电力系统微机继电保护

研究生专业课程考试答题册

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西北工业大学研究生院

1.答：微机继电保护装置的硬件一般包括以下三大部分：

（1）数据采集系统 (或称模拟量输入系统)

包括电压形成、模拟滤波、采样保持(S/H)、多路转换、模数转换等功能块。

（2）微型机主系统

主要包括：微处理器(MPU)、存储器、定时器、并行接口和串行接口。 （3）开关量(或数字量)输入/输出系统

主要组成：微型机的并行接口、光电隔离器、有触点的中间继电器。 2.答：分辨率一般用A/D 转换器输出的数字量位数来衡量。VFC 等效的位数取决于两个因素：一是VFC 的最高频率VFC f ；二是采样间隔S T 和积分间隔S NT 的大小。VFC 的最大输出数字量max D 与VFC 最大频率VFC f 之间的关系如下：max VFC

VFC S s

f D f NT N

f == 3.答：A/D 转换器可以认为是一个编码电路。它将输入的模拟量sr U 相对于模拟参考量R U 经编码电路转换成数字量D 输出。一个理想的A/D 转换器，其输出与输入的关系式为sr

R

U D U =

。由于编码电路的位数总是有限的，而实际的模拟量公式sr U /R U 却可能为任意值，因而对连续的模拟量用有限长位数的二进制数表示时，不可避免的要舍去比最低位更小的数，从而引入一定的误差。

A/D 转换是对瞬时值进行变换，而VFC 变换是对输入信号的连续积分，因此，具有低滤波的效果，同时，可以大大抑制噪声。且VFC 变换位数可调，只要调整积分间隔S NT 即可；与微型机接口简单；易于实现同时采样；但不适合高频信号的采集。

4.解：

T=5/3ms , f=1/T=600Hz

1()1 , ()1 , 2/jw jw s H z z H e e w f f π--=+=+=

W=0时，即为直流分量时，0

()1()2jw j H e H e =+=

f=300Hz 时,

2*300/600 ()10

jw j w H e e πππ-===+=

所以可以滤除300Hz 的信号分量，但不能滤除直流分量。 5. 解：

（1）1()()(1)y n x n x n =-- 2

121126826232221343()1()()(6)()(2)(6)(8)()1(1)(1)()()(1)(2)

=()(1)(3)(4)(6)(7)(9)(10)()1H z z y n y n y n x n x n x n x n H z z z z z z y n y n y n y n x n x n x n x n x n x n x n x n H z z z z ---------=-=--=----+-=--+=--=+-+-+---------+-+-=+--6791013633334(1)(1)(1)()()(1)(2)(3)

=()2(1)2(2)(3)(4)2(5)3(6) 3(7)2(8)(9)(10)2(11)2(12)(13)()(1z z z z z z z y n y n y n y n y n x n x n x n x n x n x n x n x n x n x n x n x n x n x n H z ---------++=+--=+-+-+-+-+-+-------------+-+-+-+-=12236132223263

1234)(1)(1)(1)

()()()()()(1)(1)(1)(1)(1)z z z z H z H z H z H z H z z z z z z ---------++--==++---可画幅频特性如下：

（2）135/321.67S KT ms τ==⨯= 11311

4d W k =+=+= 6. 解：

1/600s s f T Hz ==

32 1230,2, 232

s s f f w w w f f π

ππ

π===== 所以滤除直流分量的滤波器的传递函数为

()111H z z -=-

滤除100Hz 的信号分量的滤波器的传递函数为

12122()12cos

13

H z z z z z π

----=-∙+=-+

滤除150Hz 的信号分量的滤波器的传递函数为

1222()12cos

12

H z z z z π

---=-∙+=+

所以设计此数字滤波器的脉冲传递函数为

1122123()()()()(1)(1)(1)H z H z H z H z z z z z ----==--++

7. 解：

（1）12/1/500.02T w s π====20ms 由以下采样图可得采样值：

（2）根据以上取值，取第一点和第四值（相差/2π角度）的进行计算：则u1=21.1325V , u2=78.8675V

i1=0A , i2=7.0711A

则

222

121

122 t g /0.

2679U U u u u u α=+== 222121122 tg /0I I i i i i α=+==

得电压幅值 U=57.735V

电流幅值 I=5A

相位差为1110.2679015U I tg ααα-=-=-=︒ 有功功率为cos15278.84P UI W =︒= 无功功率为sin1574.71var Q UI =︒= 电阻阻值 1122

22

1211.1535u i u i R i i +=

=Ω+

电抗值 1221

22

12

2.9886u i u i X i i +=

=Ω+ 8. 基于DSP 的微机继电保护装置的数据采集系统设计： 1.数据采集系统设计方案

微机继电保护装置的数据采集系统是由二次互感器、滤波器、放大器、AD 转换器、计算机及外设等部分组成。由于电力系统电压很高，如果直接把系统接入，肯定会烧毁芯片，所以在一次回路将高电压电流变换为低电压（100V 或100/√3V)、低电流（5A 或1A),再通过二次回路，即数据采集系统的互感器将二次变换输出的电压电流变换成系统芯片能够接受的范围。为了抑制高频信号，信号经过二次互感器，需要对信号进行低通滤波。为了使信号扰动、噪声减小，需要对信号隔离处理。处理的信号经过A/D 转换后输出数字信号，经过电平转换输入计算机，进行数据处理。系统基本组成框图如图1所示。