:特點(diǎn):1)圓的半徑為整定阻抗;2)圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū);3)動(dòng)作不具有方向性。4.2阻抗繼電器圓的動(dòng)作方程為:方程兩邊乘以電流,則方程為若令整定阻抗為:物理意義:正常運(yùn)行時(shí),電壓為額定電壓、電流是負(fù)荷電流,方程不滿(mǎn)足條件,即繼電器不動(dòng)作;當(dāng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí),電壓降低,電流增大,方程滿(mǎn)足條件,保護(hù)起動(dòng)。4.2阻抗繼電器動(dòng)作方程兩邊同乘以測(cè)量電流,則方程為若令整定阻抗為:2、方向阻抗繼電器4.2阻抗繼電器動(dòng)作方程:4.2阻抗繼電器

方向阻抗繼電器以電壓形式表示的動(dòng)作方程為:特點(diǎn):1)動(dòng)作具有方向性;2)圓的直徑為整定阻抗;3)圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。缺點(diǎn):當(dāng)加入繼電器的電壓等于零時(shí),保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū)。4.2阻抗繼電器由于在保護(hù)安裝出口處發(fā)生三相短路時(shí),加入繼電器的電壓為零,存在動(dòng)作死區(qū)。實(shí)用的方向元件必須解決保護(hù)動(dòng)作死區(qū)問(wèn)題。動(dòng)作阻抗:使阻抗繼電器啟動(dòng)的最大測(cè)量阻抗。整定阻抗:指保護(hù)安裝處至保護(hù)區(qū)末端阻抗。4.2阻抗繼電器特點(diǎn):當(dāng)加入繼電器電壓與電流之間的相位差為不同數(shù)值時(shí),動(dòng)作阻抗也隨之而變。處于靈敏角狀態(tài)下動(dòng)作阻抗具有最大值,保護(hù)區(qū)最長(zhǎng),即最靈敏。當(dāng)測(cè)量阻抗角等于整定阻抗角時(shí),此時(shí)動(dòng)作阻抗具有最大值,將此角度稱(chēng)為靈敏角。4.2阻抗繼電器比幅特性與比相特性間的轉(zhuǎn)換:動(dòng)作方程為:4.2阻抗繼電器動(dòng)作方程用電壓形式表示時(shí),其方程為:缺點(diǎn):當(dāng)加入繼電器電壓為零時(shí),也無(wú)法比相。存在動(dòng)作死區(qū)。4.2阻抗繼電器3、偏移特性阻抗繼電器動(dòng)作方程:4.2阻抗繼電器圓的半徑為:其中動(dòng)作方程可表示為:4.2阻抗繼電器當(dāng),方程為:當(dāng),方程為:全阻抗繼電器4.2阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器比相形式動(dòng)作方程:4.2阻抗繼電器以電壓形式表示動(dòng)作方程為:4.2阻抗繼電器小結(jié):1)測(cè)量阻抗:由測(cè)量電壓與測(cè)量電流的比值,大小與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處遠(yuǎn)近有關(guān);2)整定阻抗:一般取保護(hù)安裝點(diǎn)到保護(hù)范圍末端線路的阻抗;3)動(dòng)作阻抗:使阻抗繼電器動(dòng)作的最大測(cè)量阻抗。4.2阻抗繼電器4.2.2多邊形阻抗繼電器

多邊型阻抗繼電器反應(yīng)故障點(diǎn)過(guò)渡電阻能力強(qiáng)、躲過(guò)負(fù)荷能力好,在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用的相對(duì)廣泛。1、四邊形阻抗繼電器4.2阻抗繼電器動(dòng)作方程:特點(diǎn):測(cè)量阻抗落入四邊形區(qū)域內(nèi),保護(hù)動(dòng)作。但保護(hù)不具方向性。4.2阻抗繼電器2、方向性多邊形阻抗繼電器

為了減小過(guò)渡電阻對(duì)阻抗保護(hù)的影響,各邊都采用了傾斜角,特性如圖所示。4.2阻抗繼電器動(dòng)作方程:方向判別的動(dòng)作方程為:4.2阻抗繼電器3、零序電抗繼電器

