中压配电网微机线路保护原理分析程序设计毕业论文.doc

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1、 毕 业 设 计 论 文题 目：中压配电网微机线路保护原理分析程序设计 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导老师： 刘娜 完成时间： 2013.5.29 摘要本次毕业设计以10KV馈线为例，介绍了中压配电网线路的微机保护，并进行了相关的原理分析和程序设计。同时根据继电保护的配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保护。设计分为五个章节。第一章为设计的基础，主要介绍了微机保护的形成、发展、装置特点及与传统继电保护装置的对比；第二章为微机保护的硬件结构分析，包括数据采集系统、开关量等，并对微型机主系统进行了简要的介绍；第三章为微机保

2、护的算法分析；第四章是保护方案的选择（电流保护，自动重合闸），包括整定计算及灵敏性校验；第五章是流程图及程序设计，程序的优化等。关键词：中压配电网、电流保护、微机保护、算法、程序设计 AbstractThe graduation design with 10 kv feeder as an example, introduces the microcomputer of medium voltage distribution network line protection, and has carried on the related theory analysis and program d

3、esign. According to the principle of the relay protection configuration at the same time, the choice of protection setting and sensitivity check, determine the scheme of protection.Design is divided into five chapters. First chapter for the design of foundation, mainly introduces the formation and d

4、evelopment of microcomputer protection, and device characteristics and with the contrast of traditional relay protection device; Chapter 2 as the hardware structure of the microcomputer protection analysis, including the amount of data acquisition system, switch, etc., and the miniature machine Lord

5、 system was briefly introduced; The third chapter for the microcomputer protection algorithm analysis; The fourth chapter is to protect the scheme (current protection, automatic reclosing), including setting calculation and sensitivity calibration; Chapter v is the flow chart and program design, pro

6、gram optimization, etc.Keywords: medium voltage distribution network, current protection，microcomputer protection, algorithm,program designing目录 摘要IAbstractII目录III1.绪论11.1微机保护的概述11.2微机保护与传统继电保护的对比分析21.3微机继电保护装置特点31.4研究本课题的意义42.微机保护的硬件结构分析52.1硬件结构概述52.2数据采集系统（模拟量输入系统）62.2.1电压形成回路62.2.2采样保持电路和滤波器82.2.

7、3模拟量多路转换开关（MPX）92.2.4模数转换器102.2.5 VFC数据采集系统112.3微型机主系统132.4开关量（或数字量）输入/输出系统142.4.1光电耦合器142.4.2开关量输入回路152.4.3开关量输出回路153.微机保护的算法分析173.1算法的概念及分类173.2算法的评价指标173.3采样算法介绍183.3.1两点乘积算法183.3.2突变量电流算法183.3.3傅里叶级数算法203.3.4 RL模型算法213.4算法的选择224.中压配电网线路电流保护的整定及自动重合闸234.1整定方案234.2相间短路的电流保护234.2.1电流速断保护234.2.2限时电流

8、速断保护264.2.3定时限过电流保护284.3自动重合闸314.3.1自动重合闸的概念314.3.2对自动重合重闸的基本要求314.3.3三相一次重合闸314.4单相接地的零序保护325.电流保护的程序设计335.1程序流程的概念及基本结构335.2中断的概念及作用345.2.1中断的概念345.2.2中断的作用345.3电流保护流程图355.3.1系统程序流程365.3.2中断服务程序的流程375.3.3系统程序和中断服务程序的关系385.4提高电流保护的灵敏度395.4.1提高电流保护的灵敏度的方法395.4.2提高电流保护的灵敏度的程序415.5中断服务程序425.6启动元件445.6

9、.1电流突变量和相电流稳态量445.6.2突变量及稳态量启动子程序45总结48参考文献49致谢50附录511.绪论1.1微机保护的概述计算机技术的飞速发展，给科学技术、生产和生活方式带来了巨大的变化，在继电保护领域也不例外，微机保护正是随着计算机技术的发展逐步发展起来的。继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。早在1965年，英国剑桥大学的P.G.Mclamr及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想，并发表Sampling Technique applied to derivation Letter的文章。1967年澳大利亚新南威

