电子课件 电子教案 电力系统继电保护第 3章 微机保护基础知识
电力系统继电保护教案
电力系统继电保护教案第一章：继电保护概述1.1 继电保护的定义1.2 继电保护的基本原理1.3 继电保护的作用与重要性1.4 继电保护的发展历程与现状第二章：继电保护装置及其基本构成2.1 继电保护装置的定义与分类2.2 继电保护装置的基本构成2.3 继电保护装置的主要性能指标2.4 继电保护装置的选用原则第三章：电力系统短路故障及其保护3.1 短路故障的类型与特点3.2 短路故障的保护措施3.3 短路故障保护装置的原理与实现3.4 短路故障保护装置的配置与整定第四章：电力系统过电压保护4.1 过电压的类型与危害4.2 过电压保护的基本原理4.3 过电压保护装置的类型与选用4.4 过电压保护装置的配置与整定第五章：电力系统变压器保护5.1 变压器故障类型与保护需求5.2 变压器保护装置的原理与实现5.3 变压器保护装置的配置与整定5.4 变压器保护装置的运行与维护第六章：电力系统线路保护6.1 线路故障类型与保护需求6.2 线路保护装置的原理与实现6.3 线路保护装置的配置与整定6.4 线路保护装置的运行与维护第七章：电力系统母线与断路器保护7.1 母线故障类型与保护需求7.2 断路器故障类型与保护需求7.3 母线与断路器保护装置的原理与实现7.4 母线与断路器保护装置的配置与整定第八章：电力系统自动重合闸与备自投装置8.1 自动重合闸的原理与实现8.2 备自投装置的原理与实现8.3 自动重合闸与备自投装置的配置与整定8.4 自动重合闸与备自投装置的运行与维护第九章：电力系统继电保护的通信与监控9.1 继电保护通信系统的基本原理与结构9.2 继电保护监控系统的基本原理与功能9.3 继电保护通信与监控系统的配置与运行9.4 继电保护通信与监控系统的发展趋势第十章：电力系统继电保护的运行与管理10.1 继电保护运行与管理的基本要求10.2 继电保护运行与管理的组织与职责10.3 继电保护运行与管理的流程与方法10.4 继电保护运行与管理的问题与改进方向重点和难点解析一、继电保护的基本原理：理解继电保护的工作原理是学习继电保护的基础，包括电流、电压、时间和逻辑等方面的基本概念。
《微机继电保护》课件
03 微机继电保护的算法与实 现
微机继电保护的算法分类
01
02
03
04
差分算法
通过比较线路两侧的电流或电 压差值来检测故障，具有简单
、可靠的特点。
傅里叶算法
利用傅里叶变换分析信号频率 特性，用于检测谐波电流或电
压。
波形比较算法
通过比较正常与异常时的电流 或电压波形来检测故障。
人工神经网络算法
模拟人脑神经元网络，通过训 练学习识别故障特征。
微机继电保护的历史与发展
总结词
微机继电保护经历了从模拟式到数字式、从集中式到 分布式的发展历程。
详细描述
微机继电保护最早出现于20世纪70年代，当时采用的 是模拟式元件和电路，功能较为简单。随着计算机技 术和数字信号处理技术的发展，数字式微机继电保护 逐渐取代了模拟式保护。同时，随着分布式系统和网 络通信技术的发展，分布式微机继电保护系统也逐渐 成为主流。未来，随着人工智能和大数据技术的应用 ，微机继电保护将更加智能化和自适应化。
人工智能应用
人工智能和机器学习技术在微机继电 保护领域的应用正在逐步深化。这些 技术可以帮助系统自动识别和应对各 种复杂的电力故障情况。
网络化
网络技术的广泛应用为微机继电保护 带来了新的可能性。通过网络化控制 ，可以实现更快速、更准确的故障定 位和隔离。
集成化和模块化
为了提高系统的可靠性和可维护性， 微机继电保护系统正在朝着集成化和 模块化的方向发展。
《微机继电保护》PPT课件
目 录
• 微机继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的算法与实现 • 微机继电保护的应用与案例分析 • 微机继电保护的发展趋势与展望
01 微机继电保护概述
继电保护基础知识和微机保护原理
继电保护基础知识和微机保护原理继电保护是电力系统中重要的安全措施之一，它的作用是在电力系统发生故障时，迅速切除或隔离故障点，保护电力设备和人身安全。