為克服單相接地短路時(shí)過(guò)渡電阻對(duì)保護(hù)區(qū)的影響,使阻抗繼電器動(dòng)作特性適應(yīng)附加測(cè)量阻抗的變化、保護(hù)區(qū)穩(wěn)定不變,零序電抗繼電器是廣泛采用的一種阻抗繼電器。其動(dòng)作特性是過(guò)整定阻抗端點(diǎn)有一個(gè)傾角的直線。4.2阻抗繼電器

送電側(cè)受電側(cè)

若附加測(cè)量阻抗角等于傾斜角,則動(dòng)作特性與附加阻抗平行。則保護(hù)區(qū)不受過(guò)渡電阻的影響。4.2阻抗繼電器動(dòng)作方程為:4.2阻抗繼電器小結(jié):(1)多邊形特性阻抗繼電器與直線形零序電抗繼電器在微機(jī)保護(hù)中被廣泛應(yīng)用;(2)其最大優(yōu)點(diǎn)是躲過(guò)過(guò)渡電阻能力比較強(qiáng);(3)同時(shí)可以采用帶方向性。4.2阻抗繼電器

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主講人:許建安4.3阻抗繼電器接線1、對(duì)阻抗繼電器接線要求1)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離;2)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)與故障類(lèi)型無(wú)關(guān),也就是保護(hù)范圍不隨故障類(lèi)型而變化;3)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)不受短路故障點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響。4.3阻抗繼電器接線2、反映相間短路故障接線當(dāng)時(shí),加在繼電器端子上電壓與電流的相位差為零。接線定義:加入相電壓與同相電流時(shí):4.3阻抗繼電器接線測(cè)量阻抗可正確反應(yīng)三相短路故障。4.3阻抗繼電器接線故障相電壓為:測(cè)量阻抗為:4.3阻抗繼電器接線保護(hù)安裝處相間電壓為:測(cè)量阻抗為:4.3阻抗繼電器接線

為了正確反映保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)之間的距離,必須加入相間電壓與同名相的兩相電流差。繼電器1繼電器2繼電器34.3阻抗繼電器接線各種相間短路故障時(shí)的測(cè)量阻抗:1、三相短路保護(hù)安裝處母線電壓為:4.3阻抗繼電器接線阻抗繼電器1測(cè)量阻抗為:說(shuō)明在被保護(hù)線路發(fā)生三相金屬性短路故障時(shí),三個(gè)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗均等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗。4.3阻抗繼電器接線2、兩相短路(BC)故障相間電壓為:4.3阻抗繼電器接線阻抗繼電器2的測(cè)量阻抗為:

保護(hù)區(qū)內(nèi)BC兩相短路時(shí),阻抗繼電器2能正確地測(cè)量保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間的阻抗。

阻抗繼電器1、3所加電壓有一相非故障相電壓,電流只有一相故障電流,其測(cè)量阻抗較大。4.3阻抗繼電器接線3、兩相接地短路保護(hù)安裝處故障相電壓4.3阻抗繼電器接線阻抗繼電器2測(cè)量阻抗為:

上式可見(jiàn),BC兩相接地短路故障時(shí),阻抗繼器2能正確測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離。4.3阻抗繼電器接線將故障點(diǎn)電壓和電流分解為序分量,則3、反映接地接線4.3阻抗繼電器接線保護(hù)安裝處三序分量電壓為4.3阻抗繼電器接線保護(hù)安裝處A相電壓為:4.3阻抗繼電器接線若加入繼電器電壓、電流為則測(cè)量阻抗為4.3阻抗繼電器接線

為了正確測(cè)量阻抗,加入繼電器電壓、電流應(yīng)為:其中:測(cè)量阻抗4.3阻抗繼電器接線

顯然,加入相電壓、帶零序電流補(bǔ)償?shù)南嚯娏鳎杩估^電器就能正確測(cè)量保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)間距離。繼電器1繼電器2繼電器34.3阻抗繼電器接線4、反應(yīng)突變量阻抗繼電器(1)反應(yīng)工作電壓相位變化極化電壓取工作電壓前一個(gè)周期的值,記為:

動(dòng)作方程為:4.3阻抗繼電器接線原理:反映阻抗繼電器工作電壓相位突變或幅值突變構(gòu)成的阻抗繼電器。阻抗繼電器測(cè)量的是工作電壓前、后周期的相位變化,在穩(wěn)定狀態(tài)下阻抗繼電器不可能動(dòng)作,只有在發(fā)生短路故障后的第一個(gè)周期才有可能動(dòng)作,所以稱(chēng)為突變量阻抗繼電器。反映接地短路故障動(dòng)作方程為:4.3阻抗繼電器接線

