继电10-微机保护概述

nTs t
2020/6/9
（3）采样保持（S/H）电路
要求：
要求1： 1、截获时间尽量短，特别是对快速变化的 CH越小越好 输入信号采样更应保证这一点；
2、保持时间要长；
要求2： CH越大越好
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。
采样电子开关
保持电容CH的大 ui
小应当如何确定
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。
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知识点：
硬件组成 数据采集系统原理 基本算法 软件结构
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学习方法
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
• EEPROM－用于存放保护定值， 也可采用FLASH来存放。
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4.开关量输入输出回路
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， 如光耦的隔离
R PA0
5V R1
S
R3
+24V
8255
PA0 光耦
S
8255
电平接点，如键盘等
R2
R4
外部接点接入，如QF等
t
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采样频率
结论 若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须 满足fs≥2f0。
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fs≥2fmax。
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。
…
模数转换器的位数越多即N值越
结束
大，则模数转换器分辨率与转换 的精度越高。
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DAC数模转换原理
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。
-uR
R
R a
b
R
R
c
RF
2R2RLeabharlann 2R2RR
I1
I2
I3
I4
S1
S2
S3
S4
B1
B2
B3
1
0
1
－
B4
I
0 ＋
I1
UR 2R
I2
分量，降低采样频率。
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X(t)
（3）采样保持（S/H）电路
0 S(t)
1
X*(t0)
Ts 2Ts 3Ts
0 Ts 2Ts 3Ts
t nTs t
nTs t
采样：将一个连续时间信 号x(t)变成离散时间信号 x*(t)。
TS－采样周期 fS=1/TS－采样频率 工频每周期采样点数N为：
呢？
AS 阻 抗
阻
抗
uo
变 换
CH
变 换
1
S(t)
2
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采样频率
问题？ 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？
被采样信号x(t)的频率为f0，TS为采样周期，fS为采样频率
x(t)
t
fs f0
43
fs
－
32
f0
fs 2 f0
混叠
t
t 混叠
正确
• 将数字量D转换成模拟量。
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ADC的基本原理
二分法举例
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 32
高
第2次 16
低
第3次 24 第4次 28 第5次 30 第6次 31
低 低 低 结束
64是基准值； 最多6次，26＝64； 精度64/26 ＝1元。
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ADC的基本原理
逐次逼近ADC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
100…00
高，1改0
分层电压
Q=
UR 层数
UR 2N
第2次 第3次 …
第N次
010…00 011…00 …
011…01
低，1保持 低
分辨率
1 2
g2UNR
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。
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1.5.1 微机保护装置的特点
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
EN A0 A1 A2 A3
+15V
译码/驱动器
– 15V
AS0 AS1 uout ui0 ui1
AS15 ui15
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（5）模数转换器（ADC回路）
ADC的基本原理 数模转换器
• 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。
UR 4R
I3
UR 8R
I4
UR 16R
I =
UR R
(B12-1+B2 2-2 +B3 2-3 +B4 2-4 )
UR R
D
uD (URRF / R)D
uD
可见，输出模拟电 压正比于输入的数 字量D 。
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采样电压 U*(t)
模数转换器回路逻辑
比较器
+ -A uD
D/A
UR
数字量D SAR
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6.电源
电源回路：为整个装置提供直流电源。
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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。
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微机保护运行程序一般可分为三部分。
• 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
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逐次逼近式A/D转换方式
电压变换、 屏蔽和隔离
滤除高频，降 低采样频率
逐次逼近原理
TV TA
电压形成
ALF
多
S/H
路
二 次
转 换
A/D
侧
电压形成
来
ALF
S/H
开 关
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。
N= T fs TS f
T－工频周期，20ms f=1/T－工频频率，50HZ
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X*(t) 采
（3）采样保持（S/H）电路
样
保持：为保证各通道采样的
信
同时性，在等待模数转换 的过程中，必须保持采样
号
值不变。
0 保 Ts 2Ts 3Ts 持 信 号
0 Ts 2Ts 3Ts
nTs t
粉红色为理想值， 红色为实际值。
• 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。
R1
R2
uo
ui
ui C1
C2 uo
无源电路
0
fs
特性
2
f
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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
时钟
置数选择逻辑
• 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。
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数据采集系统与微机接口
查询方式 中断方式 DMA
• 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
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3.微型机主系统
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（1） 主程序
给保护装置上电或按复归按钮后，进入程序入口，首先进 行必要的初始化（初始化一）。如堆栈寄存器赋值、控制口的 初始化、查询面板上开关的位置（如在调试位置进入监控程序， 否则进入运行状态）。然后，CPU开始运行状态所需的各种准 备工作（初始化二）。首先是往并行控制口写数，让所有继电 器处于正常位置。然后，询问面板上定值切换开关的位置，按 照定值套号从EEPROM中取出定值，放至规定的定值RAM区。 准备好定值后，CPU将对装置各部分进行全面自检，在确认一 切良好后才允许数据采集系统开始工作．完成采样系统初始化 后，开放采样定时器中断和串行口中断，等待中断发生后转入 中断服务程序。若中断时刻未到，就进入循环状态（故障处理 程序结束后也经整组复归后进入此循环状态）。它不断进行循 环自检及专用自检项目。如果保护有动作或自检报告，则向管 理CPU送报告。全面自检包括有：RAM区读写检查，EPROM 中程序和EEPROM中定值求和检查，开出量回路检查等。通 用自检包括有：定值选择拨轮的监视和开入量的监视等。专用 自检项目依不同的被保护元件或不同保护原理而设置。例如， 超高压线路保护的静稳判定、高频通道检查等。
开入量 开出量
键盘 显示设备
打印机