而微机保护利用先进的微机技术，结合各种传感器和控制装置，实现电力系统的准确、灵敏和可靠的保护，提高系统的稳定性和可靠性。
本文将介绍继电保护基础知识和微机保护原理。
一、继电保护基础知识1.继电保护原理继电保护根据电力系统的运行状态和故障特征，通过各种传感器和设备，对电力系统的电压、电流、功率等进行监测和测量，从而判断系统是否发生故障以及故障的位置和类型。
根据保护原理的不同，可以将继电保护分为差动保护、过流保护、间隙保护、距离保护等。
2.继电保护的类型继电保护按照保护范围的不同，可以分为发电机保护、变压器保护、线路保护、母线保护、馈线保护等。
不同的保护对象有着不同的保护特点和保护要求。
3.继电保护的组成继电保护由监测传感器、比较装置、判据装置和动作执行装置等组成。
监测传感器负责将电能转化为可测量的电信号，如电压互感器、电流互感器等；比较装置根据测量信号和设定值进行比较，判断系统的状态；判据装置根据比较装置的输出结果，生成动作指令，控制动作执行装置对保护范围内的设备进行保护动作。
1.微机保护系统结构微机保护系统由数据采集模块、微机主控装置、数据处理模块、监测和操作界面等组成。
数据采集模块负责采集保护对象的电压、电流等信号，并将其转化为数字信号；微机主控装置进行数据的处理和分析，并根据设定条件生成保护动作指令；数据处理模块进行数据的存储和管理，提供故障记录和统计报表等。
2.微机保护的特点微机保护具有以下特点：（1）准确性高：微机保护采用先进的数字信号处理技术，可以实时监测和测量电力系统的各种参数，提高保护的准确性和可靠性。
（2）速度快：微机保护系统的处理速度很快，可以在几十毫秒内完成对电力系统的故障判断和动作指令的生成。
（3）功能强大：微机保护具有丰富的功能，可以实现过流保护、差动保护、距离保护、频率保护等多种保护方式。
电力系统微机保护基础知识
后熄灭。 “跳位”灯为绿色，当开关在分位时点亮。 “合位”灯为红色，当开关在合位时点亮。
2022/3/9
呼唤：表示本装置有报告信息显示或打印，呼唤运行人员到屏前查看。
总告警:巡检出保护CPU插件出错或本插件硬件损坏时。
告警信号灯亮后，同时切断相应保护插件的24V电源，以防保护误动。
3、处理、显示和发送各种报文。
4、作为监控系统的智能终端。
2022/3/9
27
2022/3/9
2022/3/9
28
八、信号插件
OP
南瑞900 TA
TB
TC
CH
信号 许继 启动
跳A 跳B 跳C 永跳 重合 呼唤
告警插件 告警
高频 距离 零序 重合闸 总报警 巡检中断
2022/3/9
29
RCS-9600系列： “运行”灯为绿色，装置正常运行时点亮。 “报警”灯为黄色，当发生报警时点亮。 “跳闸”灯为红色，当保护跳闸时点亮，在信号复归
的等幅脉冲，差值nTS期间的脉冲数与nTS期间内的模拟信号的积分值具 有对应关系。
VFC的优点： （1）电路简单、工作稳定，线形好、精度高。 （2）抗干扰能力强 （3）同CPU接口简单，可以方便地实现多CPU共享一套 VFC。
2022/3/9
9
输入电压 ui
D/A
控制 器
数码 设定器
逐次比较式A/D转换原理图
WXH-803：采用分相电流差动保护作为全线速动保护；三段式距离保护；六段式 零序电流保护。
WXH-811：三段式距离保护；四段式零序电流（方向）保护。 WXH-812：高频距离保护；三段式距离保护；四段式零序电流（方向）保护 WXH-813：分相电流差动；三段式距离保护；四段式零序电流（方向）保护 WXH-821：三段式电流（方向）保护；零序电流（方向）保护；过负荷保护；低
电力系统继电保护原理-微型机继电保护基础 PPT精品课件
EPROM、 EEPROM、 F并L行AS接H口、:RAM
输 入
并行接口 连接开入开出系
统。
数据采集系统
微机主系统
10.1 微机继电保护的硬件构成
一、概述
2.单CPU微机保护硬件结构示意图★★
来
CPU
自
TA
电压形成 LF S/H
EPROM
TV
二 次 侧
.
