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1、2023/1/16,主要内容,5.1 微机保护软件概述,5.2 微机保护装置的软件配置,5.3 程序流程的基本结构,5.4 电流保护流程图,5.1 微机保护软件概述,(1)一套完整的微机继电保护装置实现需要选择合理的继电保护原理、数字滤波和算法，设计可靠的硬件电路等等。而微机继电保护软件的开发过程是对继电保护的原理、数字滤波以及算法的实现过程。(2)不论什么原理和功能的保护，微机保护装置的硬件原理基本相同，主要由数据采集系统、微型机主系统和开关量输入/输出回路组成。,(3)微机继电保护软件开发完成由需求分析、功能定义、软件设计、软件代码编写和测试、整机测试五个阶段组成。,5.2 微机保护装置的
2、软件配置,微机保护的硬件从结构功能的角度 接口软件 其软件相应的有 保护软件,1.接口软件,接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。,5.2.1软件设置,人机接口,保护,5.2 微机保护装置的软件配置,2.保护软件,（2）中断服务程序有定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。,（3）保护软件有三种工作状态：运行、调试和不对应状态。,5.2 微机保护装置的软件配置,3.中断服务程序及微机保护的中断,绝大多数的工控计算机应用软件都采用了中断技术，微机保护装置是实时性要求较强的工控计算机设备，更是离不开中断的工作方式。所谓实时性就是指在限定的时间内，对外来事件能够及时做
3、出迅速反应的特性。,保护装置为了满足实时性的要求，必须采用带层次要求的中断工作方式，在这里中断成为保护装置软件的一个重要概念。,总之，由于外事件是随机产生的，凡需要CPU立即响应并及时处理的事件，必须用中断的方式实现。,5.2 微机保护装置的软件配置,一种微机保护的主程序流程如图5-1所示。自检循环程序（1）主程序 故障处理程序,5.2.2 主程序流程,5.2 微机保护装置的软件配置,（2）初始化自检就是对系统硬件进行全面自检。通过自检，可以迅速发现保护装置的软、硬件故障，发出警告信号并闭锁保护出口。自检的内容和方式包括：,（1）RAM读写检查。,（2）定值检查。,（3）EPROM求和自检。,
4、（4）输出通道（出口跳闸回路）自检。,5.2 微机保护装置的软件配置,（1）运行状态自检包括保护定值监测、开关位置监测（线路微机保护还包含重合闸充电、通道检查、手动合闸判别等）和交流电流、电压回路监测等。,（2）在自检循环程序中，如果检测到故障启动标志，则进入故障处理程序。,（3）保护的算法计算是完成微机保护功能的核心模块。其主要内容有：采样数据的数字滤波、故障特征量计算、保护的动作判据计算等。,5.2 微机保护装置的软件配置,（1）在自检循环程序中，需要响应采样中断，执行采样中断程序。,5.2.3采样中断程序,（2）采样中断程序中主要进行功能,模拟量采集,启动判据的计算,5.3 程序流程的基
5、本结构,在微机保护中，定时中断通常是最主要的中断方式，下面仅以定时中断服务程序为例，介绍三种典型的流程机构。,1.顺序结构,在图5-3（a）所示的一次中断服务流程中，将功能1，2，完全按顺序执行一遍。当微型机的运行速度较快，在结合DSP技术后，完全可以采取顺序结构的方法来实现继电保护的功能。,5.3 程序流程的基本结构,采用图5-3（b）所示的分时切换的方法，每一次的中断流程只执行1，2，功能模块中的一个功能。,这种方法的采样间隔时间小于顺序结构的采样间隔。如图6-3（b）,3 混合结构,图5-3（c）所示的混合结构方法介于顺序结构和切换结构之间，突出了1功能的实时执行，而2，的个功能采用分时
6、切换执行的方法。仅就中断流程的执行时间来说，具体的采样间,2 切换结构,5.3 程序流程的基本结构,（1）顺序法（2）切换法（3）混合法,5.4 电流保护流程图,1.系统主程序流程,在微机电流保护中，一种电流保护的流程如图5-4所示。图中只画出了系统主程序流程和定时中断服务流程。,5.4.1电流保护流程,（1）初始化过程,从图5-4（a）可见，该模块主要完成如下工作：,其次，是读取所有开关量输入的状态。还有，要对装置的软硬件进行一次全面的自检。,首先，对硬件电路所设计的可编程并行接。,5.4 电流保护流程图,5.4 电流保护流程图,（2）主程序的其它过程,初始化和全面自检 开放中断 数据采集系