10、尔士大学的L.F.Morrison预测了输电线路计算机控制的前景2。1969年美国西屋公司与GE公司合作研制成功一套输电线路的计算机保护装置。这是世界上第一套比较完整的用于现场的计算机保护装置，它具备了计算机保护的基本组成部分。但由于当时微型机尚未出现，因此该保护装置是由一台小型计算机实现的。在整个70年代，各国的专家学者围绕算法理论作了大量的工作，为计算机继电保护的发展奠定了比较完整和牢固的基础。经过80年代的继续努力，现在计算机保护的算法己比较完善和成熟。到70年代末期，出现了一批功能足够强的微型机，价格也大幅度降低，具备了用一台微型机来完成一个电气设备保护功能的条件。同时还可以设置多重化

11、的硬件，用几台微型机互为备用构成一个电气设备的保护装置，从而大大提高了可靠性。由于微机保护具有优良的动作特性，它的发展非常迅速，应用也十分广泛。在高压输电线路保护上使用微机保护装置，已经成为目前的一种标准保护配置方案。其他元件微机保护的发展也非常迅速，应用领域也在不断扩大。微机保护不但能够实现传统保护无法实现的更为复杂和优良的保护性能，而且运行维护更为简单，更重要的是其动作可靠性大大优于传统保护。由于计算机技术的不断发展，微机保护的性能价格比也在不断提高。目前，微机保护除了在高压、超高压电网中广泛使用外，也广泛应用于中低压输配电网络中。在我国，计算机继电保护技术的研究和开发起步比较晚，比先进国

12、家大约延后10年，但进展却很快。国内自1979年开始微机继电保护的研究工作，首先在各高校和一些科研单位开展了微机保护的研究工作，1984年4月，华北电力大学研究的以MC6809CPU构成的MDP-1型微机线路保护装置在河北某电厂投入运行，这是我国研究成功的第一套微机线路保护装置。我国微机保护的发展从硬件上看大体可分为三个阶段： 以单CPU的8位微处理器构成的微机保护装置。 以多个8位单片机组成的多微机系统。 以16位单片机组成的多微机系统。由于我国继电保护工作者的努力，到目前为止，计算机继电保护特别是输电线路的微机保护己达到了大量采用的程度。输电线路的微机保护从用于500kV系统的保护装置到用

13、于10kV线路的微机保护装置均有相应得产品，近年来，发电机、变压器以及大型发电机变压器组和母线的微机保护也相继研究成功，己投入使用。据2001年全国电力系统继电保护动作情况的统计数据，2001年我国220kV以上电网的继电保护动的正确动作率达到99.13%，元件保护的正确动作率达到了9.03%。这些成果无疑与微机保护的成功应用分不开。1.2微机保护与传统继电保护的对比分析电力系统继电保护的基本任务是：自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。为此，首

14、先要取得与被保护电气设备有关的信息，根据这些信息，按不同的原理，进行综合和逻辑判断，最后做出抉择，并付诸执行。所以，继电保护的基本结构大致上可以分为三部分：信息获取与初步加工；信息的综合、分析与逻辑加工、决断；决断结果的执行。信息要通过电压、电流传送，有时还通过一些开关量传递。早期，在机电型继电器中，电流电压直接加到继电器的测量机构，变换成机械力，然后在机械力的层次上进行比较判别，中间并不需设置其他的变换、隔离等环节。随着电子技术的引入，为了适应电子器件的弱信号的要求，在电流互感器、电压互感器与电子电路之间要求设置一些传变环节。通常使用所谓的电流变换器、电压变换器以及电抗变换器等等。在晶体管型

15、继电保护、整流型继电保护以及集成电路型继电保护中都采用类似的变换环节，其间并没有本质的差别，这些环节，可以称为“信息预处理”环节。由于计算机是数字电路，其工作电平比集成电路的工作电平还低，因此，计算机继电保护同样也需要设置信息预处理环节，需要隔离屏蔽、变换电平等等处理。在这个问题上计算机保护与原来的模拟式保护是一致的。换言之，在这个问题上，模拟式保护的一些经验也是适用于计算机保护的。继电保护的主要任务是操作、控制与被保护电气设备有关的断路器，使发生故障的电气设备迅速与电力系统分隔离开来，最大限度地减轻故障对电力系统的影响，减轻故障设备的损坏程度。这种操作是通过控制跳闸线圈实现的，也就是给线圈通

