微机保护基础知识.pptx
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1、2023/2/121硬件组成 数据采集系统 原理基本算法 软件结构 抗干扰的措施 内容与要求硬件组成需要了解,最终的目标是要掌握微机保护的接线。基本算法与软件组成是重点内容,是实现继电保护原理的方法。抗干扰措施是微机测控系统的通用方法,具有普遍意义,需要了解。第1页/共75页2023/2/122掌握基本原理用计算机方法实现电流保护,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学习方法要分清楚哪些是基本原理。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。第2页/共75页2023/2/123可靠性高;灵活性强;性能改善,功能易于扩充;维护调试方便;有利于实现变电站
2、综合自动化。微机保护优点 元件少,接线简单,软件一致。投退功能灵活,硬件通用。可以实现复杂继电保护原理,如任意形状阻抗继电器,功能扩充时可以不需要更改硬件。微机保护测试仪的应用,缩短了调试时间。通信与网络功能的加强,可以实现遥控、遥信、遥测、遥调的“四遥”功能。第3页/共75页2023/2/124模拟量输入系统(或称数据采集系统)CPU主系统开关量输入/输出回路人机接口回路通讯回路电源回路8.1 微机保护硬件将交流模拟量转为CPU能够处理的数字量,并要达到隔离与精度要求。基本通用的微机主系统。接点状态或高低电平的处理。便于操作,如键盘、液晶显示、打印机、信号灯等便于综合自动化。开关电源,要强调
3、抗干扰。第4页/共75页2023/2/125 数据采集系统 开关量系统 人机对话微机保护硬件组成第5页/共75页2023/2/126微处理器CPU存储器并行口串行口定时/计数器等微机主系统需要强调的是,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。第6页/共75页2023/2/127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8.2 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
4、)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第7页/共75页2023/2/128电压变换、屏蔽和隔离 滤除高频,降低采样频率逐次逼近A/D转换方式保证数据的同时性 节约A/D转换器逐次逼近原理第8页/共75页2023/2/129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第9页/共75页2023/2/1210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适当值,以满足精度要
5、求。屏蔽和隔离,TA、TV二次侧过电压损坏保护装置。8.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统第10页/共75页2023/2/1211采样:将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号x*(t)。(2)采样保持(S/H)电路TS采样周期 fS=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第11页/共75页2023/2/1212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。(2)采样保持(S/H)电路粉红色为理想值,红色为实际值。第12页/共75页2023/2/1213要求:1、截获时间尽量短,特别是对快速变化的输
6、入信号采样更应保证这一点;2、保持时间要长;8、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄露电流要小。(2)采样保持(S/H)电路采样电子开关要求1:CH越小越好要求2:CH越大越好CH的大小应当如何确定呢?第13页/共75页2023/2/1214离散信号怎样才能真实反映被采样的连续信号,若要求不丢失信息,应满足什么条件?(8)ALF和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确第14页/共75页2023/2/1215若要不丢掉信息地对输入信号进行采样,就必须满足fs2f0。(8)ALF和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
7、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。采样定理对模拟信号要求(采用模拟低通ALF的原因)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),滤出fs2以上的频率分量。第15页/共75页2023/2/1216目前绝大多数微机保护的采样周期TS为 5/6ms或 5/8ms,即采样频率为1200HZ或600HZ。(8)ALF和采样频率微机保护现状每周期采样N=24点或12点。第16页/共75页2023/2/1217(8)ALF分类与电路有源ALF无源ALF由RC网络加上运算放大器构成,其特
8、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,在微机保护ALF中很少应用。无源电路特性第17页/共75页2023/2/1218(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ENA1A2A8A0AS1AS15AS015V+15Vui0ui1ui15uout第18页/共75页2023/2/1219ADC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,
9、编成二进制代码的数字信号。将数字量D转换成模拟量。l数摸转换器第19页/共75页2023/2/1220二分法举例ADC的基本原理已知某物品价格在0-64元间(81元),猜一猜该物品价格(精确到1元)。第1次第2次第8次第4次第6次第5次821624288180高低低低结束低64是基准值;最多6次,2664;精度64/26 1元。第20页/共75页2023/2/1221逐次逼近ADC原理ADC的基本原理参考电压UR,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100000100001101高,1改0低,1保持结束第8次01100低模数转换器的位数越多即N
10、值越大,则模数转换器分辨率与转换的精度越高。第21页/共75页2023/2/1222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。第22页/共75页2023/2/1223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。第23页/共75页2023/2/1224(1)VFC转换器的基本原理8.2.2基于VFC转换的数据采集系统0f(b)0t(a)0(c)tVFC的脉冲输出频率正比于输入电压幅值,对脉冲的计数就完成了对电压幅值的测量。第24页/共75页2023/2/1225可见,输入
11、模拟电压uin变换成一串等幅脉冲,而等幅脉冲Uo(f)的频率与输入电压成正比。第25页/共75页2023/2/1226 根据反充电与充电电荷平衡原理:输出频率(81)(82)可见,输出频率fo反应了输入电压Uin的大小。Uifo0第26页/共75页2023/2/1227须注意这里读数与输入电压没有对应关系,不能用于数值计算。VFC数据采集系统的工作分析VFC输出至计数器,CPU每隔KTs读数为RD1、RD2 RDk。每隔KTKTs s对输出脉冲的计数,实质上是在此期间内对f f的积分。在某段时间内的计数值就是这段时间对频率的积分值。第27页/共75页2023/2/1228假设RDk、RDK-N
12、分别为tK和tK-N时刻的读数,则这段时间内的计数值DK为:可见,两次读数之差即为采样值,可用于计算。采样值DK反应了uin(t)在 KTS(K-N)TS 的积分面积。第28页/共75页2023/2/1229令矩形面积=积分面积 可见,DK反应了时刻 的输入电压uin()。于是,1)因uin()在NTs时间段保持不变,故可通 过增加数据窗长度NTs,来提高分辨率;2)DK反应了某段时间的积分值,所以具有 滤除高频分量的作用。第29页/共75页2023/2/1230分辨率举例相当于10位A/D转换器的分辨率计数脉冲最高频率为500kHZ,计数时间为2ms则,当输入电压为最大值时,计数值为第30页
13、/共75页2023/2/1231分辨率举例这样就造成比较大的误差计数脉冲最高频率为500kHZ,要达到12位A/D转换器的分辨率第31页/共75页2023/2/1232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l中断方式lDMA第32页/共75页2023/2/1233开关量输入回路8.8 开关量输入输出回路原理电平接点直接接入并行口外部接点要采取抗干扰措施,如光耦的隔离不带电位的接点(QF位置、跳闸等)、逻辑电平(键盘、信号)。第33页/共75页2023/2/1234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
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