微机继电保护算法41页PPT

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03 微机继电保护的算法与实 现
微机继电保护的算法分类
01
02
03
04
差分算法
通过比较线路两侧的电流或电 压差值来检测故障，具有简单
、可靠的特点。
傅里叶算法
利用傅里叶变换分析信号频率 特性，用于检测谐波电流或电
压。
波形比较算法
通过比较正常与异常时的电流 或电压波形来检测故障。
人工神经网络算法
模拟人脑神经元网络，通过训 练学习识别故障特征。
微机继电保护的历史与发展
总结词
微机继电保护经历了从模拟式到数字式、从集中式到 分布式的发展历程。
详细描述
微机继电保护最早出现于20世纪70年代，当时采用的 是模拟式元件和电路，功能较为简单。随着计算机技 术和数字信号处理技术的发展，数字式微机继电保护 逐渐取代了模拟式保护。同时，随着分布式系统和网 络通信技术的发展，分布式微机继电保护系统也逐渐 成为主流。未来，随着人工智能和大数据技术的应用 ，微机继电保护将更加智能化和自适应化。
人工智能应用
人工智能和机器学习技术在微机继电 保护领域的应用正在逐步深化。这些 技术可以帮助系统自动识别和应对各 种复杂的电力故障情况。
网络化
网络技术的广泛应用为微机继电保护 带来了新的可能性。通过网络化控制 ，可以实现更快速、更准确的故障定 位和隔离。
集成化和模块化
为了提高系统的可靠性和可维护性， 微机继电保护系统正在朝着集成化和 模块化的方向发展。
《微机继电保护》PPT课件
目 录
• 微机继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的算法与实现 • 微机继电保护的应用与案例分析 • 微机继电保护的发展趋势与展望
01 微机继电保护概述

由电力系统输入到继电保护装置的模拟 信 号分类： • 来自TV(或TA)的交流电压(或电流)信号； • 来自分压器(或分流器)的直流电压(或电流)信 号； • 自断路器、隔离刀闸等设备辅助接点以及其它 继电器接点的开关量信号，或者来自别的微机 保护或数字设备的数字量信号。
输入信号预处理过程的具体步骤为： 1. 将电力系统输入到继电保护装置的模拟信号
2. 数据处理单元对已转变为数字量电量信号进 行数字滤波，从而获得微机保护算法所需要 的数字信号序列；
3. 数据处理单元对已滤波的数字信号序列采用 合适的算法并结合开关量输入信号综合判断， 然后根据判断结果控制开关量输出系统和人 机对话和外部通信系统的输出，实现闸、信 号告警、数据记录等功能。
一、输入信号预处理
二、模拟量输入系统
微机保护装置模拟量输入接口部件的作用 是 将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散 化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。
交流模拟量输入接口部件内部按信号传 递顺 序为：电压输入变换器和电流输入变换器及其电 压形成回路 、前置模拟低通滤波器 、采样保持 器 、多路转换器、模数变换器。
采样 多路
A/D 数据更
保持 转换器 转换器 新排队
输入信号的预处理
图2—2 输入信号预处理流程框图
二、数字滤波
数字滤波器的优点： • 滤波精度高。加长字长可以很容易提高精度。 • 可靠性高。模拟元器件很容易受环境和温度 的
影响，而数字系统受这种影响要小得多。 • 灵活性高。数字滤波器改变性能只要改变算 法
• 按照不同的滤波理论又可分为常规滤波器和最 佳滤波器。
• 按频率特性分为低通、带通、高通和带阻四类 基本滤波器，其中前两类滤波器在微机保护中 用得较多。

You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
（14-19）
H
z
Y z X z
1
zk
（14-20）
H
z
Y X
z z
1
zk
（14-20）
取 z e jTs 代入式（14-20）得：
H e jTs 1 e jkTs
1 cos kTs j sin kTs （14-21）
其幅频特性：
A H e jTS 1 cos kTS 2 (sin kTS )2
第十四章 微机继电保护原理
第一节 概述 第二节 微机继电保护装置硬件的构成原理 第三节 数字滤波器 第四节 微机继电保护的算法 第五节 微机保护的软件 第六节 提高危机继电保护装置可靠性的措施
第三节 数字滤波器
一、数字滤波器的基本概念 二、几种基本数字滤波器
（一）减法滤波器 （二）加法滤波器 （三）积分滤波器 （四）级联滤波器
此外，由于滤波器的数据窗明确，便于确定他的时延。 易于在滤波特性与滤波时延之间进行协调。
递归型（IIR）
（14-10）
如果式中系数不全为零，表明滤波器输出不仅与现行输 入、前行输入有关，还与前行输出有关，相当于系统有反馈 回路。前行输出又作为输入影响当前输出，称为递归型。
IIR滤波器利用了反馈信号，易于获得较理想的滤波特 性，但存在滤波系统稳定性问题。在设计中需要特别注意。
电力系统发生故障瞬间，由于电流和电压信号含 有衰减的直流分量和各次谐波，而大多数保护装置的 原理是建立在反映正弦基波或整数次谐波基础之上， 所以对输入信号要作滤波处理。