16、入电流实现的。电流可以由接点控制，也可以由无接点的半导体器件控制。出于可靠性的考虑，目前基本上仍是采用有接点的小型中间继电器，组成必要的出口逻辑。这个方面计算机继电保护与传统继电保护也是基本一致的。微机继电保护与传统继电保护的根本区别是在中间部分，即信息的综合、分析与逻辑加工、判断环节。区别主要是在于实现上述功能的手段不同。传统继电保护是靠模拟电路（或继电器元件）的构成来实现的，即用模拟电路实现各种电量的加、减、乘、除和延时与逻辑组合需求。而计算机保护，即数字式继电保护却是用数字技术进行数值（包括逻辑）运算来实现上述功能的。计算机上的数字和逻辑运算是通过软件进行的，即这些运算要通过预先按一定的

17、规则（语言）制定的计算程序进行的。这是与模拟式继电保护截然不同的工作模式。也就是说，微机继电保护是由“硬件”和“软件”两部分组成的，硬件是实现继电保护功能的基础，而继电保护原理是直接由软件，即由计算机程序实现的，程序的不同可以实现不同的原理，程序的好坏、正确与错误都直接影响继电保护性能的优劣、正确或错误。因此，微机保护的实质就是以微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的具有继电保护功能的自动化安全装置。1.3微机继电保护装置特点微机保护主要有以下特点：（1）性能稳定、可靠性高。机械型继电器的运动机构可能失灵，触点可能接触不良，模拟式静态继电器的元器件可能有故障，而微机保护中的功能是由软件实现的

18、，没有上述缺陷。批量生产的保护装置程序相同，各功能的特性一致，不受温度等条件的影响，所以性能稳定。而且微机保护装置在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动。另外它还有自诊断能力，能够自动监测出本身软硬件的异常并报警，因而大大提高了装置的可靠性。（2）逻辑判断清楚、正确。机械型保护由触点构成逻辑回路，模拟式静态保护由门电路构成逻辑回路，微机继电保护中主要由程序作逻辑判断。前两者逻辑依赖电路实现，不符合人的思维逻辑，而且从硬件上看环节多，易出错，不可靠。而在微机继电保护中功能均由软件完成，程序语句表达的逻辑完全

19、符合人的思维，十分自然简单。一般错误均能在程序调试和动模试验中发现，并得以纠正。所以无论保护如何复杂，许多功能之间的复杂逻辑关系都编制在一个程序之中，都能正确反映设计思想，不会出错，并且程序被正确地复制到成批生产的各套保护装置之中。（3）维护调试方便。由于微机保护装置的硬件结构原理大致相同，各种复杂的功能是通过软件来实现的，所以也可以编制相应的软件来简化调试工作。而且微机保护装置大都具有自诊断功能，一旦发现异常会自动报警，所以只要装置没有报警，就可认为装置是完好的，从而大大减轻运行维护的工作量。（4）灵活性大。由于微机保护装置的特性主要由软件决定，因此只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，所

20、以能灵活地适应电力系统运行方式的变化。（5）易于获得附加功能。应用微处理器后，如果配置打印机，或者其它显示设备，就可以在系统发生故障后提供多种信息。（6）保护性能得到很好改善。由于微机的应用，使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题可找到新的解决方法。 当然，与传统的模拟式保护相比，微机保护也存在不少缺点，如：与传统的保护有根本性的背离；对硬件和软件都要求高度可靠；硬件很快变成过时等。1.4研究本课题的意义中压配电网（KV）是电力系统的一部分，是企业供电的重要组成部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部