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主講人:許建安4.4選相原理

一個(gè)CPU判斷十種故障類(lèi)型和相別耗時(shí)太長(zhǎng),因此要求在處理故障之前,預(yù)先進(jìn)行故障類(lèi)型和相別的判斷。識(shí)別出故障相別后,將相應(yīng)的電壓、電流量取出,送至故障判別處理程序,可大量節(jié)約時(shí)間。當(dāng)然對(duì)故障類(lèi)型和相別判斷必須要有足夠準(zhǔn)確性。選相元件只承擔(dān)選相任務(wù),不承擔(dān)測(cè)量故障點(diǎn)距離和故障方向的任務(wù)。4.4選相原理要求:1)在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生任何形式的短路故障時(shí),能判別故障相別,或判別出是單相故障還是多相故障。2)單相接地故障時(shí),非故障相選相元件可靠不動(dòng)作。3)在正常運(yùn)行時(shí),選相元件應(yīng)該不動(dòng)作。4)動(dòng)作速度要快。4.4選相原理故障選相流程:4.4選相原理1、相電流差工頻變化量選相原理:利用系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)兩相電流差的變化量的幅值特征來(lái)區(qū)分各種類(lèi)型故障。利用對(duì)稱(chēng)分量法可得:4.4選相原理為分析方便,設(shè)1)A相接地短路故障兩非故障相電流差為零。4.4選相原理2)兩相短路(BC)兩相故障相電流差最大。4.4選相原理3)三相短路三個(gè)兩相電流差故障分量相等。4.4選相原理4)兩相接地(BC)若金屬性短路,k為實(shí)數(shù)且0<k<1一般情況下兩相接地短路與兩相短路相同,故障相電流差最大。4.4選相原理2、對(duì)稱(chēng)分量選相原理:先判斷是否存在零序分量,排除三相短路和兩相短路,再用零序電流和負(fù)序電流進(jìn)行比較,分析單相接地短路和兩相接地短路的區(qū)別。(1)單相接地短路4.4選相原理4.4選相原理定性分析設(shè)(1)A相接地時(shí),(2)B相接地時(shí),和(3)C相接地時(shí),和4.4選相原理(2)兩相接地短路4.4選相原理(3)選相方法以基準(zhǔn)選相區(qū)域,落在在不同相位區(qū),對(duì)應(yīng)了不同的接地故障類(lèi)型和相別。

4.4選相原理

雖然可以用電流大小來(lái)區(qū)別兩種故障,但是測(cè)量電流受負(fù)荷電流影響,不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判別,特別在接地電阻較大時(shí)。

(1)當(dāng)時(shí),若在內(nèi),則判為兩相接地短路故障。4.4選相原理4.4選相元件2、余弦電壓選相4.4選相原理>4.4選相原理如果不計(jì)電阻分量,

簡(jiǎn)化為:若取4.4選相原理測(cè)量阻抗為:其中:4.4選相原理BC相經(jīng)過(guò)渡電阻短路時(shí),測(cè)量阻抗為4.4選相原理4.4選相原理只要能覆蓋的動(dòng)作區(qū),余弦電壓元件會(huì)動(dòng)作。動(dòng)作判據(jù)為<<4.4選相原理

發(fā)生接地短路故障時(shí),滿(mǎn)足A相為特殊相條件,則A相或BC相接地短路故障。若元件動(dòng)作,則判為BC接地短路故障。若不動(dòng)作,判A相接地短路故障,實(shí)現(xiàn)了選相。4.4選相原理小結(jié):1)為了能正確地測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗,分別裝設(shè)了相間短路和接地短路距離保護(hù)。2)微機(jī)保護(hù)中采用選相,其目的是為節(jié)約微機(jī)時(shí)間。3)要求故障類(lèi)型及相別判斷準(zhǔn)確性要高。4.4選相原理4)選相元件僅承擔(dān)選相任務(wù),不承擔(dān)測(cè)量故障點(diǎn)距離和故障方向。5)相電流差工頻變化量選相原理是比較幅值大小。6)余弦電壓選相是利用故障點(diǎn)過(guò)渡電阻特征。4.4選相原理

