电自-微机保护概述课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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。,第1章 继电保护基础1.5 微机保护概述目标：,硬件组成,数据采集系统原理,基本算法,软件结构,知识点,：,硬件组成 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,掌握硬件、软件的作用，基本原理。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,1.5.1 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,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）1.微机保护硬件部分的构,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,数据采集系统（或称模拟量输入系统）,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 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。,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,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）,开关量输入/输出回路：完成各种保护的出口 跳闸、信号指示、,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）、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,基于逐次逼近型A/D转换的采集系统2.数据采集系统前者包括：,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 滤除高频，降低采样频率逐次逼近式A/D,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,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,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,类型：（1）电压形成回路作用：基于逐次逼近式A/D转换的,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,有源ALF由RC网络加上运算放大器构成，其特性较稳定，不受时,模拟低通滤波器（,ALF,）的作用：,滤除输入信号中,fs,2,以上的频率分量，降低采样频率。,模拟低通滤波器（ALF）的作用：,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,T,S,采样周期,f,S,=1/T,S,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,采样：将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号x*(t)。,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。,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,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,要求：（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,f,0,，,T,S,为采样周期，,f,S,为采样频率,混叠,混叠,正确,4,3,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，,若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满足,f,s,2f,0,。,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,f,max,，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,2f,max,，即,fs2f,max,。,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,fs,2,以上的频率分量。,若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满足fs2f0。,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。,目前绝大多数微机保护的采样周期Ts为 5/6ms或 5/3m,（,4,）模拟多路转换开关（,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。,译码,/,驱动器,EN,A,1,A,2,A,3,A,0,AS,1,AS,15,AS,0,15V,+15V,u,i0,u,i1,u,i15,u,out,（4）模拟多路转换开关（MPX）模拟量输入通道公用一个A/D,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,U,R,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,ADC的基本原理（5）模数转换器（ADC回路）将输入的离散模,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，,2,6,64,；,精度,64/2,6,1,元。,二分法举例ADC的基本原理已知某物品价格在0-64元间（31,逐次逼近,ADC,原理,ADC,的基本原理,参考电压,U,R,，,ADC,位数,N,位，输入电压,U,i,，,则最多需要比较,N,次，精度为,U,R,/2,N,。,第,1,次,第,2,次,第,N,次,1,0000,01,000,01101,高，,1,改,0,低，,1,保持,结束,第,3,次,011,00,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。,逐次逼近ADC原理ADC的基本原理参考电压UR，ADC位数N,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,。,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。,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。,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,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,中断方式,DMA,查询方式数据采集系统与微机接口靠CPU查询AD转换是否结束中,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。,微处理器CPU3.微型机主系统存储器包括：微型机主系,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,开关量输入回路4.开关量输入输出回路电平接点直接接入并行口,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,开关量输出回路电平接点并行口直接输出,5.,通信接口,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。,5.通信接口通信回路：实现保护之间的通信及远动，便于实现综合,6.,电源,电源回路,：,为整个装置提供直流电源,。,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。,1.5.3 微机保护软件部分的构成构成：监控程序、运行程序。,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。,微机保护运行程序一般可分为三部分。,a）主程序。包括初始化，全面自检、开放及等待中断等；,（,1,）主程序,（1）主程序,主程序框图,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,（2）采样中断服务程序采样中断服务程序,电自-微机保护概述课件,在进入中断服务程序后，首先关闭其他中断是为了在采样