21、门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范。中压配电系统中包含着一次系统和二次系统。一次系统比较简单、更为直观，在考虑和设置上较为容易，而二次系统相对较为复杂，并且包括了大量的继电保护装置、自动装置和二次回路。所谓继电保护装置就是在供电系统中用来对一次系统进行监视、测量、控制和保护，由继电器来组成的一套专门的自动装置。为了确保10kV供电系统的正常运行，必须正确合理地设置继电保护装置。2.微机保护的硬件结构分析2.1硬件结构概述微机保护的硬件一般包括三大部分：数据采集系统（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(MPX)以及模数转换(A/D)等功能块，完成将模拟

22、输入量准确地转换为微型机能够识别的数字量。微型机主系统。微型机主系统包括微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存内存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行接口以及串行接口等。微型机执行编制好的程序，对输入至RAM区的原始数据进行分析、处理，完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能。开关量输入/输出系统。开关量输入/输出系统由微型机的并行接口（PIA或PIO）、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号、外部触点输入、人机对话及通信等功能。 图2.1 微机保护硬件结构示意框图目前，随着集成电路技术的不断发展，已有许多单一芯片将微处理器、只读存储器

23、、随机存取存储器、时钟、模数转换器（A/D）、并行接口、闪存单元（FLASH）、DSP、通信接口等多种功能集成与一个芯片内，构成了功能齐全的单片机微型机系统，为微机保护的硬件设计提供了更多选择。此外，还出现了芯片对外连线没有了任何数据总线、地址总线和控制总线的微型机，实现了“总线不出芯片”的设计，有利于与提高微机保护设备的可靠性和抗干扰能力。2.2数据采集系统（模拟量输入系统）模拟量输入电路的结构框图如图2-2所示。主要包括电压形成回路、采样保持电路和滤波器、模拟量多路转换开关及模数转换器等部分。下面分别叙述这几个部分的工作原理及作用。图2.2 模拟量输入电路结构框图2.2.1电压形成回路继电

24、保护动作与否的判据来自被保护的电力线路或设备上的电气参数，例如电流、电压等，这些原始模拟量的数值一般都非常大，其数量级可能为千伏或千安级等。为了保障设备安全和人身安全，需要降低和变换原始模拟量数值。在微机保护中，通常根据模数转换器输入范围的要求，将输入信号变换为5V或10V范围内的电压信号，因此，一般采用中间变换器来实现以上变换。交流电压信号可以采用电压变换器；而将交流电流信号变换为成比例的电压信号，可以采用电抗变换器或电流变换器，两者各有优缺点。输入电压的电压形成回路，即通过电压变换器实现。输入电流的电压形成回路（有以下2种方法实现）1）电抗变换器。电抗变换器具有阻止直流、放大高频分量的作用

25、，因此当一次流过非正弦电流时，其二次电压波形将发生严重的畸变，这是不希望的。电抗变换器的优点是线性范围较大，铁芯不易饱和，有移相作用；另外，其抑制非周期分量的作用在某些应用中也可能成为优点。2）电流变换器。电流变换器的最大优点是，只要铁芯不饱和，则其二次电流及并联电阻上的二次电压的波形可基本保持与一次电流波形相同且同相，即它的传变可使原信息不失真。这点对微机保护是很重要的，因为只有在这种条件下作精确地运算或定量分析才是有意义的。至于移相、提取某一分量或抑制某些分量等，在微机保护中，根据需要可容易地通过软件实现。电流变换器的缺点是，在非周期分量的作用下容易饱和，线性度较差，动态范围也较小。在微机

26、保护中，一般采用电流变换器将电流信号变换为电压信号。采用电流变换器的连接方式如图2-3所示。其中Z为模拟低通滤波器及A/D输入端等回路构成的综合阻抗，数值很大；而R为电流变换器二次侧的并联电阻，数值远小于Z（RZ）。故由图2-3可得 u=Ri=R 式（2.1） 图2.3 电流变换器的连接方式电压形成电路除了起电量变换作用外，另一个重要作用是将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机AD转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。在存在共模干扰的情况下的等效电路如图2-4所示，其中C、C为变换器两侧与屏蔽层之间的等效电容;Z为交流传输导线的等效阻抗；Z为设备对地的等效阻抗；Z为接地阻抗。由

