毕 业 设 计 [论 文]
题目 :110kV输电线路微型机
零序电流保护原理分析与程序设计
系 别: 专 业: 姓 名: 学 号: 指导教师:
河南城建学院
2012年 5 月 20 日
xxxx建学院本科毕业设计(论文) 摘要
摘要
随着时代的进步,电力系统的规模在不断扩大,用户对电能质量的要求也在不断提高。因此,对继电保护装置本身的要求也越来越高,微型机继电保护具备了传统保护所没有的优良特性。
110kV输电线路微型机零序电流保护原理分析与程序设计是本次研究的主要内容。主要包括微型机保护的硬件结构分析、微型机保护的软件结构分析、微型机保护的算法和数字滤波器、零序保护及自动重合闸的基本原理与整定计算、零序保护及自动重合闸的流程图和程序设计等。
本设计首先简要介绍了电力系统微型机继电保护的发展、技术构成及其发展方向。其次对硬件、软件的结构做了分析,它的硬件结构核心由P89C51RD和DSP2181组成,CPU完成装置的总启动和人机界面及与外围设备的通信功能,CPU内设总启动元件,启动后开放出口继电器正电源,使得装置具有很高的固有可靠性及安全性。最后本文对装置进行了软件结构设计,对各个模块的功能作了具体介绍
本文研究的110kV输电线路微型机零序电流保护原理分析与程序设计是由微型计算机实现的线路保护装置,用三相一次自动重合闸重合方式,采用后加速方式,适用于110kV的输电线路。
关键词:微型机保护,110kV输电线路,零序电流,重合闸
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xxxxx学院本科毕业设计(论文) ABSTRACT
ABSTRACT
Relay protection device is a reaction equipment of power system fault and unnormal operation condition and action in circuit breaker tripped and signal transmitted.. Moreover, the size of the power system, users in continuous expansion of power quality requirements are constantly improved. Therefore, the requirements of the relay protection device itself more and more is also high.
This article 110 kv transmission lines protection is the theme of zero sequence current protection principle analysis and design program of research. Mainly includes microcomputer protection hardware structure analysis,Microcomputer protection software structure analysis,Zero sequence pilot protection and the basic principle of automatic reclosing and setting calculation,Zero sequence pilot protection and the automatic reclosing flow chart and design program, etc.
This design firstly introduces the microcomputer relay protection of power system development history, present situation and the technical characteristics and development direction. Second on the hardware and software structure are analyzed, and its hardware structure composed by P89C51RD and DSP2181 core CPU complete device, the total startup components and human-computer interface and backend communication function, CPU with total startup components, start export relays are open, making the
device with high power the inherent reliability and safety. This paper also have the software structure of the unit to design, the function of each module of introduced concretely.
This paper developed 110 kv transmission lines of single-chip zero sequence current protection principle analysis and design program is realized by micro-computer line protection device, applicable to 110 kv transmission lines. Apparatus includes three sections of zero sequence current direction protection and automatic reclosing three-phase once.
Keywords: microprocessor-based protection, 110 kv transmission lines, zero sequence current protection, reclosion
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xxxxx学院本科毕业设计(论文) 目录
目 录
摘要 ................................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................... II 引 言 ............................................................................................................................... 1 1 微型机继电保护概述 ................................................................................................. 3
1.1微型机继电保护的发展 ..................................................................................... 3 1.2微型机继电保护的基本构成 ............................................................................. 4 1.3对微型机保护的评价 ......................................................................................... 4
1.3.1微型机保护的特点 .................................................................................. 4 1.3.2微型机保护的技术进步与新概念 .......................................................... 5 1.3.3微型机保护的前景与展望 ...................................................................... 6
2 微型机保护的硬件结构分析 ..................................................................................... 8
2.1 110kV输电线路微型机保护的硬件 ................................................................. 8 2.2数据采集系统 ..................................................................................................... 9
2.2.1电压形成回路 .......................................................................................... 9 2.2.2 采样保持电路和模拟低通滤波 ........................................................... 10 2.2.3 多路转换开关和模数转换 ................................................................... 11 2.3 开关量输入/输出系统 ..................................................................................... 14
2.3.1开关量输入输出模块 ............................................................................ 14 2.3.2开关量输入部分 .................................................................................... 14 2.3.3开关量输出部分 .................................................................................... 17 2.4微型机主系统模块 ........................................................................................... 18 2.5电源模块 ........................................................................................................... 18 2.6显示部分 ........................................................................................................... 19 3 数 字 滤 波 器 ....................................................................................................... 20
