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1、第1章 继电保护基础1.5 微机保护概述,目标：掌握微机保护的特点。掌握微机保护的硬件组成及作用。掌握实现继电保护原理的方法，即基本算法与软件组成。,硬件组成 数据采集系统原理基本算法 软件结构,知识点：,掌握硬件、软件的作用，基本原理。用计算机方法实现继电保护，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，要利用微机来实现基本算法。理论联系实践，要既动脑也动手。,学习方法,调试简单、维护方便；微机保护测试仪的应用，缩短了调试时间。可靠性高；有自诊断能力、纠错能力。保护性能更加完善；可以实现复杂继电保护原理，如任意形状阻抗继电器。可以提供更多信息；可以在系统故障后提供
2、多种信息。灵活性大；保护功能由软件决定，硬件通用。,1.5.1 微机保护装置的特点,1.5.2 微机保护硬件部分的构成及作用,数据采集系统（或称模拟量输入系统）微型机主系统（或称CPU主系统）开关量输入/输出回路通信回路电源回路,1.微机保护硬件部分的构成,将交流模拟量转换为CPU能够处理的数字量。基本通用的微机主系统。完成各种保护的出口跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点状态或高低电平的处理。）实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。为整个装置提供直流电源。（开关电源，要强调抗干扰。）,数据采集系统（或称模拟量输入系统）微型机主系统（或称CPU主系统）开关量输入/输出回路通信回路电源
3、回路,数据采集系统,开关量输入输出系统,人机对话,微机保护硬件构成,数据采集系统（或称模拟量输入系统）：将交流模拟量转换为CPU能够处理的数字量。,微型机主系统（或称CPU主系统）：基本通用的微机主系统。,开关量输入/输出回路：完成各种保护的出口 跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点状态或高低电平的处理。）,通信回路：实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。,电源回路：为整个装置提供直流电源。（开关电源）,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,2.数据采集系统,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）
4、、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,电压变换、屏蔽和隔离,滤除高频，降低采样频率,逐次逼近式A/D转换方式,在某一时刻，测量模拟信号的瞬时值，并且在A/D转换期间保持不变。,将各通道的模拟信号分时送入A/D转换器,逐次逼近原理,电压变换、屏蔽和隔离,基于压频变换（VFC）方式,电压转化为频率,对脉冲计数，从而完成对电压的测量,类型：电流变换器（UA）电压变换器（UV）电抗变换器（UR）,（1）电压形成回路,作用：TA、TV二次侧电流电压较大，变化范围也较大，为适应模数转换器的转换
5、要求将交流模拟量变换为适当值，以满足精度要求。屏蔽和隔离，防止TA、TV二次侧过电压损坏保护装置。,基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统,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。,无源电路,特性,（2）模拟低通滤波器ALF,模拟低通滤波器（ALF）的作用：滤除输入信号中fs2以上的频率分量，降低采样频率。,采样：将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号x*(t)。,（3）采样保持（S/H）电路,TS采样周期 fS=
6、1/TS采样频率工频每周期采样点数N为：,T工频周期，20ms f=1/T工频频率，50HZ,保持：为保证各通道采样的同时性，在等待模数转换的过程中，必须保持采样值不变。,（3）采样保持（S/H）电路,粉红色为理想值，红色为实际值。,要求：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；3、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄漏电流要小。,（3）采样保持（S/H）电路,采样电子开关,离散信号怎样才能真实反应被采样的连续信号，若要求不丢失信息，应满足什么条件？,采样频率,问题？,被采样信号x(t)的频率为f0，TS为采样周期，fS为采样频率,混叠,混叠,正