27、于Z很小，所以共模信号对变换器二次侧的影响得到了很大的抑制。 （a） （b）图2.4 屏蔽层作用的等效图（a）共模干扰及屏蔽层示意图 （b）屏蔽层作用的等效电路图2.2.2采样保持电路和滤波器采样保持电路的作用及原理为了把连续的模拟信号变成数据处理单元能够使用的数字信号，首先必须把连续时间信号变成离散时间信号。把连续时间信号变成离散时间信号的过程称为采样。采样得到的是每个时刻的瞬时值，这个值还必须经过A/D转换，然后才可以输入数据处理单元。为了使采样值在A/D转换期间保持不变，需要把采样值保持一段时间，这就是采样保持器的作用。采样保持电路（S/H）的工作原理可用下图来说明。（a） （b）图2.

28、5 采样保持电路工作原理图及采样保持过程示意图 （a）采样保持电路工作原理图 （b）采样保持过程示意图滤波器：广义来说是一个装置或系统，用于对输入信号进行某种处理，以达到保留信号中的有用信息而去掉无用成分的目的。电力系统故障初期，电流、电压中可能含有相当高的频率分量（如2 kHz以上）。而目前大多数微机保护原理都是反映50Hz工频分量的。因此，在采样保持前用一个模拟低通滤波器把高频分量过滤掉，防止高频分量混叠到工频来。模拟滤波器：应用无源器件（如电阻R、电感L、电容C）或有源电路（运放）元件组成的一个物理系统。最简单的模拟低通滤波器是RC低通滤波器。图3-5模拟低通滤波电路图2.6 RC低通滤

29、波器数字滤波器：对经过采样和模数转换变成数字量的信号进行某种数学运算，取得信号中的有用信息，而去掉信号中的无用成分。在微机保护中，数字滤波器一般体现成一段程序。 图2.7 数字滤波结构图把数字滤波器看出一个双口网络，就网络的输入、输出来看，其作用和模拟滤波器完全一样。与模拟滤波器比较，数字滤波器的优点：1）特性一致性好。模拟滤波器存在元件特性的差异，而数字滤波器只要保证程序一样，特性也就完全一致。2）不存在由于温度变化、元件老化等因素对滤波器特性影响的问题。3）不存在阻抗匹配的问题。4）灵活性好。只要改变数字滤波器的计算公式或改变某些系数，即可改变滤波器的特性。5）精度高。通过增加计算字长位数

30、，就可提高计算精度。2.2.3模拟量多路转换开关（MPX）多路转换开关是一种电子型的单刀多掷开关，在数据采集系统中，用来将各路S/H中保持的模拟信号分时地接通于A/D转换器的输入端。常用的多路转换开关有8路、16路等，可以接通单端或双端（即差分）信号。多路转换开关的接通和断开由外部控制。如图2.8所示。图2.8 模拟多路转换示意图2.2.4模数转换器模数转换器的一般原理模数转换器（A/D转换器，或简称ADC）是实现计算机控制的关键技术，是将模拟量转变成计算机能够识别的数字量的桥梁。模数转换器是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号。模数转换器把输入的模拟量相对于模拟参考量转化成数字量D输出。数字

31、量D和输入模拟量之间关系式为： 式（2.2） 其中是模拟参考电压，一般，D是小于1的二进制数。数模转换器（DAC或D/A转换器）逐次逼近式模数转换器一般要用到数模转换器，在继电保护测试仪中，也广泛的将D/A数模转换器应用于模拟量输出的控制。数模转换器是把数字量D转变成模拟电压或电流输出。数模转换器的工作过程：通过并行接口向16位D/A转换器试探性送数。每送一次数，微型机通过读取PA0端口的状态判断试送的16位数相对于模拟输入量是偏大还是偏小。如果偏大，则减小试送的16位数，直至找到最相近的二进制数，这个16位二进制数就是A/D转换器的输出结果。试探送数采用逐次逼近的二分搜索法。模数转换器与微型