3.1 数字滤波器介绍 .............................................................................................. 20 3.2离散时间信号的频谱 ....................................................................................... 20 3.3非递归型数字滤波器 ....................................................................................... 22 3.4递归型数字滤波器 ........................................................................................... 22 4 微型机保护的软件结构分析 ................................................................................... 24
4.1软件结构分析概述 ........................................................................................... 24 4.2程序总框图 ....................................................................................................... 24
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xxxxx学院本科毕业设计(论文) 目录
4.3中断程序模块 ................................................................................................... 27 4.4各程序的子模块介绍 ....................................................................................... 28
4.4.1初始化 .................................................................................................... 28 4.4.2启动元件 ................................................................................................ 29 4.4.3零序方向电流保护 ................................................................................ 29 4.4.4重合闸及后加速 .................................................................................... 30 4.5微机保护的算法 ............................................................................................... 31
4.5.1输入为正弦量的算法 ............................................................................ 31 4.5.2突变量电流算法 .................................................................................... 32 4.5.3选相方法 ................................................................................................ 33 4.5.4傅里叶级数算法 .................................................................................... 35 4.5.5 R-L 模型算法 ........................................................................................ 38
5 零序电流保护及自动重合闸整定计算 ................................................................... 41
5.1零序电流保护整定计算 ................................................................................... 41 5.2自动重合闸整定计算 ....................................................................................... 42 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 ............................................... 44
6.1零序方向保护流程图 ....................................................................................... 44 6.2自动重合闸流程图 ........................................................................................... 46 6.3程序部分 ........................................................................................................... 47 7 总结和展望 ............................................................................................................... 53 参考文献 ......................................................................................................................... 54 致谢 ................................................................................................................................. 55
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xxx学院本科毕业设计(论文) 引言
引 言
与当代新兴科学技术相比,电力系统继电保护是相当古老了,然而电力系统继电保护作为一门综合性科学又总是充满青春活力,处于蓬勃发展中。之所以如此,是因为它是一门理论和实践并重的科学技术,又与电力系统的发展息息相关。它以电力系统的需要作为发展的源泉,同时又不断地吸取相关的科学技术中出现的新成就作为发展的手段。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。它在系统发生故障时切除故障设备,对系统安全运行作出贡献,但若不正常动作(包括拒动和误动),则给系统造成的危害也是巨大的。所以对继电保护装置的可靠性(包括安全性和信赖性两个方面)要求很高。信赖性是指不应拒动,安全性是指不应误动。继电保护装置除了在故障的很短时间内动作外,长期是不动作的,因而被喻为电力系统的无声警卫。因此装置的某些缺陷可能不被察觉,从而成为故障时不正确动作的隐患。微型机保护可以实现自我监视和检测,大大提高了装置的安全性。
传统的整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大,尤其是一些复杂的保护,例如超高压线路的保护设备,调试一套保护常常需要一周,甚至更长的时间。究其原因,这类保护装置都是布线逻辑的,保护的每一种功能都由相应的硬件器件和连线来实现。为确定保护装置是否完好,就需要把所具备的各种功能都通过模拟试验来校核一遍。微型机保护则不同,它的硬件是一台计算机,各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。换言之,它是用一个只会作几种单调的、简单操作的硬件,配以软件,把许多简单操作组合而完成各种复杂功能的。因而只要用几个简单的操作就可以检验微型机的硬件是否完好。或者说如果微型机硬件有故障,将会立即表现出来。如果硬件完好,对于已成熟的软件,只要程序和设计时一样,就必然会达到设计的要求,用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。微型机保护装置具有自诊断功能,对硬件各部分和存放在EPROM中的程序不断地进行自动检测,一旦发现异常就会发出报警。通常只要给上电源后没有警报,就可确认装置是完好的。所以对微型机保护装置可以说几乎不用调试,从而可大大减轻运行维护的工作量。
计算机在程序指挥下,有较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,即自动地识别和排除干扰,防止由于干扰而造成误动作。另外它有自诊断能力,能够自动检测出本身硬件的异常部分,配合多重化可
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xxx学院本科毕业设计(论文) 引言
以有效地防止拒动,因此可靠性很高。由于计算机的应用,使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题,可找到新的解决办法。
本课题的主要目的在于,研究一套l1OKV线路微型机保护装置和硬件电路的合理配置,着重研究微型机保护软件算法的优化设计,并对保护的新原理进行有益的探讨。
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 1 微型机继电保护概述
1 微型机继电保护概述
1.1微型机继电保护的发展
微型机保护是指将微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的继电保护。国内在微型机保护方面的研究工作起步较晚,但进展很快。自从1984年第一套微型机线路保护装置在河北马头电厂投入运行以来,我国微型机继电保护的发展已经历了28年的历史,整个发展过程大体上经历了三个阶段:第一阶段为以单CPU的硬件结构为主,数据采集系统由逐次逼近式的AD574(12位或8位)芯片构成,硬件及软件的设计符合我国高压线路保护装置的“四统一”设计标准,其代表产品 WXB.01,WXH.1A型微型机高压输电线路保护装置;第二阶段为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主,数据采集系统为VFC电压-频率转换原理的计数式数据采集系统,硬件及软件的设计方面吸取了WXB.01型微型机保护装置的成功运行经验,针对01型保护存在的问题进行了改进,同时,利用多CPU的特点,强化了自检和互检功能,使硬件故障可定位到插件,对保护的跳闸出口回路,具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误动的措施,其代表产品为WXB.11、WXH. 1X型微型机高压线路保护装置和LFP.900系列保护装置;第三阶段为以高性能的32位单片机构成的硬件结构为主,具有总线不引出芯片,电路简单的特点,抗干扰能力进一步加强,完善了通信功能,为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境,其代表产品为CSL及CST系列保护装置。