7、统投入 注意：只要微机保护不退出工作、装置无异常状况，就要不断地发出采样脉冲，实时地监视和获取电力系统的采样信号。,（3）主程序与中断服务程序的关系,在开中断后，微型机实际上是交替地执行系统主程序和中断服务程序的，两个程序流程的时序关系如图5-5所示。,5.4 电流保护流程图,2.中断服务流程,中断服务程序流程示于图5-4（b）。为了使流程和逻辑更清晰，图中只画了电流元件和时间元件的工作流程。这是电流保护功能的主体，主要包括以下功能：,5.4 电流保护流程图,（1）将各模拟输入量的信号转换成数字量的采样值，然后存入RAM区的循环寄存器中。（2）时钟计时功能。（3）计算保护功能中用到的测量值。（
8、4）测量电流与段电流定值进行比较如果测量电流大于段定值，则立即控制出口回路，发出跳闸命令和动作信号，同时保存段动作信息，用于记录、显示、查询和上传。,（5）在电流段的功能之后，执行电流II段的功能。,（6）电流III段的功能、逻辑和比较过程均与电流II段相似，注意考虑了第三相电流的合成。（7）当I、II、III段的电流测量元件都不动作时，再控制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到收回跳闸命令的目的。,5.4 电流保护流程图,5.4.1软件实现方向元件,在双电源供电的系统中，为了提高供电的可靠性，保证继电保护的选择性通常需要配置方向元件，用以区分短路的方向。当保护功能需要采用方向元件时，
9、只要在图5-4的流程中，考虑方向元件的判断就可以实现相应的逻辑。,按接线方式的要求，计算出进行方向比较的两个电气量的相量和。,5.4 电流保护流程图,在微机中，相量 和 的实部、虚部均为数字量，所以，通过式（5-1）的幅值比较方程就可以构成灵敏角 为的方向元件，其动作特性如图5-6所示，动作区域为。,（5-1）,1.方程比较方法,5.4 电流保护流程图,当希望方向元件的动作特性如图5-7所示时，幅值比较动作方程只要改为：,（5-2）,2.虚拟阻抗方法,利用相量 和，求出阻抗,如果取 为动作条件，那么就可以构成灵敏角为 的方向元件，,其动作特性如图5-8所示。动作区域为。,5.4 电流保护流程图
10、,5.4 电流保护流程图,利用微型机的优势和故障的特点，在相同模拟量输入的情况下，考虑电流保护整定值随故障类型的不同而自动调整，从而有效地提高电流保护的灵敏度。,5.4.2 提高电流保护灵敏度的方法,如果将衰减非周期分量和谐波分量的影响用滤波的方法予以消除，那么，对于只引入A、C相电流的不完全星形接线，从A、C两相电流来看，三相短路和两相短路有如下特征：,5.4 电流保护流程图,(1)三相短路时，三相电流是对称的。于是，由引入的A、C两相电流可得,(5-3),(2)两相短路时，两个故障相的故障电流分量大小相等、方向相反，非故障相的故障电流分量等于0。,5.4 电流保护流程图,于是，在各种相别的
11、两相短路情况下，测量的故障电流和计算电流具有如表5-1所示特征。显然，在三相的测量和计算电流中，有 和。,表 5-1 各相间短路的故障电流分量,5.4 电流保护流程图,于是，综合上述（1）和（2）得分析后，可以得到鉴别同一电压等级上。发生两相短路的一种故障分量判别方法为：,(5-4),式中，K为大于2的比例系数，避开第（3）种情况的影响。实际应用中，考虑到互感器的传变误差、测量和计算误差，并考虑一定的裕度，可以取K值为45。,5.4 电流保护流程图,于是，当 时，判定为两相短路；当 时，判定为三相短路。在相同运行方式下，同一地点分别发生三相和两相短路时，二者的短路电流关系为：。于是，可以构成图
12、5-10的流程，提高了电流保护的灵敏度。图中只画出了电流速断逻辑的流程示意图。图5-10中是按照最大运行方式和三相短路情况下，计算出来的电流速断整定值，此时，灵敏度只要按照最小运行方式下三相短路来校验。下面，分析灵敏度得到提高的程度。,5.4 电流保护流程图,传统电流速断的最小保护范围为,(5-5),5.4 电流保护流程图,采用区分故障类型、自动调整电流定值的方法后，电流速断的最小保护范围为,(5-6),于是，电流速断的灵敏度得到提高的百分比为,5.4 电流保护流程图,(5-7),式（5-6）和（5-7）中，各参数的含义与式（5-5）相同。由式（5-7）可以看出灵敏度增加的百分比至为。取 时，灵敏度增加的百分比至少为。顺便指出，对于引入三相电流构成的电流保护来说，很容易通过故障电流的特征区分出是两相短路还是三相短路，实现提高电流保护灵敏度的目的。,