32、机的接口模数转换器AD7665的模数转换功能必须由微型机执行软件程序来控制，即微型机通过总线控制模数转换器AD7665。模数转换器AD7665与微型机的接口如下图2.9所示。图2.9 AD7665的并行接口示意图微机保护对A/D转换器的主要要求：1）转换位数（分辨率），通常用数字量的位数来表示；2）转换时间（转换频率），A/D转换器进行模数转换的时间,其转换频率为 式（2.3）2.2.5 VFC数据采集系统本设计采用VFC型数据采集系统。用电压频率变换原理(VFC)构成的数据采集系统,具有工作稳定、精度高、抗干扰能力强,同CPU接口简单和调试方便等一系列优点。电压频率转换器VFC（Voltag

33、e Frequency Converter）是另一种实现模数转换功能的器件，图2-10中，电压、电流信号经电压形成回路后，均变成与输入信号成比例的电压量。 信号共享TV、TA二次侧模拟量光电耦合VFC电压形成电压形成光电耦合VFC图2.10 VFC数据采集系统基本框图VFC数据采集系统的工作原理电压频率转换器VFC输出脉冲方波的频率和输入交流模拟电压信号的大小成正比，即: 在一段时间（采样时间）内，对VFC输出的脉冲方波进行计数（即计算上升沿的个数），得到数字量D。则该数字量D和输入模拟信号 之间的关usr(t)系是： 式（2.4）当采样时间很小时，且输入模拟信号中没有高频分量时，可以认为在采

34、样时间内输入模拟电压也不变。则有 式（2.5）以最终输出的数字量D也正比于输入的模拟信号 式（2.6） 输入输出图2.11 VFC内部电路结构示意图图2.12 VFC电路波形图分辨率一般用VFC转换器输出的数字量D的位数来衡量。VFC型数据采集系统的特点1）有低通滤波的作用；2）抗干扰能力强，在VFC数据采集系统的输出端和CPU主系统的计数器之间接入光电耦合器；3）输出数字量D的位数可调；4）与微型机的接口简单；5）可实现多微机共享数据采集；6）易于实现同步采样；7）但不适用于高频采样。2.3微型机主系统本设计采用单片机芯片AT89C51。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储

35、器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机采用的是8051单片机的内核，即AT89C51单片机的内部CPU技术与8051单片机相同，所以都具有一样的指令系统。它与8051单片机的不同在于，AT89C51单片机

36、比8051单片机在片内存储器空间和功能单元方面有所补充。4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，增加了在线编程功能，使程序的修改和调试及其方便，而且编程和校验也更加方便。AT89C51单片机的主要工作特性如下：8051CPU；4KB的快速擦写Flash存储器，用于程序存储，可擦写次数为1000次；256字节的RAM，其中高128字节地址被特殊功能寄存器SFR占用；32根可编程I/O端口线：P0，P1，P2，P3；2个可编程16位定时器，一个可编程的全双工串行通信：3口的第二功能；具有6个中断源，5个中断矢量，两级优先权的中断系统；1个数据指针DPTR；具有“空闲”和“掉电”两种低功耗工作方式；可编

37、程的3级程序锁定位；工作电源的电压为（50.2V）；AT89C51芯片引脚图如图2.13 所示图2.13 AT89C51引脚排列图2.4开关量（或数字量）输入/输出系统2.4.1光电耦合器光电耦合器：把发光器件和光敏器件组合在一起，实现以光信号为媒介的电信号变换。由于发光器件和光敏器件之间相互绝缘，所以可以实现输入和输出两侧电路之间的电气隔离。在微机保护中常用光电耦合器来输入或输出开关量信号。图2.14 光电隔离的几种情况将光电耦合器用于逻辑电平控制时，主要采用了以下两种工作方式： 当发光二极管侧通过的电流较小时，产生的光电流较小，光敏器件侧处于截止状态。 当发光二级观侧通过的电流较大时，产生

38、的光电流较大，光敏器件侧处遇到同状态。这样，通过控制发光二极管侧的电流，就可以实现控制光敏器侧的截止或导通。2.4.2开关量输入回路开关量输入DI（Digital Input）主要用于识别运行方式、运行条件等，以便控制程序的流程图。如重合闸方式、同期方式和定值区号等。微机保护装置的开关量输入可以分为2类：安装在装置面板上的接点；如用于人机对话的键盘上的接点信号。这类信号可以直接接至微型机的并行口。从装置外部经过端子排引入的接点；如保护屏上的各种硬压板、转换开关等。为了抑制干扰，这类接点必须要经过光电耦合器进行电气隔离，然后接至并行口。图2.15 装置面板上的接点与微机接口连接图图2.16 装置