十几年来,微型机继电保护的研究方向侧重于高压输电线路保护方面,目前在全国各大电力系统中投入运行的微型机线路保护装置以超过数千套。近年来,各个制造厂家相继推出了中低压网的微型机保护装置。这些产品基本上可以分为两种方式,一种方式为“一对一”方式,即一套装置实现一条线路的保护:另一种方式为“一对N”方式,即一套装置实现多条线路的保护。由于中低压线路保护的使用面广,且大多处于电力系统的基层运行单位,这些单位的技术水平,运行维护管理能力,调试及检测仪器设备均相对偏低。因此中低压系统的微型机保护宜于采用积木式结构,对不同要求的用户可选用不同的插件组合,使用户的调试维护工作量尽量减少,使微型机保护成为“免维护”保护装置。另外,低压网的微型机保护可能安装于一次设备旁边,因此对其抗干扰水平提出了更高的要求。由于中低压网的用户广泛,并且考虑到无人值班变电站,首先在较低电压等级的
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 1 微型机继电保护概述
变电站推广,所以中低压微型机保护可望出现一个新局面。
1.2微型机继电保护的基本构成
微型机保护的主要部分是微型计算机本体。微型机是被用来分析计算电力系统的相关电量并判定系统是否发生故障,然后决定是否发出跳闸信号的主要装置。除计算机本体外,还必须配备自电力系统向计算机送进有关信息的输入接口部分和向电力系统送出控制信息的输出接口部分。此外计算机还要输入有关计算和操作程序,输出记录的信息,以供运行人员分析事故,即计算机还必须有人机联系部分。总的来说就是由数据采集系统、微型机主系统、开关量(或数字量)输入/输出系统构成。
1.3对微型机保护的评价
微型机保护在我国已获得极其广泛的应用。微型机保护在发展过程中继承、借鉴了模拟式保护的成熟经验,由于微型机的优越性把继电保护的技术向前推进。实践已证明微型机保护的性能显著优于传统的保护。
1.3.1微型机保护的特点
微型机保护的优缺点如下。优点是:
①程序可实现自适应性,可依系统运行状态而自动改变整定值和特性,灵活性大;
②有可存取的存储器;
③在现场可灵活地改变继电器特性;
④用数学方程方法较之用继电器元件特性方法可以使保护性能得到更大的改进;
⑤有自检的能力,对硬件各部分和程序(包括功能、逻辑等)不断地进行自动检测,一旦发现异常就会自动报警;
⑥有利于事故后分析; ⑦可与计算机交换信息; ⑧对现有硬件可增加其功能; 缺点和问题:
①与传统的保护有根本性的背离; ②对硬件和软件都要求高度可靠; ③硬件很快变成过时;
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 1 微型机继电保护概述
微型机保护的优缺点一方面决定于技术本身,另一方面与各国的技术经济发展状况有关。微型机保护和传统保护相比还有两大特点:
(1)保护中的各项功能(相应于传统保护中的元件)都是由软件实现的; (2)保护中的各项功能是按程序规定的顺序依次串行(在传统保护中是并行)工作的。
1.3.2微型机保护的技术进步与新概念
微型机的应用给线路保护带来以下几个方面的技术进步和新概念。 ①由软件实现的功能性能稳定、优越。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和电路可能有故障。微型机保护中的功能是由软件实现的,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,不受温度等影响,所以性能稳定。复杂的微型机保护都采集到齐全的交流信息,于是只要写出一项功能的动作判据的数字表达式,CPU按保护算法进行计算就实现了该项功能。如果输入交流量已经过滤波,数据窗中数据完整,那么每一采样间隔对判据的计算结果都相同。
从这一点说各项功能的动作都与短路发生时的初相角无关,动作后输出连续脉冲。当然滤波和保护算法要求的数据窗宽度会影响动作速度,继电器特性复杂,精度要求高,会带来动作的延时。在故障切除时返回也回需要延时。
②逻辑判断清楚、正确。
在复杂的保护中,要对若干相关继电器的动作作出逻辑判断,才能决定保护是否出口跳闸。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电路。在微型机保护中主要由程序作逻辑判断。不论逻辑关系如何复杂,在微型机保护中都可按人的思维逻辑编写程序,十分自然不会出错,要注意的是设置的标志要在适当时候清除,否则下一次执行程序时要出现错误。不论保护如何复杂,只要许多功能之间复杂逻辑关系都编制在一个程序中,都能正确反映设计思想,并且程序被正确地复制于成批生产的各套保护装置之中,所以与传统保护相比较,微型机的应用使线路的保护得到简化,继电保护的正确率必将得到提高。
③微型机能对输入的电气量进行数值计算,可以实现传统保护无法实现的优良性能。
微型机保护既能对以瞬时值也能对以相量表达的数据进行计算,不仅能计算交流输入量也能计算其对时间的导数和积分值。微型机可方便的贮存数据因而不仅可以记忆相量的相位也可记忆其幅值,所以微型机保护可以实现传统保护无法实现的良好性能。
④微型机保护可不考虑个别元件的功能失灵。
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 1 微型机继电保护概述
在机械型和模拟式静态保护中每一元件都是由独自的硬件实现的,因此为了保证可靠性常常要考虑个别元件的失灵问题。例如,对于电流保护要不要加方向元件的问题,加方向元件后电流元件的整定就可不考虑反方向故障,不与背后保护配合,可以提高保护的灵敏性或缩短动作时间。但万一方向元件失灵就会导致保护的拒动,机械型方向继电器还有电压死区问题,因此传统的习惯是能不带方向性就不加方向元件。
微型机保护增加一个方向判别的功能只是多计算一个方向判据。只要采集的电流、电压经变换后得到的数值是正确的,代入判据进行计算,其结果是不会出错的,也不会带来机械上的或回路上的故障,因此在微型机保护中增加方向性应当说是有益无害的。在一个庞大的保护程序中有关关方向判据的少数语句出现障碍的可能性是很小的。因干扰等原因,程序走飞了的情况也许会发生,但出现那种情况就不是有无方向判据功能的问题了。
⑤可以增加功能实现多重判别,完善保护性能。在传统保护中每一元件都由独自的硬件构成,为了不使保护过于复杂,希望所采用的元件的性能应尽可能的适应各种工况下的各种故障。在微型机保护中既然各种功能都是由软件实现的,而软件又十分可靠,所以只要及时允许就可以增加功能实现多重判别,获得完善的保护性能。
⑥简化定期校验、延长检验周期。继电器的动作特性是从其动作判据推导出来的,继电器的动作是微型机直接按动作判据进行数学运算所得的结果,所以没有必要用试验的方法来检验继电器进而取得动作特性。微型机保护中的继电器是由软件实现的,继电器的动作没有机械障碍,也没有电路元件参数失调的问题,不同相别继电器的特性没有差别,批量生产的装置由于程序相同,继电器特性包括逻辑回路也一定完全相同。对微型机保护的检验主要是检验各个通道(交流量、开关量、输入和输出)是否良好,确认各项功能是否按设计要求正确起作用,检验的项目和内容和传统保护相比可大大精简,检验周期可以延长。
1.3.3微型机保护的前景与展望
微型机保护的研制工作虽然在我国起步较晚,但发展迅速,经过十几年的努力,微型机保护的研究和应用工作取得了可喜的成果,但是还应该看到微型机保护的应用发展不平衡,微型机保护的智能作用有待进一步开发,微型机保护的运行管理工作尚需进一步提高。
①关于微型机保护的硬件
目前,微型机保护的硬件变化十分迅速,高性能,多功能,综合性强的芯片不断推向市场,因此,微型机保护的硬件变化快,但是硬件的多样性,过快的更
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 1 微型机继电保护概述
新周期,使得在应用与实际的时候难以适应。因此,硬件的相对稳定是有利于现实情况的,当然这并不排除局部硬件采用先进的设计。另外,对用户来说,各厂家的产品最好能在端子排布置,模拟量,开关量的引入,开关量输出,键盘命令设置,定值管理,液晶显示菜单方面取得统一,这将极大的有利于微型机保护的运行管理。所谓自适应保护是指保护系统能够自动修改其动作参数以响应变化的网络条件,从而保持其最优的性能,这个概念是由Dyliaaco于1967年首先提出的,常规保护也力图适应系统运行方式的变化,例如电流保护的整定值考虑了最大运行方式下不误动,最小运行方式下的灵敏性,差动保护的制动特性与区外故障时的不平衡电流相适应等,但是由于常规保护不能实时检测系统运行方式的变化和在线修改定植,因此其适应能力差。微型机保护与常规保护相比有着根本的区别,利用微型机的智能作用,可以获取更多的有用信息,同时借助现代化通信手段可以方便地得到远方的信息,这样微型机保护通过分析即可最大限度的适应系统运行方式的变化,从而,给微型机型自适应保护的发展开辟了广阔前景。
②充分利用微型机的特点,开发新原理的微型机保护装置。
国内现有的微型机保护装置中,在起动元件、选相元件、阻抗元件中充分利用了突变量的原理:在振荡闭锁中利用了DR/DT的原理;在零序功率方向元件中,根据电压互感器二次是否断线,采用了由软件自动切换产生3U。或开口三角3U。的方法。总之,为改善保护的性能在微型机保护中采用了一些新原理,但是从大的方面看,微型机保护装置在保护的新原理开发上不够全面,需要进一步深入研究和探讨。另外,神经网络的完善和模糊控制理论的应用必将给继电保护新原理的研究开发创造出一条新的途径。
③微型机保护与变电站综合自动化
近年来,我国的变电站综合自动化技术有了迅速发展,微型机保护在变电站综合自动化系统中是一个十分重要的方面,因此微型机保护的研究工作应与变电站综合自动化系统相适应,在变电站综合自动化系统中,微型机保护装置既要保持其相对的独立性又要具备与变电站监控系统相适应的接口条件和环境,对无人职守的变电站,要求微型机保护的硬件及软件设计应具备与调度端计算机通信的条件及适合遥测、遥信、遥控、遥调的要求。
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 2 微型机保护的硬件结构分析
2 微型机保护的硬件结构分析
2.1 110kV输电线路微型机保护的硬件
微型机保护的硬件构成由四部分组成:① 数据采集系统(或称模拟量输入系统):数据采集系统包括电压形成、模拟滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D),其功能为完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。 ② 微型机主系统: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、并行以及串行接口等。其功能为执行编制好的程序,以完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能。③ 开关量(数字量)输入/输出系统: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,其功能为完成各种保护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话及通信等功能。 ④ 电源模块:其功能为微型机保护装置提供工作电压。一般常采用开关稳压电源或DC/DC电源模块,其提供数字系统5、24、+15、-15V、电源。微型机保护的硬件构成图如下图2.1所示,
模 拟量输入)总线串行接口光电隔离通信 电压形成LPFS/H由TA和TV二次侧来多路转换开关 MPXMPUFLASHA/DRAM并行接口光电隔离人机对话开关量输入打印机出口电路开关量输出(跳闸、信号)电压形成LPFS/H定时器采样脉冲图1.1微型机保护的硬件结构图 )))数据采集系统 微型机系统输入/输出系统 图2.1 微型机保护的硬件结构图