7、确,43,若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满足fs2f0。,采样频率,结论,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fs2fmax。,采用模拟低通ALF的原因：降低采样频率。,限于CPU运算速度，要限制输入信号的最高频率，只需在采样前用一个模拟低通滤波器（ALF），滤除fs2以上的频率分量。,目前绝大多数微机保护的采样周期Ts为 5/6ms或 5/3ms，即采样频率为1200Hz或600Hz。,采样频率,微机保护现状,每周期采样N=24点或12点。,（4）模拟多路转换开关（
8、MPX）,模拟量输入通道公用一个A/D芯片,多路转换开关是电子型的，通道切换受微机控制。,ADC的基本原理,（5）模数转换器（ADC回路）,将输入的离散模拟量u*(t)与基准电压UR进行比较，按照四舍五入的原则，编成二进制代码的数字信号。将数字量D转换成模拟量。,数模转换器,二分法举例,ADC的基本原理,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,第2次,第3次,第4次,第6次,第5次,32,16,24,28,31,30,高,低,低,低,结束,低,64是基准值；最多6次，2664；精度64/26 1元。,逐次逼近ADC原理,ADC的基本原理,参考电压UR，
9、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,第2次,第N次,10000,01000,01101,高，1改0,低，1保持,结束,第3次,01100,低,模数转换器的位数越多即N值越大，则模数转换器分辨率与转换的精度越高。,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。,DAC数模转换原理,可见，输出模拟电压正比于输入的数字量D。,模数转换器回路逻辑,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。,查询方式,数据采集系统与微机接口,靠CPU查询AD转换是否结束AD转换结束向CPU发出中断请求AD转换结果直接存入内存,中断
10、方式,DMA,微处理器CPU存储器并行口串行口定时/计数器等,3.微型机主系统,存储器包括：EPROM用于存放保护程序，即软件RAM用于存放运算的中间结果。EEPROM用于存放保护定值，也可采用FLASH来存放。,微型机主系统：CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的数据进行分析处理，并与存放于EEPROM中的定值进行比较，以完成各种保护功能。,开关量输入回路,4.开关量输入输出回路,电平接点直接接入并行口外部接点要采取抗干扰措施，如光耦的隔离,开关量输出回路,电平接点并行口直接输出外部接点要采取抗干扰措施，如光耦隔离、防止误输出,5.通信接口,通信回路：实现保护之
11、间的通信及远动，便于实现综合自动化。,6.电源,电源回路：为整个装置提供直流电源。,1.5.3 微机保护软件部分的构成,构成：监控程序、运行程序。监控程序包括对人机接口键盘命令处理程序及为插件调试、整定设置显示等配置的程序。运行程序就是指保护装置在运行状态下所需执行的程序。,a）主程序。包括初始化，全面自检、开放及等待中断等；b）中断服务程序。通常有采样中断、串行口中断等。前者包括数据采集与处理、保护起动判定等，后者完成保护CPU与保护管理CPU之间的数据传送。例如，保护的远方整定、复归、校对时间或保护动作信息的上传等。c）故障处理程序。在保护起动后才投入，用以进行保护特性计算、判定故障性质等
12、。,微机保护运行程序一般可分为三部分。,（1）主程序,主程序框图,（2）采样中断服务程序 采样中断服务程序示于图，主要内容有：l）数据采样及存储；2）电流差突变量起动元件；3）电压、电流求和自检。,采样中断服务程序,在进入中断服务程序后，首先关闭其他中断是为了在采样期间不被其他中断打断。在中断返回前则应开中断。电压、电流求和自检用下式实现。若：如果延时60ms后上式一直满足，则置起动标志QDB=1，程序中断返回时转至故障处理程序。,（3）故障处理程序,故障处理程序（部分）,1.5.4 微机保护的算法,微机保护的算法：微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据，进行分析、运算和判断，以
13、实现各种继电保护功能的方法。,评价指标：计算精度响应时间运算量,算法的种类：,1.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。2.不计算出具体的量值，根据动作方程进行判别，确定是否在动作区内。,小 结,微机保护的硬件构成及作用。理解数据采集系统的构成及原理模拟量转化为数字量的方法。微机保护的软件构成。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