M
EEPROM
.
P AD
FLASH
的 模
.
X
10.1 微机继电保护的硬件构成
二、数据采集系统
1.电压形成★ (2)输出电气量
一般都是电压信号。
根据模数转换器的不同，范围有0~5V,0~10V,2.5V~+2.5V,-5V~+5V,-10V~+10V等。
2.单CPU微机保护硬件结构示意图★★
CPU:
来
CPU 中央处理单元。
自
TA
电压形成 LF S/H
TV
EPROM 存储器:
二 次 侧 的 模 拟 量
.
M
.
P AD
.
X
电压形成 LF S/H
EEPROM FLASH RAM 定时器
EPROM、 EEPROM、 F定L时AS器H:、RAM
输 入
完成计时、采样
RAM
拟 量
电压形成 LF S/H
定时器 光
输 入
并行接口
电出
隔 离
口 电 路
人机对话 打印机 开关量输入
开关量输出
数据采集系统
微机主系统
开入/开出系统
10.1 微机继电保护的硬件构成
一、概述
第三章 微机继电保护基础
跟随器的输入阻抗很高（达 1010 ）， 输出阻抗很低（最大 ），因而A1对输入 6 u sr 来说是高阻抗；而在采样状态时，对 信号 C h 为低阻抗充电，故可快速采样。又 电容器 由于A2的缓冲和隔离作用，使电路有较好的 保持性能。
SA为场效应晶体管模拟开关，由运算放大器A3 驱动。A3的逻辑输入端 S / H 由外部电路（通常可 C h 处于 由定时器）按一定时序控制，进而控制着 采样或保持状态。符号 表示该端子有双重功 S/H 能，即 S/H S / H ＝“1”电平为采样（Sample）功能, ＝“0”电平为保持（Hold）功能。某个符号 上面带一横，表示该功能为低电平有效，这是数字 电路的习惯表示法。
A1和A2的接法实质相同，在采样状态（SA接通时），A1 的反相输入端从A2输出端经电阻器R获得负反馈，使输出跟 踪输入电压。在SA断开后的保持阶段，虽然模拟量输入仍 在变化，但A2的输出电压却不再变化，这样A1不再从A2的 输出端获得负反馈,为此在A1的输出端和反相输入端之间跨 接了两个反向并联的二极管，直接从A1的输出端经过二极 管获得负反馈，以防止A1进入饱和区，同时配合电阻器R起 到隔离第二级输出与第一级 fmax
目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种 情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器（Low Pass Fliter， LPF）将高频分量滤掉，这样就可以降低 f S 。实际 上，由于数字滤波器有许多优点，因而通常并不要求图3-1中 的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉 f S / 2 以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附 近来。低于 f S / 2 的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波 来滤除。
由于Z g 很小，所以共模干扰信号对变 换器二次侧的影响得到了极大的抑制。这 样中间变换器还起到屏蔽和隔离共模干扰 信号的作用，可提高交流回路的可靠性。
电力系统继电保护原理第三章
第三章 电网的距离保护 第一节距离保护的作用原理一﹑基本概念电流保护的优点：简单﹑可靠﹑经济。
缺点：选择性﹑灵敏性﹑快速性很难满足要求（尤其35kv 以上的系统）。
距离保护的性能比电流保护更加完善。
Z dU d....1fe f dd d ld I U Z I U Z Z =<==，反映故障点到保护安装处的距离——距离保护，它基本上不受系统的运行方式的影响。
二﹑距离保护的时限特性距离保护分为三段式： I 段：AB Idz Z Z )85.0~8.0(1=，瞬时动作 主保护 II 段：)(21Idz AB IIK IIdz Z Z K Z +=，t=0.5’’III 段：躲最小负荷阻抗，阶梯时限特性。
————后备保护第二节 阻抗继电器阻抗继电器按构成分为两种：单相式和多相式单相式阻抗继电器：指加入继电器的只有一个电压U J （相电压或线电压）和一个电流I J （相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。
JJ J I U Z ..=——测量阻抗Z J =R+jX 可以在复平面上分析其动作特性它只能反映一定相别的故障，故需多个继电器反映不同相别故障。