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2.2数据采集系统
数据采集系统(模拟量输入系统)主要包括电压形成、模拟滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D),其功能为完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。如下图2.2:
图2.2 数据采集系统
2.2.1电压形成回路
微型机保护要从被保护电力线路的电流互感器、电压互感器取得电流、电压信息,但这些互感器的二次数值、输入范围对典型的微机电路却不使用,故需要降低和变换。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的变换。交流电流信号可以采用电压变换器,将交流电流信号变换为称比例的电压信号。可以采用电抗变换器或电流变换器,两者各有优缺点。总之,就是把信号变换为模数转换模块可以承受范围内的电压信号,供微型机保护的模数转换芯片使用。
本文研究的110KV线路微型机保护装置将由二次电流互感器(CT)转换来的电流信号(5A)通过如图2.3所示的电路转换为mA级的电流信号;将由二次电压互感器(PT)转换来的电压信号(100V)通过如图2.4所示的电路也转换为可供模数转换部分使用的电压,这样做的优点是可以使得元件小型化。再将mA级的电流信号经过如图2.2所示的电路,进行放大处理转换为电压信号,作为A/D转换的输入信号。
图2.3 电流信号输入
变换电压的计算公式为:
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u2RLHi2RLHi1 n
图2.4 电压信号输入
2.2.2 采样保持电路和模拟低通滤波
采样保持电路,又称S/H(Sample/Hold)电路,其作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值,并在模拟—数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。利用采样保持电路后,可以方便地进行多个模拟量实现同时采样。S/H电路的工作原理可用图2.5来说明,它由一个电子模拟开关AS、保持电容Ch以及两个阻抗变换器组成。其中A1和A2为两个放大器构成跟随器,使输出端电压跟随输入端的电压,R为负反馈电阻,两个反向并联的二极管是为了防止放大器进入饱和区以防止信号的失真。
图2.5 芯片内部结构示意图
采样频率的是指采样周期的倒数fs。采样频率的选择是微型机保护硬件设计中应该特别关注的问题。如果fs过快时,因微型机的CPU在处理采样信号时需要一定的时间,在这段时间内不允许有再一个采样数据的输入,否则会造成处理混乱出错。如果fs过慢时,会使CPU的效率得不到充分的发挥而浪费了资源,而且得到的数据还不能真实反映被采样信号的真实情况。有采样定理知道fS2fmax,其中fmax是被采样信号的最大频率成分。
对微机保护系统而言,在故障刚发生时,电压、电流信号中可能含有较高的频
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 2 微型机保护的硬件结构分析
率分量(如2KHz以上),为防止混淆,fs将不得不用的很高,进而对硬件速度提出过高的要求。实际上,目前大多数的微机保护反映的是工频量,在这种情况下,可以采用一个前置的低通滤波器(LPF,Low Pass Filter)将高频分量滤掉,这样就可以降低fs,从而降低对硬件提出的要求。对频率高于fs/2的可以用简单的低通滤波器(如图2.6所示)来滤除高频分量,而对于小于fs/2的频率分量可以用数字滤波器来滤除。
图2.6 低通滤波器
R R C C 2.2.3 多路转换开关和模数转换
对反映两个电气量以上的继电保护装置,都要求对各个模拟量同时采样,以准确地获得各个量之间的相位关系,因而要对每个模拟输入量设置一套电压形成、抗混叠低通滤波器采样保持电路。所有采样保持器的逻辑输入端并联后,由定时器同时供给采样脉冲。但由于模数转换器价格相对较贵,通常不是每个模拟量输入通道设一个A/D转换成数字量输入给微型机。而是公用一个,中间是通过转换开关MPX (Multiplex)切换,轮流由公用的A/D转换成数字量后输入给微机。
图2.7 多路转换开关
模数转换是微机保护的重要元器件,要理解它的工作原理需先了解数模转换器的原理。数字量是用代码按数位的组合起来表示的,每一位代码都有一定的权,及代表一个具体数值。因此,为了将数字量转换成模拟量,必须先将每一位代码按其权的值转换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加,即可得到与被
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 2 微型机保护的硬件结构分析
转换数字量相当的模拟量,完成了数模转换。如图2.8为一个4位数模转换器的原理图,更多位数的情况与此类似。
图2.8 四位数模转换器原理
输出电压为:
*D RR可见,输出模拟电压正比于控制输入的数字量D,比例常数为D*fU0UrRf R数模转化器在构成逐次逼近型A/D转换器时会有用到。且一般的A/D转换都是单极性的,即如果输入的信号是负值,则不论负值多大,比较结果必然是零。但是继电保护所反映的交流电流、交流电压都是双极性的,为了实现对双极性模拟量的模数转换,需要设置一个直流偏置量,其值为最大允许值的一半。
对一般的A/D转换来说,如果输入电压超过所允许的最大值,就会出现平顶波,这种现象叫溢出,出现小部分平顶波溢出的危害并不是特别严重,因为在微型机得到采样值后,还可以经过数字滤波器来对平顶波进行修正,基波相位可以做到基本不受影响,对电流保护和阻抗保护的影响较小。但是,应当指出:不应出现输入量超出允许值时出现零值的现象,这种现象对微机保护的危害是致命的。如果电流信号出现这种溢出情况,则出口短路可能会被计算成区外短路,导致拒动。避免这种溢出现象的常用方法有:1,采用类似于逐次逼近方式的A/D转换器;2,在A/D转换器之前采用预先措施;3,调整模拟量回路的增益。
模数转换器的类型有并行,积分型、逐次逼近型、流水线型等。在A/D转换器中AD7665时一种逐次逼近型的16位快速模数转换器。转换速率是500kSPS(Samples Per Second),即进行一次模数转换的时间为1/500K=2uS。A/D7665模数转换器是由 Analog Devices 公司生产。芯片内部结构示意图如图2.9所示。
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图2.9 芯片内部结构示意图
其中,Reset为复位输入。当该端子输入逻辑1时,无论A/D其器件处于什么状态,均被强制复位,任何正在进行的转换工作都不在继续进行。RD、CS分别为读数据和片选控制信号。当二者均为0时,输出数据才有效。CNVST为启动A/D转换输入端。在CNVST下降沿时,先触发内部的采样保持电路,随即开始模数转换。
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2.10所示。
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图2.10 模数转换器AD7665与微型机的接口
由于微机保护的采样脉冲是由定时器产生。为了实时、快速地进行A/D转换,将采样信号转换成数字量,在微机保护中可以利用采样脉冲的下降沿作为微型机的中断信号,从而触发微型机响应中断,保证中断服务程序能过快速地与采样脉冲实现同步。在微型机的多个中断源中,一般将完成数据采集系统功能的中断设置为优先级最高。这样,就可以将需要实时、快速、与采样脉冲同步的功能程序放在优先级最高的中断服务程序中予以执行。微机保护数据采集系统的控制和A/D数据存储,就是属于需要实时、快速、与采样脉冲同步的功能之一。
2.3 开关量输入/输出系统
2.3.1开关量输入输出模块
开关量输入输出模块包括开关量输入回路和开关量输出回路,是微型机保护装置的重要组成部分,是连接外部强电和内部弱电的主要通道,其核心是状态信号的隔离输入回路和动作信号的隔离输出回路,主要完成外部开关量引入装置进行处理和将装置内发出的开关信号引出到继电器插件,从而驱动相应的继电器跳闸或告警,达到保护的功能。下面分别介绍开关量输入回路和输出回路的设计。
2.3.2开关量输入部分
在微型机线路保护装置中,通常需要采集断路器状态、隔离开关状态和外部分、合闸等状态信息,这些状态量的采集都是以光电隔离方式输入的,采用光电隔离的主要优点是:输入信号与输出信号在电气上完全隔离,抗干扰能力很强;无触点,耐冲击,寿命长,可靠性高;响应速度快,易与逻辑电平配合使用。
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需要采集的输入开关量共8路,分为两组,一组为4路220V开关量输入,另一组为4路24V开关量输入。图2.11所示开关量通过光电隔离输入电路图。其工作原理是:当外部接点接通时,光电隔离的二极管导通,光电隔离的三极管也导通,其集电极输出低电位;当外部接点断开时,光电隔离的二极管不导通,于是三极管截止,集电极输出高电位,软件读并行口该位的状态,即可知道外部接点的状态。图中二极管起保护作用,用于防止开关量输入回路电源极性接反时将光电耦合器中的发光二极管反向击穿,另一方面二极管还能够加速继电器的返回。电容为抗干扰电容。这样,开关量经过光电耦合器后直接与保护DSP相应的通用I/O口相连,光敏三极管的导通和截止完全反映外部接点的状态,带有电磁干扰的外部输入回路与微型机电路之间没有直接电的联系,各种干扰信号不能进入微型机电路部分,从而达到抗干扰的目的。
图2.11 开关量经光耦输入电路
图2.12是开关量输入电路的部分电路图(只画出220V的一路输入)。在整体电路中,上面4路为220V开关量输入电路,并配有两路220V开关量监视电路;下面4路为24V开关量输入电路,配有两路24V开关量监视电路。监视电路能够实现8路开关量输入信号的开启与停止,从而达到省电目的;同时,配备有自检回路,通过4路开关量监视回路,可以实现8路开关量输入通道的自检功能。
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图2.12 开关量输入回路(以220V的一路输入量为例)
图2.12的原理为:6JA21为220V开关量控制1端口。当该端口输入为“1\"时,光电隔离器PTl中发光二极管发光,三极管导通,表现为低电平,可正确对220V开关量输入信号进行采集;当6JA21控制端口输入为“O”时,光电隔离器PT3中发光二极管不导通,同时三极管截止,表现为高阻状态,此时无法采集相应的开关量。这样,就可以将装置的电源停掉,实现省电功能。自检测功能:220V开关量控制2端口6JB21输入为“1”时,光电隔离器PT2中的发光二极管导通发光,三极管导通,220V正电源经导通的三极管,二极管D3进入开关量采集电路中,通过查询开关量输入口6JBl8的状态,用以判断开关量采集电路是否工作正常。
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2.3.3开关量输出部分
相对于开关量输入,开关量输出回路具有更加重要的地位。因为在微型机保护装置中,所有的保护功能最终是通过开关量输出部分来控制继电器动作,驱动断路器跳闸或发出告警信号。如下图为一简单的输出接线图。
图2.13 装置开关量输出回路接线图
但是,由于开关量输出信号的正确与否关系到整个继电保护装置的可靠性,因此,开关量输出回路必须加上监视回路来监视开关量的状态。开关量输出部分主要包括跳闸出口、重合闸出口以及各种信号出口等。开关量输出部分是对断路器实现控制的出口通道,DPS2812M的I/O口输出的是3.3V的低电压微电流信号,不足以直接驱动断路器实现各种操作。因此,开关量输出回路需要将CPU输出的小信号放大为大功率信号,从而驱动断路器。另外,为了防止断路器操作过程中产生的瞬时脉冲对微型机保护装置的反馈干扰,还必须对出口通道进行隔离。通过采用光电耦合器与继电器相结合的方法来实现出口信号的隔离与放大。为了提高开关量输出回路的可靠性,在数字输出和继电器之间选用了光电耦合器,提高了抗干扰能力。另外,任何一路的输出均由两个信号通过与非门产生的控制信号所控制,这样就可以有效地抑制干扰产生的误动,可也以在装置出现故障的时候有效地实现闭锁。输出量光耦电路如图2.14所示。
