电力系统继电保护微机保护基础

采样波形图
三、模/数（A/D）转换器
A/D转换器是微机继电保护中的重要元件。 A/D转换器的具体电路很多，在实际装置中考 虑的因素也很复杂，作为基本原理，这里分别 介绍微机继电保护中用得较多的逐次逼近式 ADC、双斜坡ADC和压频变换VFC(逐次逼近式 ADC、双斜坡ADC为选学内容)。
3. 电压—频率模/数转换器（VFC）
装置外部引入的触点应经光电隔离
第二节 微机继电保护的基本算法 与数字滤波
一、 微机继电保护的基本算法 算法是微机继电保护的数学模型，
是微机继电保护工作原理的数学表达式，是 编制微机继电保护计算程序的依据。
1.采样及微分法 设电压和电流分别为 ：
u Umsint （1） i Imsin(t ) （2）
输入模拟信号的电平变换主要由各种电压、 电流变换器来实现。
二、采样、采样定理及采样保持器 采样 — 周期性的抽取或测量连续信号。 采样定理 —为了能根据采样信号完全重现 原来的信号。采样频率fs必须大于输入连续信 号最高频率的2倍。 即：
fs 2fmax
采样周期： T=1/ fs
采样频率fs在240Hz到2000Hz之间。
N/2
S uk
k1
12N()Um
式中 S——半周内N/2个采样值的总和； uk——第k个采样值； N——工频周采样次数； α——第一个采样值的初相角。
3.傅氏算法
u(t) U 0 (U nc R o n ts U nsj in nt) n 1
U nR
2 N
N
u(k) cosk
k 0
2
N
Unj
在微机自动装置中广泛应用低通滤波器， 其接线非常简单。如图所示。滤波的时间也 短，约为3ms。
加、减法数字滤波器
基波数字滤波器。只要完成下列算式，就 可将幅值不变的基波滤除掉。
u u k u k 6 U m si n U m si n 1 ( ) 80
U m (s i n sin )0
Um
u2
u2
2
（4）
式中 u —任一时刻电压的采样值； uˊ—采样值u的微分。
如图所示，uk为当前采样值。
图中：uk-1为tk-1时刻的采样值；uk+1为tk+1时刻的采样值，则
Um u2k(uk21 T uk1)2/2 （5）
2.半周积分算法
S 0 T /2U m sitn d U t m co t0 T /2 s 2 U m T U m
基本原理：将被转换的电压变换为与之成 正比的脉冲频率，然后在固定的时间间隔内 对具有此频率的脉冲进行计数。频率的大小 代表输入电压的高低。
电压—频率模/数转换器
四、量化与编码
模/数转换器输出的数字信号代码，在 转换过程中同时要完成量化和编码。量化 就是将离散的采样信号瞬时值与A/D转换 器中基准电压的分层进行比较，并按四舍 五入的原则用幅度不连续的电平表示输入 信号的相对幅值。
以电压为例，在式（1）中，Um是正弦电 压的幅值，在这里是待定的未知量，u是t时刻 的采样值，是已知量。因为采样不与正弦波同 步，所以ωt也是未知量。
显然，一个方程式无法解出两个未知数。为此， 必须再找一个方程式与式（1）联立求解。 对式（1）微分可得
uddutUmcost（3）
由式（1）和式（3）可求出
（6）
不难分析式（6）同时可滤去3次和5次谐波。对3次谐波有
u百度文库uk.3uk.36
Um.3si3 nUmsi3 n(18)0 U.m 3(si3 nsi3 n)0
谢谢 !
谢谢
预处理首先经变换器变为适合于装 置所要求的电压，再由输入滤波器滤 去直流分量、低次及高次谐波分量和 各种干扰信号，进入模/数（A/D）转 换器变换成数字量，微处理机即对输 入的数字量进行运算和判别，然后决 定装置是否动作。微机型继电保护装 置的硬件原理框图如图1-1所示.
TA
LB TV
模拟滤波
2 N u(k) sin k 2
N k0
N
4.均方根算法
U= 1 N
N
u
2 i
i 1
I=
1 N
N
i
2 i
i1
式中 N——每个周期采样点数； ——第i点电压采样值；
u i ——第i点电流采样值。
ii
二、 数字滤波
滤波的方式有两种，一种为模拟滤波，一 种为数字滤波。模拟滤波器要硬件构成，且 滤波用时比数字滤波长。所以在微机自动装 置中只有满足不了采样定理的高次谐波才采 用模拟滤波器滤波。如工频周采样12次，则 采样频率为，而采样定理要求，所以6次及以 上次数的谐波只能靠模拟滤波器来滤除。
YB
A D CPU
A D
图1—1
微机继电保护工作流程图
一、输入模拟信号的电平变换
输入模拟信号电平变换环节，通常位于前 置模拟通道之前，它是数字保护装置信号输 入的第一环节。该环节的作用有两个：一是 使输入信号与微机模入通道电平相匹配；二 是实现装置内部的电隔离，即不使系统二次 侧设备与微机继电保护之间存在电的联系， 以提高抗干抗能力。