多相补偿式阻抗继电器：加入的是几个相的补偿后的电压。
它能反映多相故障，但不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性。
本节只讨论单相式阻抗继电器。
一﹑阻抗继电器的动作特性PTld PT l lPT JJ J n n Z n n I U n I n U I U Z ⨯=⨯===1.1.1.1...BC 线路距离I 段内发生单相接地故障，Z d 在图中阴影内。
由于1）线路参数是分布的， Ψd 有差异2)CT,PT 有误差 3）故障点过渡电阻 4）分布电容等 所以Z d 会超越阴影区。
因此为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。
圆1：以od 为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od 为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等二﹑利用复数平面分析阻抗继电器它的实现原理：幅值比较原理 B A U U ..≥J相位比较原理 90arg 90..≤≤-DC U U（一） 全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Z zd 为半径的圆。
微机继电保护PPT课件
01 微机继电保护概述
CHAPTER
定义与特点
定义
微机继电保护是指利用微型计算 机技术来实现电力系统继电保护 功能的系统。
微机继电保护装置具有灵活的配置和编程 能力，可以根据需要进行定制和扩展，适 应不同系统的需求。
微机继电保护装置具有自我诊断和修复功 能，能够检测和修复潜在的故障，提高系 统的可靠性和稳定性。
微机继电保护的缺点
对硬件和软件要求高
01
微机继电保护装置需要高性能的硬件和软件支持，增加了系统
的复杂性和成本。
对数据传输和处理能力要求高
02
微机继电保护装置需要实时传输和处理大量数据，对数据传输
和处理能力要求较高。
对外部环境因素敏感
03
微机继电保护装置对外部环境因素较为敏感，如温度、湿度、
电磁干扰等，需要采取相应的防护措施。
微机继电保护的展望
智能化发展
随着人工智能技术的发展，微机继电保护装置将更加智能化，能 够自适应地学习和优化保护策略。
应用效果
该系统的应用显著提高了发电厂的安全性和可靠性，减少了设备 损坏和事故发生。
技术特点
该系统采用了基于数字信号处理技术的继电保护算法，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
某变电站的微机继电保护系统
案例概述
某变电站的微机继电保护系统采用了先进的微机继电保护装置，实 现了对变电站的全面保护。
应用效果
该系统的应用显著提高了变电站的安全性和可靠性，减少了设备损 坏和事故发生。
04 微机继电保护的优缺点与展望
CHAPTER
《电力系统继电保护原理》全套PPT课件
二、反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端 所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原 理，也称差动式原理）
以A-B线路为例：
规定电流正方向：保护处母线→被保护线路
规定电压正方向：母线高于中性点
的继电器(保护)，Kh>1 2、集成电路型过电流继电器（晶体管型：略）
3ms延时：防止干扰信号引起的误动(干扰持续时间一般<1ms) 12ms展宽：使输出动作信号展成连续高电平。
二、电流速断保护（电流I段）
电流速断保护：瞬时动作的电流保护。
1、整定计算原则
(1) 短路特性分析：
三相短路时d(3),流过保护安装处的短路电流：
对于过量保护,灵敏系数：
应保护的范围内发生金 属性短路时的故障参数 计算值
Klm
保护装置的动作参数
（电流保护的故障参数计算值：系统最小运行方式下被保护线
路末端发生两相短路时，流过本保护的最小短路电流）
对保护1的电流II段：Klm=
I (2) d .B. m in I II dz..1
要求：Klm 1.3～1.5
d3点短路：6动作：有选择性； 5动作：无选择性 如果6拒动，5再动作：有选择性(5作为6的远后备保护)
d1点短路：1、2动作：有选择性； 3、4动作：无选择性 后备保护（本元件主保护拒动时）：
(1)由前一级保护作为后备叫远后备. (2)由本元件的另一套保护作为后备叫近后备.