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图2.14 输出量光耦电路(只画出一路)
输出量光耦电路原理为:6JB24为输出总控制端口,只用当该端口输入为“0”,与非门, U1A输出“1”时,整个开关量输出电路才能正常工作,否则,当该端口输入为“1”时,各开关量输出端口经与非门后均为“1”,光电耦合器不导通,回路被闭锁。在6JB24为“O”的前提下,当跳闸输出端口6JBl4输出为“1”时,经与非门输出为“0”,光电耦合器中发光二极管导通,三极管导通,24V电源经二极管D1至3d26,3d28端口,驱动相应的继电器;同时24V电源经二极管D8至光电耦合器PT8,二级管导通,三级管导通,输出电路监视端口6JA25对电路进行监视。
2.4微型机主系统模块
微型机主系统一般由中央处理器、存储器、定时器/计数器以及控制电路等部分组成,并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统,实现数据交换和操作控制,对数据采集系统送来的数据进行分析处理,指挥各种外围接口部件运转,完成各种继电保护测量和逻辑功能。
2.5电源模块
微型机保护系统对电源要求较高,通常这种电源是逆变电源,即将直流电逆
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变为交流电,再把交流电整流为微型机系统所需的直流电压。将变电所强电系统的直流电源与微型机的弱电系统电源完全隔离开,通过逆变后的直流电源具有极强的抗干扰能力,对来自变电所中因断路器跳合闸等原因产生的强干扰可以完全消除掉。本设计采用的逆变稳压电源的输入电压为直流220V,其输出有5V,供微型机系统使用,±12V供数据采集系统使用,24V供继电器回路使用。电源模理图如图2.15所示。
图2.15 电源模块原理图
2.6显示部分
显示面板单设一个单片机P89C51RD,负责汉字液晶显示、键盘处理,通过串口与CPU交换数据。
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xxxx学院本科毕业设计(论文) 3 数字滤波器
3 数 字 滤 波 器
3.1 数字滤波器介绍
定义: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。
x(t)S/HA/D数字处理D/Ay(t) 图3.1 数字滤波器 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,就可提高计算精度。
3.2离散时间信号的频谱
一个模拟信号x(t)经过采样和模数转换后,输入至微机的是一串时间离散、数值量化的离散数列。此数列可表示为
x(nTs)x(t)tnTS 式(3.1)
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图3.2 采样信号的表示法
离散数列的傅氏变换定义:
F[x(nTs)]X(ejwTs)X(ejwTs)与X(t)的频谱X(f)的关系之间关系:
nx(nT)esj2fnTs 式(3.2)
定义: x*(t)x(t)(tnTs)nnx(nT)(tnT) 式(3.3)
ss信号X(t)的频谱为
F[x*(t)]X*(f)n[x(nT)(tnT)]essj2ftsj2ftdt 式(3.4)
j2fnTsnx(nT)(tnT)esdtnx(nTs)e由公式(3.2)与(3.4)得
X(f)X(ejwTs) 式(3.5)
x(t) 的频谱 x(f)和x(t)的频谱 x(f)的关系:
对式(3.3)傅里叶变换得
X*(f)X(f)*F[
X(f)*[fsfsn(tnTs)]n(fnfs) 式(3.6)
nfs)]...nX(f如果X(f)是有限带宽的,且满足: X(f) =0,当|f|>fs/2. 则 X(f) 在任一个周期内的形状都同X(f)一样。且有:
当|f| xxxx学院本科毕业设计(论文) 3 数字滤波器 3.3非递归型数字滤波器 定义:将输入信号和滤波器的单位冲激响应作卷积而实现的一类滤波器。 即: ynTshkTsxnTskTsh(nTs)x(nTs) 式(3.8) k0N非递归型数字滤波器的单位冲激响应必须是有限长的,即从0到N,共N+1个冲激序列值。 非递归型数字滤波器必定是有限冲激响应滤波器(FIR)。 设计步骤: 1、先在连续域进行,即根据频域提出的要求,找到一个合适的傅氏变换对H(f)和h(t),称为设计样本。 2、然后对h(t)按系统的采样频率采样得到h(nTs)的各系数值,即可实现滤波器。 数字滤波与模拟滤波等价的条件: ffs/2 X(f)0 常用的有差分滤波器与积分滤波器 3.4递归型数字滤波器 定义:将前几次的输出值作为输入来求下一时刻输出的数字滤波器。 YeynTsbkynTskTsakxnTskTs 式(3.9) k1k0NM两边进行傅氏变换: jwsTbYekk1NjwsTejwksTakXejk0MwsTejwksT 式(3.10) wksT HejwsTYejwsTjwsTXeaekk0Nk1MjwksTjwksTa0akej1bkek1k1NM1bkejwksT 式(3.11) 递归型数字滤波器的设计步骤: [1]确定所要求的频率特性Hf; [2]对hHfst进行采样得到h(nT)h(t)s ht; tnTs h(nTs)进行傅氏变换得到 H(ejT); 22 xxxx学院本科毕业设计(论文) 3 数字滤波器 [3]将 H(ejT)整理成 sak0Nk1MkejkTs 的形式; 1bkejkTs从而得到ak 和bk 系数,得出递归型数字滤波器。 23 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 4 微型机保护的软件结构分析 4.1软件结构分析概述 110KV线路微型机保护装置是由P89C51RD单片机实现的两CPU线路保护装置。装置包括三段零序电流保护及三相一次自动重合闸。装置采用了多单片机并行工作的方式,配置了两个CPU插件,分别完成零序保护及重合闸,另外配置了一块接口板,完成对各保护CPU插件的巡检、人机对话和与系统微型机连机等功能。零序电流保护包括零序I段-III段和不灵敏I段,零序三段均可由控制字整定是否经零序功率方向闭锁。可由控制字控制是否加速II、III段。振荡闭锁采用启动元件动作后短时开放的原理,即启动元件动作后的0.15秒内开放保护,若在该时间内I、II段均不动作,则将保护闭锁。零序保护不经振荡闭锁,只受启动元件的控制。三相一次自动重合闸由保护启动或由开关位置不对应启动。 4.2程序总框图 如图4.1所示软件整体流程图。本设计中,采用模块化的设计思想,软件模块主要由主程序模块、中断服务程序模块和故障处理程序模块组成。 24 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 如图4.1 软件整体流程图 主程序模块 主程序模块包括初始化、全面白检、开放中断与等待中断、数据传输通信等 环节。 ①初始化 初始化是指保护装置在上电或按下复位键时首先执行的程序,它主要是对DSP芯片的工作方式及参数进行设置,以便在后面的程序中按预定的方案工作。首先F2812对自身的工作环境进行设置,初始化各种寄存器,按照电路设计的输入输出要求,设置每一个端口用作输入还是输出,初始化保护输出的开关量,以保证出口继电器均不动作;初始化DSP采样定时器,控制采样间隔时间等。 25 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 ②全面自检 对装置的软硬件进行一次全面的自检,包括RAM、FLASH或ROM、各开关量输出通道、程序和定值等,以保证装置在投入使用时处于完好的状态。 (1)RAM的读写检查 对RAM某一单元写入1个数,再从中读出,并比较两者是否相等。如发现写入与读出的数不一致,说明随机存储器RAM有问题,则转至告警模块。并将告警信息显示在液晶显示屏上。 (2)开出自检 开出自检主要是检测开出通道是否正常,它是通过硬件开出反馈来检查的依次开出每一路开出量,并从反馈回路检查开出量是否正确。由于受启动继电器的闭锁,所以在开出每一路开出量时,保护并不会误动。 (3)整定值检查 每套定值在存入EEPROM时,都自动固化若干个校验码。若发现只读存储器EEPROM定值求和码与事先存入的定值和不一致,说明EEPROM有故障,转至告警模块,并将告警信息显示在显示器上。 ③参数刷新 在经过全面自检后,应将所有的数据、标志字清零,因为每一个标志代表了一个“软件继电器”和逻辑状态,如果不清零,这些标志将控制程序流程的走向,以致无法达到预期的目的。 ④开放中断与等待中断 经过初始化和全面自检后,表明装置的准备工作已经全部就绪,此时,开放中断,将数据采集系统投入工作。可编程的定时器将按照初始化程序规定的采样间隔Ts不断发出采样脉冲,控制各模拟量通道的采样和A/D转换,并在每次采样完成后向微型机请求中断,来实时监视和获取电力系统的采样信号。对保护计数器的值进行判断,该计数器用于保护起动元件动作后的6s延时计算。保护计数器不为零,说明在6s延时时间内,则进入等待中断流程;当保护计数器归零时,说明起动元件延时时间到,进入整组复归环节。 ⑤数据传输通信 数据传输通信主要为串口收发数据。串口通信主要完成保护处理CPU TMS320F2812与管理CPU LPC2220处理器之间的数据通信,包括DSP到ARM的数据上传显示,ARM到DSP的数据下传整定,以及相关通信控制标志位的置位与清零等,从而实现保护动作定值的查询、修改和保存,以及动作信息报告和各种实时参数的显示等。 26 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 4.3中断程序模块 在保护装置开中断后,每隔一个Ts,定时器就会发出一个采样脉冲,随即产生中断请求。保护装置先暂停一下系统程序的流程,转而执行一次中断服务程序,以保证对输入模拟量的实时采集,同时,实时地运行一次继电保护的相关功能。 中断服务程序主要包括定时采样,电流求和自检,TV断线检查,以及启元件等功能。 ①控制数据采集系统,将8个模拟量输入通道的模拟量输入信号转换成数字量的采样值,然后存入RAM区的相应的地址单元中。采用全波傅氏算法等微型机保护算法对各数字量采样值进行计算。 ②将计算得到的各电力系统参数代入启动元件动作判据中,判断启动元件是否动作。若电力系统正常运行,保护启动元件不启动。系统进入自检程序。首先对每个采样点都检查三相电流之和是否与变压器中性点侧TA引入的零序电流3Io相等,如果不相等,则判定为采样回路出错,进行上传数据请求置位,将相应的报警信息上传给ARM。然后,系统进入TV断线检查模块,依据相应的判据对TV进行断线检查。TV断线判据如下: [1]负序电压大于8V,负序电流小于0.1A; [2]正序电压小于30V,相电流差突变量小于0.1A。 系统确定TV二次断线时,发出“TV断线”信号,待电压恢复正常后信号复归。在TV断线期间,相应的TV断线标志位置“1”,并通过程序安排闭锁自动重合闸。这时保护将根据整定的控制字决定是否退出与电压有关的保护。 ③经过上述TV断线以及采样通道自检后,若互感器及数据采集系统均无异常,再次判断启动继电器是否动作。如果此时电力系统正常,则中断服务程序执行完毕后就回到主程序中被中断的地址处,继续循环自检。若启动继电器动作,则设置保护计数器的初始值,并通过保护计数器每次循环自减“l”来实现启动元件动作后自保持6s的时间。同时,系统修改中断返回地址和中断返回参数,使系统流程跳转至故障处理程序入口出。 ④在进入中断服务程序后,若启动元件动作,则装置闭锁掉采样通道检查,TV断线检测环节,直接跳转至修改中断返回地址和修改中断返回参数环节,从而进入故障处理程序中。这样可以使CPU集中时间处理故障处理程序,以便加快保护动作。