39、外部接点与微机接口连接图 2.4.3开关量输出回路开关量输出DO（Digital output）主要包括保护的跳闸出口、本地和中央信号以及通信接口、打印机接口等。 保护的跳闸出口，本地和中央信号对于保护的跳闸出口、本地和中央信号等，一般都采用并行接口的输出口来控制有接点继电器的方法。为了提高抗干扰能力，也经过一级光电隔离。如图2.17所示。图2.17 装置开关输出回路接线图只要由软件使并行口的PB0输出“0”、PB1输出“1”，便可使与非门H1输出低电平，光敏三极管导通，继电器K被吸合。在初始化和需要继电器K返回时，应使PB0输出“1”、PB1输出“0”。 设置反相器B1及与非门H1而不是将发

40、光二极管直接同并行口连接，一方面是因为并行口带负荷能力有限，不足以使光电耦合器处于深度饱和状态；另一方面因为采用与非门后要满足两个条件才能使K动作，增加了抗干扰能力，也增加了芯片损坏情况下的防误动能力。对于重要的保护跳闸出口信号，为了防止误发信号，还需要增加与非门环节。 通信接口（包括打印机接口）对于通信接口、打印机接口等数字信号，可采取如图2.18所示的连接方法。这里采用光电耦合器，既实现两侧的电气隔离，提高抗干扰能力，又可以实现不同逻辑电平的转换。图2.18 数字信号接口 图中，将设置为输出方式，设置为输入方式。3.微机保护的算法分析3.1算法的概念及分类在微机保护中，需要应用不同的离散运

41、算方法来实现故障量的测量、计算和故障判别。这些不同的离散运算方法就是不同的保护算法。按算法的目标可分有两大类： 根据输入电气量的若干点采样值通过一定的数学式或方程式计算出保护所反应的量值，然后与定值进行比较。 根据动作方程来判断是否在动作区内，而不计算出具体的阻抗值。继电保护按保护对象分有元件保护、线路保护等；按保护原理分有差动保护、距离保护和电压、电流保护等。但是不管哪一类的保护算法，其核心问题归根结底为算出可表征被保护对象运行特点的物理量，如电压、电流等的有效值和相位以及视在阻抗等，或者算出它们的序分量、基波分量、某次谐波分量的大小和相位等。基本上可以说，只要找出任何能够区分正常与短路的特

42、征量，微机保护就可以予以实现。3.2算法的评价指标 1、精度2、速度（1）算法要求的采样点数（数据窗长度）（2）运算工作量。算法的精度和速度总是矛盾的。若要计算精确，则往往要利用更多的采样点和进行更多的计算工作量，这就增加了对硬件的要求。研究算法要把握如何在速度和精度两方面进行权衡。另外，评价算法时还要考虑对数字滤波的要求，因为有些算法本身具有数字滤波的功能，有些算法则需配以数字滤波器一起工作。3.3采样算法介绍3.3.1两点乘积算法假定原始数据为纯正弦量的理想采样两个采样值为和，采样时刻和其相差为 式（3.1） 式（3.2） 式（3.3） 由上推导可得： 式（3.4） 式（3.5）由式(3.2)和式(3.3)可得，只要知道正弦量任意两个电气角度相隔/2的瞬时值，就可以算出该正弦量的有效值和相位。 . 其中，有效值 式（3.6） 相位式（3.7）3.3.2突变量电流算法理论根据是线性系统的叠加原理，对于系统结构不发生变化的线性系统，利用叠加定理可以进行分解 图3.1 短路示意图故障后的测量电流 式（3.8） 故障电流分量 式（3.9） 正常运行的负荷电流是周期信号，有 式（3.10）式中 时刻的负荷电流； 比t时刻提前一个周期的负荷电流； 工频信号的周期。 可得故障分量的计算式化为