二、速动性：故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户 在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽 量地快速切除故障。 (快速保护:几个工频周期，微机保护：30ms以下)
电力系统继电保护原理全套课件
电力系统继电保护原理全套课件一、概述电力系统是国民经济的基础产业，电力系统的可靠性、安全性和经济性是保障国家政治和经济安全的重要因素。
因此，在电力系统中，继电保护是一项至关重要的技术措施。
本套课件旨在详细介绍电力系统继电保护的原理、分类、选型和应用等方面的知识，对电力系统从业人员具有较为重要的参考价值。
二、继电保护的基本概念1.继电保护的定义继电保护是指利用继电器和其他电气或电子设备对电力系统中的故障进行检测、判断和控制的技术手段。
它能够及时切断电路故障，防止电力系统故障蔓延，从而保护电力系统的安全稳定运行。
2.故障的分类电力系统中的故障主要包括三种类型：•短路故障：是指电力设备直接短路，从而导致电路的电流大幅度增加，电压降低甚至归零的故障；•地故障：是指电力设备发生与地之间的短路故障，从而电流通过地线回路形成，导致电路电压降低的故障；•开路故障：是指电力设备出现断路，导致设备无法正常工作的故障。
3.继电保护的原理继电保护的原理是利用电力系统中的故障造成的电流、电压、功率等特征参数的变化，通过继电器进行检测、判断，从而产生控制信号，切断故障电路。
通常情况下，继电保护系统主要包括检测、判断、控制等三个模块。
其中，检测模块利用电流、电压等物理量对故障进行检测；判断模块将检测所得的信号与阈值进行比较，判断是否存在故障；控制模块则负责发送控制信号，切断故障电路。
三、继电保护的分类1.电流保护电流保护是指通过对电流进行检测，从而保护电路不受损坏的一种保护方式。
通常情况下，电流保护可分为过流保护、欠流保护、差动保护等多种类型。
2.电压保护电压保护是通过对电压进行检测，从而保护电路不受过压或欠压等异常状态的影响的保护方式。
通常情况下，电压保护可分为过压保护、欠压保护等多种类型。
3.频率保护频率保护是通过对电力系统的频率进行检测，从而保护电路不受频率异常变化的影响的保护方式。
通常情况下，频率保护可分为超频保护、欠频保护等多种类型。
电力系统继电保护第 3章 微机保护基知识
fo
f O .m ax f O .m ax
2
0 U in .m a x 2
微机保护基础知识
Ui
U in.m ax
27 2019/11/1
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。
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。
每隔KTs对输出脉冲的计数，实质上是在此期间内对f 的积分。在某段时间内的计数值就是这段时间对频率 的积分值。
微机保护基础知识
29 2019/11/1
令矩形面积=积分面积
uin(t)
0
(K-N)TS
可见，DK反应了τ时刻
KTS t
[(KN )TSK TS]
的输入电压uin(τ) 。
于是，1）因uin(τ) 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
Dn 至CPU
0
u O (f )
0
Dn
t
(a)
VFC的脉冲输出频率正
比于输入电压幅值，
f 对脉冲的计数就完成
(b)
了对电压幅值的测量。
t
0
微机保护基础知识
(c)
25 2019/11/1
反充电 充
电
Uin
R1
R2
C + A1
+ A2
Ua
0
t1
t2
t
t
Uo
0
S
脉冲发生器
T0
t
Uo(f)
T
-uR
计数器
定时器
fs 2 f0
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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
100…00
高，1改0
分层电压
Q=
UR 层数
UR 2N
第2次
第3次 …
010…00
011…00 …
低，1保持
低 …
量化误差
UR 层数
UR 2N
分辨率
1 2
g2UNR
第N次 011…01
微机保护基础知识
结束
模数转换器的位数越多即N值越
多
路
Байду номын сангаас
转 换
A/D
开
关
节约A/D转换器
微机保护基础知识
9 2020/5/19
基于压频变换（VFC）方式
电压变换、 屏蔽和隔离
电压转化为 频率
TV TA
电压形成
二
次
侧
电压形成
来
VFC
计数器
BUS
VFC
计数器
对脉冲计数，从而完 成对电压的测量
微机保护基础知识
10 2020/5/19
3.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟
nTs t
13 2020/5/19
（2）采样保持（S/H）电路
要求：
要求1： CH越小越好
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；
要求2： CH越大越好
3、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断 时的泄露电流要小。
采样电子开关
ui
CH的大小应当如 何确定呢？
30 2020/5/19
分辨率举例
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
2 103 1000
1 500 103
相当于10位A/D转换器的分辨率
210 1024
微机保护基础知识
31 2020/5/19
分辨率举例
计数脉冲最高频率为500kHZ，要达到12位A/D转 换器的分辨率
T－工频周期，20ms f=1/T－工频频率，50HZ
12 2020/5/19
X*(t) 采
（2）采样保持（S/H）电路
样
保持：为保证各通道采样的
信
同时性，在等待模数转换 的过程中，必须保持采样
号
值不变。
0 保 Ts 2Ts 3Ts 持 信 号
0 Ts 2Ts 3Ts
微机保护基础知识
nTs t
粉红色为理想值， 红色为实际值。
AS 阻 抗
阻
抗
uo
变 换
CH
变 换
1
S(t)