在执行故障处理程序时,定时器仍将每隔一个TS发出中断请求,以保证采样不中断。 27 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 4.4各程序的子模块介绍 4.4.1初始化 图4.2 初始化流程图 在初始化模块中执行的程序内容见图4.2.首先是对所有的可编程序的并行 接口的初始化,规定每一个端口用作输入还是输出,用于输出的则要赋值等。这 一步必须首先执行,否则无法通过并行口读取各开关量输入的状态。第二步是读取所有开关量输入的状态,并将其保存在RAM区规定的地址内,以备以后在自检循环时不断监视开关量输入是否有变化。接着是对装置的硬件进行一次全面的自检,包括RAM,EPROM、各开关量输出通道等。这一次全面自检不包括对数据采集系统的自检,因为它尚未工作。对数据采集系统的检测安排在中断服务程序中。在经过全面自检后应将所有标志字清零,接着进行数据采集系统的初始化,包括对定时器以及采样数据寄存区地址指针的初始化等。完成数据采集系统的初始化后,即可开放中断,程序转入振荡闭锁模块。 28 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 4.4.2启动元件 启动元件的主体由反应相间工频变化量的过流继电器实现,同时又配以反应 全电流的零序过流继电器和负序过流继电器互相补充;低周起动元件可经控制字选择投退。反应工频变化量的起动元件采用浮动门坎,正常运行及系统振荡时变化量的不平衡输出均自动构成自适应式的门坎,浮动门坎始终略高于不平衡输出,在正常运行时由于不平衡分量很小,而装置有很高的灵敏度。当外接和自产零序电流均大于整定值,且无交流电流断线时,零序起动元件动作并展宽7秒,去开放出口继电器正电源。 4.4.3零序方向电流保护 零序电流方向保护是反应线路发生接地故障时零序电流分量大小和方向的多段式电流方向保护装置,在我国大短路电流接地系统不同电压等级电力网的线路上,根据部颁规程规定,都装设了这种接地保护装置作为基本保护。 电力系统事故统计材料表明,大电流接地系统电力网中线路接地故障占线路全部故障的80%一90%,零序电流方向接地保护的正确动作率约97%,是高压线路保护中正确动作率最高的一种。零序电流方向保护具有原理简单、动作可靠、设备投资小、运行维护方便、正确动作率高等一系列优点。 当保护方向上有中性点接地变压器时,无论被保护线路对侧有无电源,保护反方向发生接地故障,就有零序电流通过本保护,因此,当零序电流I段不能躲过反向接地流过本保护的最大零序电流,或零序过电流保护时限不配合时,应配置零序方向元件以保证保的选择性。 零序方向元件十分灵敏,3U电压应躲过不平衡电压的影响,否则不能保证判别接地故障方向的正确性。为此,零序方向元件只有在3U值达一定值时才投入工作,一般取值为2-3V。 电压互感器二次回路断线时(零序方向元件取用自产零序电压),零序方向元件工作的正确性得不到保证,此时零序方向元件自动退出工作,零序方向电流保护变为零序电流保护。在电压互感器二次回路断线期间,可自动投入两段相电流元件。 由于零序电流保护反映的是接地故障,不反映相间短路故障,因此不论零序电压取用母线侧电压互感器还是线路侧电压互感器,当三相合闸(自动重合和手动合)于出口接地故障时,零序方向元件可灵敏动作而没有死区,所以零序电流加速段经零序方向元件控制。零序电流加速段独立设置,定值和延时可独立整定。当然,本线末端接地故障时,加速段的灵敏度应满足要求;与零序电流速断相同,为躲过断路器三相触头不同时接通产生的零序电流,加速段的时限取100ms或 29 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 200ms。 此外,为防止合闸于空载变压器时励磁涌流引起零序后加速误动,零序加速段可以由控制字选择是否需要投入二次谐波闭锁,二次谐波的制动比选为18%。 接地时零序分量的特点: ①故障点的零序电压最高,离故障点越远处的零序电压越低,中性点接地变压器处零序电压为零。 ②零序电流的分布,主要决定于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗,而与电源的数目和位置无关。 ③在电力系统运行方式变化时,如果输电线路和中性点接地的变压器数目不变,则零序阻抗和零序等效网络就是不变的。但电力系统正序阻抗和负序阻抗要随着系统运行方式而变化,将间接影响零序分量的大小。 ④对于发生故障的线路,两端零序功率方向与正序功率方向相反,零序功率方向实际上都是由线路流向母线的。 4.4.4重合闸及后加速 自动重合闸装置是将因故跳开后的断路器按需要自动再投入的一种自动装置。电力系统运行经验表明,架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的,而永久性故障一般不到10%。因此,在由继电保护动作切除短路故障之后,电弧将自动熄灭,绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此,自动将断路器重合,不仅提高了供电的可靠性,减少停电损失,而且还提高了电力系统的暂态稳定水平,增大了高压线路的送电容量。 根据国标对于 110kV 线路,采用三相一次重合闸。重合闸可以通过整定灵活选择检无压、检同期、不检方式进行重合。不检方式在跳闸固定后,到达重合时间时直接重合;选择检无压方式时,如果满足无压条件到达重合时间则重合,若不满足无压条件则自动转为检同期。 装置设有两个启动重合闸回路:保护启动以及断路器位置不对应启动。保护启动是指根据三相跳闸启动重合闸;断路器位置不对应启动是指利用跳闸位置继电器启动重合闸,主要是为了防止开关偷跳。满足下列任一条件,按不对应启动重合闸处理: ①若有不对应启动重合闸信号输入。 ②若保护原在合位,现变成跳位,又无闭锁重合闸信号,则按不对应启动重合闸进行重合。不对应启动重合闸与保护跳闸的配合:保护发跳令后,闭锁不对应启动重合闸。保护装置还具有后加速功能,保证手合或者重合于永久故障能够快速切除,加速跳闸一律实现三跳并闭锁重合闸。加速方式可灵活的选择,可以 30 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 选择瞬时加速零序电流Ⅱ段、零序电流Ⅲ段以及是否经振荡闭锁,也可以选择零序过流加速、相过流加速。另外保护装置能自动识别线路由停运状态转为运行状态,不依靠手合开入自动开放手合加速。后加速保护重合闸或手合后投入100ms,满足加速条件时出口永跳,100ms 以后进入正常的保护。为了防止多次重合,重合闸只有在重合闸充电满的条件下才允许重合闸,重合闸的充电时间一般为15s;发出重合闸命令后重合闸放电。 4.5微机保护的算法 定义: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,以实现各种继电保护功能的方法称为算法。 目前已经提出的算法有很多种。分析和设计各种不同的算法的优劣的标准是精度和速度。速度又包含两个方面:一是算法所要求的采样点数(或称数据窗长度);而是算法的运算工作量。但是精度和速度又是矛盾的。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。所以研究算法的是指是如何在速度和精度两个方面进行权衡。 4.5.1输入为正弦量的算法 即输入为: inTs两点乘积算法: 2IsinnTs0I 两个采样值为: s 和 n 2 T s 。 i1 和 i2 ,采样时刻:n 1Tn2Tsn1Ts2 式(4.1) i2in2Ts2Isin1I2Isinn1Ts0I22Icos1I2 式(4.2) 由公式4.1与4.2可推导得: 2i12i2I 2I2i2i2122 式(4.3) i1tg1Ii2 得: 1Iarctgi1i231 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 2u12u2U 2 式(4.4) 得: u1tg1u u2由(4.3)与(4.4)得 UZI22u1u22i12i2同理 22U2u12u21uarctgu1u2 式(4.5) u 1 1 i 1 式(4.6) z1U1Itg1tgui22 4.5.2突变量电流算法 基本原理: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原理如下图。 im(t)故障后的测量电流im(t)RK 图4.3 故障系统测量电路 故障分量电流: ik(t)im(t)iL(t)iL(t)负荷电流(a)正常运行状态ik(t)=故障电流分量RRiL(t)ik(t)Kuk(t)(b)短路附加状态图4.4 故障系统分解电路 式(4.7) 32 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 正常运行的负荷电流是周期信号,有: iL(t)iL(tT) 式4.7代入4.8得: ik(t)im(t)iL(tT) 又有: iL(tT)im(tT)式(4.8) 可推出: ik ( t ) ( t ) i m ( t T ) 式(4.9) im 微机保护的采样值计算公式为: 故障分量电流的特点: (1)系统正常运行时,计算出来的值等于0; (2)当系统刚发生故障的一周内,求出的是纯故障分量; (3)突变量电流算法受频率偏移的影响。 为减少频率浮动的影响,可得: ikikikN式(4.10) i k i k i k N ik N ik 2 N 式(4.11) 4.5.3选相方法 突变量电流法选相: 依据:根据不同故障时,各相突变量电流特征的不同来判别故障相别。 (1).单相接地故障(AN):两个非故障相电流可能与故障相电流相位相差 180。 图4.5 单相接地相量图 (2).两相不接地短路(BC):图如下图所示,非故障相电流为0,故障相电流之差最大。 33 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 图4.6 两相短路相量图 (3)两相接地短路:图如下所示,三种不同相电流之差中,两相电流之差最大。 图4.7 两相接地短路相量图 (4)三相短路: 三个相电流差的有效值相等。 图4.8 三相短路 (5)突变量电流选相的程序流程图 34 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 故障相判别程序入口计算和比较三种相电流差的突变量|IAIB|最小|IBIC|最小|ICIA|最小|IBIC||ICIA|?N|IAIB|最小Y比较三种相电流差,找出最大者|IBIC||IAIB|?N|IAIB|最大|IBIC|最大|ICIA|最大YA相接地AB相特征最明显BC相特征最明显CA相特征最明显 图4.9 故障相判别程序流程图 4.5.4傅里叶级数算法 傅里叶算法的基本思想是来自于傅里叶级数,本身具有滤波作用。它假定被采样的模拟信号是一个周期性时间函数,除基波外还含有不衰减的直流分量和各次谐波,可表示为: x(t)(bncos nω1tansin nω1t) n0∞由傅氏级数原理,可以求出a1、b1分别为: a12TTx(t)sinωtdt 10 b12T于是基波分量为: Tx(t)cos ωtdt 10x1(t)a1sinω1tb1cosω1t2Xsin(ω1tφ1) 由数学知识不难得到,对于每周期采样N次的离散采样系统,其基波电压(或 35 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 电流)的有效值X为: X22(a1b1)/22π)Nk0 N22πb1xcos(k)kNk0Nbφ1tg11a12a1NxNksin(k傅氏算法是在电力系统中应用很广的一种较好的算法,尤其是在提取基波分量时,傅氏滤波占有重要的地位。全波傅氏算法不仅能滤除所有整次谐波分量(奇次谐波不能完全滤除)和恒定的直流分量,对于非整次谐波分量和按指数衰减的非周期分量所包含的低频分量也由一定的抑制能力。由于它要求输入信号为周期函数,所以非周期函数的输入将会产生一定的误差。另外提高采样频率可以明显提高傅氏算法计算结果的精度。 