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4.6啟動(dòng)元件1、啟動(dòng)元件的作用(1)閉鎖作用。因啟動(dòng)元件動(dòng)作后才給上保護(hù)裝置的電源,所以裝置在正常運(yùn)行發(fā)生異常情況時(shí)是不會(huì)誤動(dòng)作的,此時(shí)啟動(dòng)元件起到閉鎖作用,提高了裝置工作的可靠性。(2)在某些距離保護(hù)中,啟動(dòng)元件與振蕩閉鎖啟動(dòng)元件為同一個(gè)元件,因此啟動(dòng)元件起到了振蕩閉鎖的作用。4.6啟動(dòng)元件(3)若保護(hù)裝置中第Ⅰ段和第Ⅱ段用同一阻抗測(cè)量元件,則啟動(dòng)元件動(dòng)作后按要求自動(dòng)地將阻抗定值由第Ⅰ段切換到第Ⅱ段。當(dāng)保護(hù)裝置采用Ⅱ、Ⅲ段切換時(shí),同樣按要求能自動(dòng)地將阻抗定值由第Ⅱ段切換到第Ⅲ段。(4)當(dāng)保護(hù)裝置只用一個(gè)阻抗測(cè)量元件來(lái)反應(yīng)不同短路故障形式時(shí),則啟動(dòng)元件應(yīng)能按故障類(lèi)型將適當(dāng)?shù)碾妷?、電流組合加于測(cè)量元件上。4.6啟動(dòng)元件2、對(duì)啟動(dòng)元件的要求(1)能反應(yīng)各種類(lèi)型的短路故障,即使是三相同時(shí)性短路故障,啟動(dòng)元件也應(yīng)能可靠啟動(dòng)。(2)在保護(hù)范圍內(nèi)短路故障時(shí),即使故障點(diǎn)存在過(guò)渡電阻,啟動(dòng)元件也應(yīng)有足夠的靈敏度,動(dòng)作可靠、快速,在故障切除后盡快返回。4.6啟動(dòng)元件(3)被保護(hù)線路通過(guò)最大負(fù)荷電流時(shí),啟動(dòng)元件應(yīng)可靠不動(dòng)作;電力系統(tǒng)振蕩時(shí)啟動(dòng)元件不允許動(dòng)作。(4)當(dāng)電壓回路異常時(shí),阻抗繼電器可能發(fā)生誤動(dòng)作,此時(shí)啟動(dòng)元件不應(yīng)動(dòng)作,為此啟動(dòng)元件應(yīng)采用電流量,不采用電壓量來(lái)構(gòu)成啟動(dòng)元件。4.6啟動(dòng)元件(5)為能發(fā)揮啟動(dòng)元件的閉鎖作用,構(gòu)成啟動(dòng)元件的數(shù)據(jù)采集、CPU等部分最好應(yīng)完全獨(dú)立,不應(yīng)與保護(hù)部分共用。3、負(fù)序、零序電流啟動(dòng)元件距離保護(hù)啟動(dòng)元件:1)電流元件2)阻抗元件3)負(fù)序和零序電流元件4)電流突變量元件等4.6啟動(dòng)元件電流啟動(dòng)元件優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單可靠、電壓回路斷線失壓不誤啟動(dòng)在較高電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)中,靈敏度難于滿(mǎn)足要求,且振蕩時(shí)要誤啟動(dòng),只適用于及以下網(wǎng)絡(luò)的距離保護(hù)中。不對(duì)稱(chēng)短路特點(diǎn):一般三相短路是由不對(duì)稱(chēng)短路發(fā)展而成,所以在三相短路的初瞬間也有負(fù)序電流出現(xiàn)。4.6啟動(dòng)元件零序電流啟動(dòng):提高啟動(dòng)元件靈敏度,與負(fù)序電流共同構(gòu)成啟動(dòng)元件。4、序分量濾過(guò)器算法獲取負(fù)序零序分量方法1)用負(fù)序、零序?yàn)V過(guò)器2)微機(jī)保護(hù)中,通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)4.6啟動(dòng)元件1、直接移相原理的序分量濾過(guò)器對(duì)于序列相應(yīng)公式為4.6啟動(dòng)元件

設(shè)每周采樣12點(diǎn),即N=12,根據(jù)移相時(shí)的數(shù)據(jù)窗不同有不同的算法。當(dāng)時(shí),電壓相位相對(duì)于時(shí)滯后角度,對(duì)應(yīng)采樣值為當(dāng)分別為8和4時(shí),電壓相量旋轉(zhuǎn)了

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