的电阻和电抗分量，即
R U m cos u1i1 u2i2 (u1i2 u2i1 )cosTs
Im
i2 1

i2 2

2i1i2
cosTs
(8-30)
X U m sin (u1i2 u2i1 )sinTs
Im
i2 1

i2 2

2i1i2
cosTs
(8-31)
（2）通用微处理器
（3）数字式信号处理器（DSP）
2.模拟量输入（AI）接口部件 继电保护的基本输入电量是模拟性质的电信号。一次
系统的模拟电量可分为交流量、直流量以及各种非电量。 它们经过各种互感器转变为二次电信号，再由引线端子进 入微机保护装置。这些由互感器输入的模拟电信号还要正 确地变换成离散化的数字量。
1
s in kTs cosksTs

arctg
tg
kTs
2

arctg tg( kTs) 1 2 fkTs （8-4）
2 2 2
式中 2f , f 为输入信号频率； TS为采样周期，TS＝1/ƒs，
ƒs为采样频率，通常要求ƒs为基波频率ƒ1的整数倍，即ƒs=Nƒ1，
(8-26)
同 理 ， 由 式 (8-22) 与 式 (8-23) 相 减 消 去 ωtk 项 ，
得
UmIm
sinFra biblioteku1i 2 u 2i1 sin Ts
(8-27)
在式(8-26)中，如用同一电压的采样值相乘，或用同一 电流的采样值相乘，则 ＝0，此时可得
Um2

u1 2

u2 2 2u1u2
sin2 Ts

Um2u12u22si22nu1uT2ScosTS Um2u22u32si22nu2T uS 3cosTS
cos TS
u1 u3 2u2
U
3.4 与信号频率无关的算法
全周积分算法
T 2Isint()dt T 2Isint()dt
0
T
0
2Isi ntdt42IS
N 1
S ik TS
k 0
N1
3.2 基于正弦信号模型的算法
导数法
利用正弦信号在某一时刻的采样值及该时刻对应 的导数值计算有效值和相位。
i12 Isit1 n 1 (I)2 Isi1 In
i12Icos1I
令
i2
i1
2Icos1I
则可将两点乘积算法表示为：
X
u1
i1
i1 2
u 1
i1
i1
2
R
u 1i1
u 1
3.4 与信号频率无关的算法
三采样值积算法
u 1 U m sit 1 n 0 U ( ) U m si1 U n
u 2 U m si ( t 1 n T S ) [ 0 U ] U m s1 i U n T S ) (
u 3 U m s( i t 1 n 2 T S ) [ 0 U ] U m s1 i U n 2 T S ) (
（3）减小过渡电阻影响的阻抗算法
U m Z 1 I m R g ( I m I n )
Z 1 I m R g I k
Z 1 I m R g 3 I 0k
Z 1 I m
Rg
1 C 0 M
3 I 0m
Z 1 I m
Rg
1 C 0M
3 I 0m

EPROM、 EEPROM、 F并L行AS接H口、:RAM
输 入
并行接口 连接开入开出系
统。
数据采集系统
微机主系统
10.1 微机继电保护的硬件构成
一、概述
2.单CPU微机保护硬件结构示意图★★
来
CPU
自
TA
电压形成 LF S/H
EPROM
TV
二 次 侧
.
M
EEPROM
.
P AD
FLASH
的 模
.
X
10.1 微机继电保护的硬件构成
二、数据采集系统
1.电压形成★ (2)输出电气量
一般都是电压信号。
根据模数转换器的不同，范围有0~5V,0~10V,2.5V~+2.5V,-5V~+5V,-10V~+10V等。
2.单CPU微机保护硬件结构示意图★★
CPU:
来
CPU 中央处理单元。
自
TA
电压形成 LF S/H
TV
EPROM 存储器:
二 次 侧 的 模 拟 量
.
M
.
P AD
.
X
电压形成 LF S/H
EEPROM FLASH RAM 定时器
EPROM、 EEPROM、 F定L时AS器H:、RAM
输 入
完成计时、采样
RAM
拟 量
电压形成 LF S/H
定时器 光
输 入
并行接口
电出
隔 离
口 电 路
人机对话 打印机 开关量输入
开关量输出
数据采集系统
微机主系统
开入/开出系统
10.1 微机继电保护的硬件构成
一、概述