基本原理: x(t)Xnsin(n1tn)(Xnsinn)cosn1t(Xncosn)sinn1tn0n0 1t a n sin n 1t b cos n 式(4.12) n0n 2T2b1Ta1T0Txtsin1tdtxtcos1tdt 式(4.13) 210 x1ta1sin1tb1cos1t2X1sin1t1a1b12X1cos1 X11(a1jb1)2X1sin12 1X(a12b12) 则: 2tg1b1a1对于一个任意波形的电流采样值: inTs利用傅里叶级数算法可以计算得出该电流中基波分量的有效值 和相位; 36 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 1N12a1I2isinkkTsNNk1N112b1Ii2icoski0kTsNTsNNk1基波分量的有效值: 基波分量的相位: I 式(4.14) 22a1Ib1I21Itg1基波正弦和余弦的系数为: b1Ia1I 表4.1 正弦和余弦系数 积分可以从任意t1时刻开始,改变t1不会改变基波分量的有效值,但基波分量的初相角却会改变。 2T2b1t1Ta1t1T0Txtt1sin1tdtxtt1cos1tdt0也可以把基波电流表示为实部和虚部的形式: 1(ajb)I1 2 1 I 1 I 式(4.15) 计算求得一个基波相量的实部和虚部参数后,可实现任意角度的移相。 XF1=1(a1jb1)(cosjsin)21(a1cosb1sin)j(a1sinb1cos)2计算求得三相基波的实部和虚部参数后,可实现对称分量滤过器的功能。 37 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 1a2X)F(X1AaXA11B1C 3 F 1 ( X a 2 a X ) 式(4.16) XA21A1B1C3 1X)F(X1AXA01B1C 3利用傅里叶级数算法计算任意n次谐波分量电流的有效值和相位: 谐波分量的有效值: 相位: In22anIbnI2anIbnI1N1N2N12isinknkTsNk1N12i2icosknikTsNTs0Nk1 式(4.17) nItg1bnIanI 式(4.18) 4.5.5 R-L 模型算法 基本原理:R-L算法仅用于计算线路阻抗。对于一般的输电线路,从故障点到保护安装处的线路段可用一电阻和电感串联电路来表示,即把输电线路等效为R-L模型。 图4.10 R-L模型等效电路图 uR1iL1didt38 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 其中,R1是线路正序电阻;L1是正序电感。 由于三相线路间有互感的影响。对于不同的故障类型,选取不同的电压、电流来构成方程式。 (1)对于相间短路,应用Ud,id;如Uab,ia-ib。 (2)对于单相接地短路,取经过零序电流补偿的相电压及相电流。 即: 零序电感补偿系数: 对于方程式: uaR1iakr3i0L1diakl3i0dt式(4.19) 零序电阻补偿系数: krkxr0r13r1L0L13L1R0是线路每公里的零序电阻,L0是线路每公里的零序电感 uR1iL1didtdi在不同采样时刻时,u、i和 R1、L1。 dt都是可以测量、计算到的,未知数为di在两个不同时刻t1、t2分别测量u、i和 dt,就可以得到: 则有 u1R1i1L1D1u2R1i2L1D2u1i2u2i1L1i2D1i1D2uDu1D2R121i2D1i1D2 式(4.20) 在计算机中,采样值用平均值来代替,导数用差分来代替。 inin1i 12 iin2i2n1 21.算法的频域分析 u1u2unun12uun2n1 2 对R-L模型算法的分析: 一条具有分布参数的输电线路,在短路时保护感受到阻抗为: ZfZc1thd39 xxxx学院本科毕业设计(论文) 4 微机保护的软件结构分析 其中: Zc1输电线正序波阻抗r1jl1g1jC1每公里的正序传输常数r1jl1g1jC1d短路点到保护安装处的距离d较小时, thdd Z(f)(r1jl1)dR1jL1 2. 稳定性分析 计算机中的数据都是有限字长的,如果在运算中有两个相近的数据进行相减运算,会导致相减结果的相对误差大大增加。 L1R1RefjLef u1i2u2i1i2D1i1D2u2D1u1D2i2D1i1D2i1Imsin1,D1Dmsin1DD1Dmsin1Di2Imsin1,分母: i2D1i1D2ImDm[sin(1)sin(1D)sin1sin(1D)] ImDm{[(sin1coscos1sin)sin(1D)] sin1[sincos(1D)cossin(1D)]} ImDm[sin1cossin(1D)cos1sinsin(1D) sin1sincos(1D)sin1cossin(1D)] IDsin[cossin()sincos()]mm11D11D 分子: ImDmsinsinDu1i2u2i1ImUmsinsinu2D1u1D2UmDmsinsinD1无关。一般情况下有: 从分母的式子可以看出,分母的数值与 D90i2D1i1D2ImDmsin所以越接近90°,分母的值就越大,算法的稳定性越好。 40 xxxx学院本科毕业设计(论文) 5 零序电流保护及自动重合闸整定计算 5 零序电流保护及自动重合闸整定计算 5.1零序电流保护整定计算 零序电流保护具有灵敏度高、动作速度快、受系统运行方式影响小、不受系统振荡影响等优点,在本设计中用来实现对接地故障的保护功能。零序电流保护共设置为三段,各段的整定原则如下。 零序电流I段为瞬时动作的保护,其整定原则为: ① 躲开下级线路出口处单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流 I3I0.max,引入可靠系数Krel(一般取1.2—1.3),即: ⅠIⅠ3I0.max set=Krel×②躲开断路器三相触头不同期合闸时出现的最大零序电流3I0.unb,引入可靠系数KIrel,即: ⅠIⅠ=K3I0.unb setrel×如果保护装置的动作时间大于断路器三相不同期合闸的时间,则可以不考虑这一条件,整定值选取以上两者中较大者。 零序电流II段整定原则: 考虑与下级线路零序电流速断Ⅰ段保护范围末端发生接地短路时流经本保护装置的最大零序电流相配合,同时考虑分支电路的影响,电流定值整定为: IⅡsetKⅡrelⅠIset Kb.min其中,KⅡrel——零序电流II段可靠系数,取1.1; Kb.min ——最小分支系数,等于下一线路零序Ⅰ段保护范围末端接 地短路时,流经故障线路与被保护线路的零序电流之比的最小值。 零序电流限时速断保护的灵敏系数按下式校验 Ksen3Ik0.min1.3~1.5 iiIset.2式中 Ik0.min——被保护线路末端接地短路时,流过保护的最小零序电流。 零序II段时间定值tⅡ取O.5s。 零序电流III段零序过电流保护整定原则: 41 xxxx学院本科毕业设计(论文) 5 零序电流保护及自动重合闸整定计算 零序III段的保护,在一般情况下是作为后备保护使用的,但在中性点直接接地系统中的终端线路上,也可以作为主保护使用。在零序过电流保护中,对继电器的启动电流是按照躲开下级线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Iunb.max来整定,引入可靠系数K 同时 护零序III段的保护范围,不能超出相邻线路上零序III段的保护范围。 零序III段时间定值tⅢ取1s。 Ⅲrel ,即: ⅢⅢIsetKrel×Iunb.max 5.2自动重合闸整定计算 三相重合闸整定原则单侧电源线路的自动重合闸时间,除应大于故障点断电去游离时间外,还应大于断路器及操作机构恢复到准备重合闸状态所需的时间。单侧电源线路的三相一次自动重合闸动作时间不应小于1s,如果采用二次重合闸,第二次的重合闸动作时间不应小于5s。 根据国家标准110Kv输电线路采用三相一次重合闸,即无论线路发生何种类型的故障,继电保护装置将断路器三相跳开,然后重合闸装置自动启动,经预定延时(可整定)发出重合脉冲,将断路器三相一起合上。若故障是瞬时性的,因故障已经消失,则重合成功,线路将继续运行;若故障是永久性的,则继电保护再次动作跳开三相,不再重合。重合闸的组成包括以下几个部分。 重合闸启动:当断路器由继电保护装置动作而跳闸或其他非手动原因而跳闸后,重合闸均应启动。一般使用断路器的辅助常开触点或者用合闸位置继电器的触点构成,在正常运行情况下,当断路器由合闸位置变为跳闸位置时,马上发出启动指令。 重合闸时间:起动原件发出启动指令后,时间元件开始计时,达到预定的延时后,发出一个短暂合闸脉冲命令。这个延时就是重合闸时间。 一次合闸脉冲:当延时时间到后,它马上发出一个可以合闸脉冲命令,并且开始记时,准备重合闸的整组复归,复归时间为15—20s。在这个时间内,记时再有重合闸时间元件发出的命令,它也不再发出可以合闸的第二个命令。此元件的作用是保证在一次跳闸后,对于瞬时性故障,有足够的时间合上短路器,对于永久性故障,能够再次跳开断路器,而不再重合。 手动跳闸闭锁:当手动跳开短路器时,不应该再进行重合,但此时重合闸回路也会启动,为消除这种情况造成的不必要合闸,设置闭锁环节,是指不能形成合闸命令。 42 xxxx学院本科毕业设计(论文) 5 零序电流保护及自动重合闸整定计算 重合闸后加速保护跳闸回路:对于永久性故障,在保证选择性的前提下,尽可能地加快故障的再次切除,需要保护与重合闸配合。当手动合闸到带故障的线路上时,保护跳闸,故障一般是因为检修时的保安接地线没拆除,缺陷未修复等永久性故障,不仅不需要重合,而且要加速保护的再次跳闸。 43 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 6.1零序方向保护流程图 随着电力工业的发展和用户对供电可靠性要求的提高,现代的电力系统实际上都是由很多电源组成的复杂网络,此时,简单的继电保护方式已不能满足系统运行的要求。 现在的电力系统网络一般都是双侧电源网络,分析双侧电源供电的情况下所出现的新矛盾,可以发现,误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生的故障,由对侧电源供给的短路电流所引起的。对误动作的保护而言,实际短路功率的方向照例都是由线路流向母线。显然与其所应保护的线路故障时的短路功率方向相反。因此,为了消除这种无选择的动作,就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件,该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作,而当短路功率方向由线路流向母线时不动作,从而使继电保护的动作具有一定的方向性。 零序电流保护子程序流程图如图6.1所示,时钟计时功能用于在报告和报文中记录带有故障时刻的信息。将测量得到的零序电流与零序I段电流定值进行比较。如果满足动作条件,则立即控制出口回路,发出跳闸命令和动作信号,同时保存I段动作信息,用于记录、显示、查询和上传。在零序电流I段的功能之后,执行零序电流II段的功能。当II段电流元件持续动作到II段时间时,立即发出跳闸命令。在程序中,采用计数器TN2计数的方式来实现精确的延时。零序电流III段的功能、逻辑比较过程与电流II段相似。 44 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 定时中断控制数据采集系统存储采样值时钟N故障启动元件?计算所需的数据值Im>=I1?YN发送跳闸命令,报告I段报告Im>=I2?YNTN2=0TN2+1TN2+Ts>=t2?YN发送跳闸命令,报告II段报告Im>=I3?NTN3+1NTN3=0,收回跳闸命令TN3+Ts>=t3?发送跳闸命令,报告III段报告定时中断结束图6.1 零序电流保护子程序流程图 45 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 6.2自动重合闸流程图 本设计采用三相一次重合闸方式。当线路发生各种类型故障时均切除三相,然后实现一次三相重合闸。三相重合时,可以选择检线路无压重合或检同期重合,也可以选择不检线路无压、不检同期而直接重合的方式。 重合闸为了防止出现两次重合,采用软件计数器实现重合闸充电延时。