2
微机保护基础知识
14 2020/5/19
（3）ALF和采样频率
问题 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？
被采样信号x(t)的频率为f0，TS为采样周期，fS为采样频率
x(t)
t
fs f0 3
fs 2 f0
微机保护基础知识
2 2020/5/19
学习方法
掌握基本原理 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 要将保护的基本算法 与具体继电保护原理 结合
• 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。
微机保护基础知识
3 2020/5/19
VFC输出至计数器，CPU每隔KTs读数为RD1、RD2 …… RDk。
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。
每隔KTs对输出脉冲的计数，实质上是在此期间内对f 的积分。在某段时间内的计数值就是这段时间对频率 的积分值。
微机保护基础知识
28 2020/5/19
假设RDk 、RDK-N分别为tK和tK-N时刻的读数，则这段时间
3.3 开关量输入输出回路原理
不带电位的接点（QF位置、跳闸等）、逻辑电平（键盘、信号）。
X(t)
（2）采样保持（S/H）电路
0 S(t)
1
X*(t0)
Ts 2Ts 3Ts
0 Ts 2Ts 3Ts
微机保护基础知识
t nTs t
nTs t
采样：将一个连续时间信 号x(t)变成离散时间信号 x*(t)。
TS－采样周期 fS=1/TS－采样频率 工频每周期采样点数N为：
N= T fs TS f
UR 16R
I =
UR R
(B12-1+B2 2-2 +B3 2-3 +B4 2-4 )
UR R
D
可见，输出模拟电 压正比于输入的数 字量D 。
微机保护基础知识
23 2020/5/19
采样电压 U*(t)
模数转换器回路逻辑
比较器
+ -A uD
D/A
UR
数字量D SAR
时钟
置数选择逻辑
• 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。
fs 2 f0
微机保护基础知识
混叠
t
t 混叠
正确
t
15 2020/5/19
（3）ALF和采样频率
结论
若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须 满足fs≥2f0。
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 fs≥2fmax。
uin(t)
0 (K-N)TS
KTS t
可见，DK反应了τ时刻 [(K N )TS KTS ]
的输入电压uin(τ) 。
于是，1）因uin(τ) 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。
微机保护基础知识
大，则模数转换器分辨率与转换
的精度越高。
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DAC数模转换原理
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。
-uR
R
R a
b
R
R
c
RF
2R
2R
2R
2R
R
I1
I2
I3
I4
S1
S2
S3
S4
B1
B2
B3
－
B4
I
1
0
1
0
＋
uD
I1
UR 2R
I2
UR 4R
I3
UR 8R
I4
• 基本通用的微机主系统。 • 接点状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。
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5 2020/5/19
微机保护硬件组成
数据采集系统
BUS CPU主系统
开关量系统
TV
电压形成
TA
模
二
数
次
变
侧
换
来
电压形成
电源部分
(c)
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反充电 充
电
Uin
R1
R2
C + A1
+ A2
Ua
0
t1
t2
t
t
Uo
0
S
脉冲发生器
T0
t
Uo(f)
T
-uR
计数器
定时器
数据输出
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。
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26 2020/5/19
根据反充电与充电电荷平衡原理：
• EEPROM－用于存放保护定值， 也可采用FLASH来存放。
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7 2020/5/19
3.2 数据采集系统
基于逐次逼近型A/D转换的采集系统 基于电压/频率变换（VFC）原理进行A/D变换
的采集系统
• 前者包括：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
微机保护基础知识
8 2020/5/19
逐次逼近A/D转换方式
电压变换、 屏蔽和隔离
TV TA
电压形成
二
次
侧
电压形成
来
保证数据的 同时性
ALF
S/H
ALF
S/H
滤除高频，降 低采样频率
逐次逼近原理
已知某物品价格在0-64元间（31元），猜一猜 该物品价格（精确到1元）。
第1次 32
高
第2次 16
低
第3次 24 第4次 28 第5次 30 第6次 31
低 低 低 结束
64是基准值； 最多6次，26＝64； 精度64/26 ＝1元。
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21 2020/5/19
ADC的基本原理
逐次逼近ADC原理
每周期采样N=24点或12点。
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（3）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。