执行部分：根据逻辑部分的结果，立即或延时发出报警信 号和跳闸信号（故障、不正常运行时）。
继电保护的接线简图
继电保护与一次侧 电力系统设备之间的 联接简图。
继电保护就是通过 二次侧弱电系统来控 制（如跳开、闭合） 一次侧强电系统设备。
三、对继电保护的基本要求
1、选择性 2、速动性 3、灵敏性 4、可靠性
电力系统的三种状态：故障、不正常运行、正常状态
（2）不正常运行状态：电力系统设备的电流过大、电压过 高等不正常状态。
不正常运行状态产生的后果：电力设备的电流过大会使设备 载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和 损坏，可能发展成故障。
不正常运行状态产生的对策：一旦电力系统设备发生不正常 运行状态，应该发出告警信号、减负荷或跳闸。
求适当地予以协调。
经济性考虑：
选择并配置继电保护装置时，应考虑经济条件，按被 保护元件在电力系统中的地位和作用来确定保护方式。
对于重要的系统元件，如果选用简单价廉的保护装置， 由于技术性能不佳，出现拒动或误动所带来的损失是惊人 的。而对较为次要的数量很多的电气元件，则不应装设过 于复杂昂贵的保护装置。
确定线路两侧电流参考正方向：母线→线路（如绿色箭头）
正常运行： 电流：为负荷电流，两侧电流大小相等，方向相反（即相位相差
180）。 内部d1短路： 电流：线路BC两侧电流大小一般不等，方向相同（即相位相同）； 差动保护原理
基本原理的总结 电流 I ： 故障时增大 - 过电流保护
正常状态时 两侧电流相位相同 内部故障时 两侧电流相位相反 －差动保护
即不正常工作时发出告警信号。
二、基本原理和保护装置的组成
继电保护的基本原理：正确区分正常运行和故障 或不正常运行状态，当确认被保护设备发生内部 故障或不正常运行状态时，发出跳闸命令或告警 信号。

继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的分类与应用 • 微机继电保护的优缺点与展望 • 微机继电保护的实际应用案例
01 微机继电保护概述
CHAPTER
定义与特点
定义
微机继电保护是指利用微型计算 机技术来实现电力系统继电保护 功能的系统。
微机继电保护装置具有灵活的配置和编程 能力，可以根据需要进行定制和扩展，适 应不同系统的需求。
微机继电保护装置具有自我诊断和修复功 能，能够检测和修复潜在的故障，提高系 统的可靠性和稳定性。
微机继电保护的缺点
对硬件和软件要求高
01
微机继电保护装置需要高性能的硬件和软件支持，增加了系统
的复杂性和成本。
对数据传输和处理能力要求高
02
微机继电保护装置需要实时传输和处理大量数据，对数据传输
和处理能力要求较高。
对外部环境因素敏感
03
微机继电保护装置对外部环境因素较为敏感，如温度、湿度、
电磁干扰等，需要采取相应的防护措施。
微机继电保护的展望
智能化发展
随着人工智能技术的发展，微机继电保护装置将更加智能化，能 够自适应地学习和优化保护策略。
应用效果
该系统的应用显著提高了发电厂的安全性和可靠性，减少了设备 损坏和事故发生。
技术特点
该系统采用了基于数字信号处理技术的继电保护算法，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
某变电站的微机继电保护系统
案例概述
某变电站的微机继电保护系统采用了先进的微机继电保护装置，实 现了对变电站的全面保护。
应用效果
该系统的应用显著提高了变电站的安全性和可靠性，减少了设备损 坏和事故发生。
04 微机继电保护的优缺点与展望
CHAPTER

对脉冲计数，从而完 成对电压的测量
10
:
2021/5/30
3.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟
量输入系统 （1〕电压形成回路
类型 电流变换器〔UA） 电压变换器〔UV） 电抗变换器〔UR）
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 足精度要求。
意义，需要了解。
2
:
2021/5/30
学习方法
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
• 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。
3
:
2021/5/30
微机保护优点
• 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。
7
:
2021/5/30
3.2 数据采集系统
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
• AD转换结果直接存入内存
33
:
2021/5/30
3.3 开关量输入输出回路原理
不带电位的接点〔QF位置、跳闸等）、逻辑电平〔键盘、信号）。
开关量输入回路 • 电平接点直接接入并行口
5V • 外部接点要采取抗干扰措施，
如光耦的隔5V离
R
PA0
S
R1
R3
+24V
PA0
8255

5．如何保证继电保护的可靠性?
答：继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技 术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和 管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器 等)都不允许在无继电保护的状态下运行。220kV及 以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输 入、输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的 继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或 任一组断路器拒绝动作时，能由另一套继电保护装 置操作另一组断路器切除故障。在所有情况下，要 求这购套继电保护装置和断路器所取的直流电源都 经由不同的熔断器供电。
微机保护的优点
20年来，微机型继电保护装置在我国电力系统 中获得广泛应用，常规的电磁型、电动型、整流型、 晶体管型以及集成电路型继电器已经逐渐被淘汰。 以往，继电保护装置与继电保护原理是一一对应的， 不同的保护原理必须用不同的硬件电路实现。微机 继电保护的诞生与应用彻底改变了这一状况。微机 继电保护硬件的通用性和软件的可重构性，使得在 通用的硬件平台上可以实现多种性能更加完善、功 能更加复杂的继电保护原理。
2 ．继电保护在电力系统中的任务是什么? 答：继电保护的基本任务： (1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该 元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最 近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力 系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本 身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满 足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂 态稳定性等)。 (2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常 工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经 常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理， 或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引 起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况 的继电保护装置允许带一定的延时动作。