在采样中断服务程序里每中断一次,此软件计数器加1,在流程图中用“充电”和“放电”来描述这个软件计数器的计数和清零。充电时间取为15s。 图6.2是三相一次重合闸的程序流程图。进入三相一次重合闸程序后,首先检查充电是否完成,如果没有完成则放电后返回。如果完成则进行三跳重合条件检查,主要是检查是否满足检无压合闸条件。如果在重合延时时间内三跳重合条件检查通过,就发出合闸指令,然后检查合闸是否成功,如果重合成功就要收回合闸指令。如果没有成功就延时0.2s等待重合,在0.2s延时内仍然没有成功的话,则放电后返回。如果在重合延时时间内三跳重合条件检查没有通过,则放电后返回。 46 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 图6.2 三相一次重合闸的程序流程图 6.3程序部分 傅立叶算法程序编程如下: #include 47 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 #define N 128 #define M 7 #define A0 255.0 void filter(void) { int i,j,k; int p,J,L,B; float SinIn[N]; float dataR[N],dataI[N]; float dataA[N]; float Tr,Ti,temp; } k = N / 2; while(1) { if(j < k) { j = j + k; for(i = 0; i < N; i++) { } j = N / 2; for(i = 1; i < N - 2; i++) { if(i < j) { temp = dataR[i]; dataR[i] = dataR[j]; dataR[j] = temp; SinIn[i] = A0 * (sin(2*PI*i/25)+sin(2*PI* i * 0.4 )); dataR[i] = SinIn[i]; dataI[i] = 0; dataA[i] = 0; 48 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 { } } } { break; else } j = j - k; k = k / 2; for(L=1; L<=M;L++) B = 1; i = L-1; while(i) {B = B * 2; i--; } { p = 1; p = J * p; i = M - L; while(i) {p = p * 2; i--; } (2^L = 2*B) for(k = J; k <= N-1; k = k+2*B) { } Tr = dataR[k]; Ti = dataI[k]; temp = dataR[k+B]; dataR[k] = dataR[k] + dataR[k+B]*cos(2.0*PI*p/N) dataI[k] = dataI[k] + dataI[k+B]*cos(2.0*PI*p/N) dataR[k+B] = Tr - dataR[k+B]*cos(2.0*PI*p/N) -dataI[k+B]*sin(2.0*PI*p/N); dataI[k+B]=Ti-\\dataI[k+B]*cos(2.0*PI*p/N)+ for(J=0;J<=B-1;J++) + dataI[k+B]*sin(2.0*PI*p/N); - dataR[k+B]*sin(2.0*PI*p/N); temp*sin(2.0*PI*p/N); 49 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 } } } 选相程序编程如下: # include double X_value(); double IA,IB,IC,a,b,c; int Aphase=0,Bphase=0,Cphase=0; int ABphase=0,BCphase=0,ACphase=0; IA=X_value(); IB=X_value(); IC=X_value(); a=fas(IA-IB); b=fas(IB-IC); c=fas(IC-IA); if(a>b&&c>b) { if(5b<=c&&5b<=a) Aphase=1; else if(a>b&&a>c) ABphase=1; else if(b>a&&b>c) BCphase=1; else if(c>b&&c>a) ACphase=1; } else if(b>c&&a>c) { if(5c<=a&&5c<=b) Bphase=1; else if(a>b&&a>c) 50 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 ABphase=1; else if(b>a&&b>c) BCphase=1; else if(c>b&&c>a) ACphase=1; } else if(b>a&&c>a) { if(5a<=b&&5a<=c) Cphase=1; else if(a>b&&a>c) ABphase=1; else if(b>a&&b>c) BCphase=1; else if(c>b&&c>a) ACphase=1; } } 故障处理程序如下: # include double delay1(); double comphase(); int hand=0,jump=0,redirect=0; double Iecm,Iec1,Iec2,Iec3,t; void actreport1(); void actreport2(); void handreport(); if(hand=1) 51 xxxx学院本科毕业设计(论文) 6 零序方向保护及自动重合闸的流程图和程序设计 { if(Iecm else if(Iecm else if(Iecm } } 52 xxxxx学院本科毕业设计(论文) 7 总结和展望 7 总结和展望 本次设计的课题是110kV输电线路微型机零序保护原理分析与程序设计,主要包括微型机保护的硬件结构分析;微型机保护的软件结构分析;零序保护及自动重合闸的基本原理与整定计算;零序保护及自动重合闸的流程图和程序设计等。 主要做对微机保护的程序的设计和算法的综合分析,对微机保护算法的选择和应用场合有以下几点结论。 (1) 就正弦函数模型来算法来说,由于算法本身所需的时间数据窗很小(最少需要两三采样点),计算量小,因此对于暂态变量不丰富或者要求精度不高的情况下可以选用此模型。如果想让这种算法运用于复杂模型,必须配置精确的滤波器。这样使总的响应时间加长,计算工作量加大。 (2)微机保护的程序设计中出现的各种语法与逻辑性的问题,都可以通过程序的单步运行和查看标志位的内容得到解决的。 但是由于设计时间的不足和自身能力的有待提高,没能在整个系统的仿真方面有所突破。若是能利用Matlab的S-function函数和Simlink相结合的方法给整个系统进行仿真,会使设计有更好的应用前景。因此,以后还得继续努力学习仿真方面的知识争取有所突破。 通过这次设计,在获得知识之余,还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力,从中得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟,个人能力有进一步发展,本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。在这次设计中,我深深体会到理论知识的重要性,只有牢固掌握所学的知识,才能更好的应用到实践中去。这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力,它使我们的思维更加缜密,这将对我们今后的学习、工作大有裨益。 53 xxxx学院本科毕业设计(论文) 参考文献 参考文献 [1] 张保会,尹项根主编. 电力系统继电保护[M],北京:中国电力出版社,2005 [2] 崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M],北京:中国电力出版社,1995 [3] 贺家李.宋从矩.电力系统继电保护原理增订版[M],北京:中国电力出版社,2005 [4] 钟松茂等.电力系统继电保护设计指导[M],北京:中国水利水电出版社,2003 [5] 韩笑主编.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册[M],北京;中国水利水电出版社,2003 [6] 杨奇逊主编. 微型机继电保护基础(第3版)[M],北京;中国电力出版社,2007 [7] 陈皓主编.微型机保护原理及算法仿真[M],北京:中国电力出版社,2007 [8] 罗钰玲,吕铁民,陈家瑂,陈霖等.电力系统微机继电保护[M],北京:人民邮电出版社,2005 [9]张志竟,黄玉铮.电力系统继电保护原理与运行分析[M],北京:水利电力出版社,1995.3-5 [10] J.Machowski D.Nelles new power swing blocking method Developments in power system protection,[J]1997。 [11] I.F.Morrison,Prospects of on-Line Computer Control in Trans.,IE Australia,V01.EEl3,No.2,September 1992,PP 234-236 [12] P.J.Moore A.T.Johns New method of power swing blocking for digital distance protection IEEProc.-Gener.Transm.Distrib. Vol 143 ,No .1,January 1996。 [13] Texas Instruments.TMS320F28x System Control and Interrupts Reference Guide.TexasInstruments,2004 [14] B.D.Russell,Application of microcomputer to the protection and control of power system substations,proc.of.6th IEEE.Conf.in Decision. [15] B.J.Mann,I.F.Morrison,Digital calculation of impedance for transmission line Protetion, IEEE Trans.PAS Vol.90 No.1 1971 [16] M.Ramamoorty,Application of Digital Computer to Power System Protection,Journal of Inst..Eng.(India) Vd.52 No.10,1972 54 xxxx学院本科毕业设计(论文) 致谢 致谢 首先感谢恩师们对我学习的严格指导,感谢两年来对各位同学们在生活和学习中的关怀和帮助,尤其感谢程汉蓬老师的耐心指导、教导与关怀和帮助,才能使我顺利完成此次的毕业设计,使我在今后的工作和学习当中得到深深的教益。 在河南城建学院的四年学习中,得到了老师们和领导们的关心和帮助,正是这样,我才能在母校学习到有用的知识,同时在本次毕业设计中还得到了许多热心同学帮助。在设计过程中出现极大困难的时候,是老师们耐心的辅导教会了我如何将大学以来所学的专业知识综合运用起来,从而最终完成了毕业设计。也为我把四年来所学的专业知识用于实际操作打下了坚实的基础。 指导老师对本文提出了不少宝贵的意见和建议,同时提供许多有用的资料,在此表示衷心的感谢!在本文的编写过程中,也得到同学们的有力支持,他们给予我许多建议和一些宝贵的资料,在此也对他们表示衷心的感谢! 最后,感谢在大学四年当中在我的学习和生活当中给予过支持和帮助的各位老师和同学。再次衷心感谢程老师在毕业设计当中的耐心辅导和帮助! 55 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容