電力系統(tǒng)繼電保護課件 第八章

第八章微機保護

(MicrocomputerProtection)第一節(jié)

微機保護系統(tǒng)簡介第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

第三節(jié)微機保護的算法第八章微機保護

(MicrocomputerProte1基本要求1、了解微機保護的發(fā)展和特點。2、掌握微機保護的基本組成。3、掌握微機保護的常用算法?；疽?、了解微機保護的發(fā)展和特點。2第一節(jié)

微機保護系統(tǒng)簡介

(BriefIntroductionofMicrocomputerProtection)電磁型繼電保護：用電磁型繼電器構(gòu)成的繼電保護。微機保護：用微型計算機構(gòu)成的繼電保護。第一節(jié)

微機保護系統(tǒng)簡介

(3一、微機保護的發(fā)展(DevelopmentofMicrocomputerProtection)20世紀60年代末期，開始倡議用計算機構(gòu)成繼電保護。20世紀70年代，掀起了研究熱潮。20世紀70年代末期，開始進入實用化階段。1979年后，推出各種定型的商業(yè)性微機保護產(chǎn)品，并迅速推廣。1.世界微機保護的發(fā)展歷史一、微機保護的發(fā)展20世紀60年代末期，開始倡議用計算機構(gòu)成42.我國微機保護的發(fā)展歷史70年代后半期開始，對國外計算機繼電保護的發(fā)展作了廣泛的介紹和綜述分析。70年代末至80年代初廣泛地開展各種算法以至樣機的研制。1984年，華北電力學院楊奇遜教授主持研制的第一套微機距離保護樣機在河北馬頭電廠投入試運行。1986年，全國第一臺微機高壓線路保護裝置投入試運行。目前，高中壓等級繼電保護設(shè)備幾乎均為微機保護產(chǎn)品。在微機保護和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)結(jié)合后，變電站自動化、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)也已在全國系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。2.我國微機保護的發(fā)展歷史70年代后半期開始，對國外計算機繼51．高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用2．微機保護的網(wǎng)絡(luò)化3．保護、控制、測量、信號、數(shù)據(jù)通信一體化4．繼電保護的智能化5．自適應(yīng)繼電保護6．暫態(tài)保護3.微機保護的發(fā)展1．高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用3.微機保護的發(fā)展6二、微機保護裝置的特點1．維護調(diào)試方便2．可靠性高3．易于獲得附加功能4．靈活性大5．良好的性價比二、微機保護裝置的特點1．維護調(diào)試方便7

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(HardwareSystemofMicrocomputerProtection)

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(Har8

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(HardwareSystemofMicrocomputerProtection)

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(HardwareS91.數(shù)字核心部件

微機保護裝置的數(shù)字核心部件實質(zhì)上是一臺特別設(shè)計的專用微型計算機，一般由中央處理器（CPU）、存儲器、定時器/計數(shù)器及控制電路等部分構(gòu)成，并通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線連成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和操作控制。CPU主要有以下幾種類型：（1）單片微處理器（2）通用微處理器（3）數(shù)字式信號處理器（DSP）

CPU板1.數(shù)字核心部件微機保護裝置的數(shù)字核心部件實質(zhì)上是一臺特10存儲器:用來保存程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量和訪問速度也會影響整個數(shù)字式保護裝置的性能。數(shù)字信息存儲空間存儲器件經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲區(qū)隨機存儲器（RAM）計算機程序程序存儲區(qū)只讀存儲器（ROM）控制參數(shù)定值存儲區(qū)電可擦除且可編程只讀存儲器（EEPROM）存儲器:用來保存程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量和訪問速112.模擬量輸入（AI）接口部件繼電保護的基本輸入電量是模擬性質(zhì)的電信號?？煞譃榻涣髁俊⒅绷髁恳约案鞣N非電量。它們經(jīng)過各種互感器轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娦盘?，再由引線端子進入微機保護裝置，最后正確地變換成離散化的數(shù)字量。因此模擬量輸入接口部件也稱為模擬量數(shù)據(jù)采集部件或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱為AI（AnalogInput）接口。

典型的交流AI接口按信號流程主要包括以下各部分：輸入變換及電壓形成回路、前置模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持（S/H）電路、模數(shù)變換（A/D）電路。

2.模擬量輸入（AI）接口部件繼電保護的基本輸入電量是模擬性12輸入變換及電壓形成回路：功能：完成輸入信號的標度變換與隔離。交流信號輸入變換由輸入變換器來實現(xiàn)，接受來自電力互感器二次側(cè)的電壓、電流信號。其作用是通過裝置內(nèi)的輸入變壓器、變流器將二次電壓、電流進一步變小，以適應(yīng)弱電電子元件的要求；同時使二次回路與保護裝置內(nèi)部電路之間實現(xiàn)電氣隔離和電磁屏蔽，以保障保護裝置內(nèi)部弱電元件的安全，減少來自高壓設(shè)備對弱電元件的干擾。輸入變換及電壓形成回路：功能：完成輸入信號的標度變換與隔離。13前置模擬低通濾波器（ALF）：功能：抑制輸入信號中對保護無用的較高頻率的成分，以便采樣時易于滿足采樣定理的要求。最簡單的模擬低通濾波器是RC低通濾波器。其中前置模擬低通濾波器（ALF）：功能：抑制輸入信號中對保護無用14采樣保持（S/H）電路：功能：完成對輸入模擬信號的采樣。即在某時刻獲?。ǔ槿。┹斎肽M信號在該時刻的瞬時值，并維持適當時間不變，以便模數(shù)變換回路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。

采用保持電路輸出了一個階梯電壓波形。在保持階段無論何時進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，都反映了采樣值。采樣保持（S/H）電路：功能：完成對輸入模擬信號的采樣。15模數(shù)變換（A/D）電路：功能：實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的變換，也就是將由S/H電路采集并保持的輸入模擬信號的瞬時值變換為相應(yīng)的數(shù)字量。

模數(shù)變換（A/D）電路：功能：實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的變換，也就163.開關(guān)量輸入（DI）接口部件

作用：為開關(guān)量提供輸入通道，并在微機保護裝置內(nèi)外部之間實現(xiàn)電氣隔離，以保證內(nèi)部弱電電子電路的安全和減少外部干擾。3.開關(guān)量輸入（DI）接口部件作用：為開關(guān)量提供輸入通道，174.開關(guān)量輸出（DO）接口部件作用：為正確地發(fā)出開關(guān)量操作命令提供輸出通道，并在微機保護裝置內(nèi)外部之間實現(xiàn)電氣隔離，以保證內(nèi)部弱電電子電路的安全和減少外部干擾。4.開關(guān)量輸出（DO）接口部件作用：為正確地發(fā)出開關(guān)量操作命185.人機對話接口（MMI）部件

作用：建立起微機保護裝置與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對保護裝置進行人工操作、調(diào)試和得到反饋信息。緊湊鍵盤顯示屏指示燈按鈕打印機接口調(diào)試通信接口5.人機對話接口（MMI）部件作用：建立起微機保護裝置與使196．外部通信接口（CI）部件

作用：提供與計算機通信網(wǎng)絡(luò)以及遠程通信網(wǎng)的信息通道。CI可分為兩大類：一類CI實現(xiàn)特殊保護功能的專用通信接口，另一類CI為通用計算機網(wǎng)絡(luò)接口，可與電站計算機局域網(wǎng)以及電力系統(tǒng)遠程通信網(wǎng)相連。6．外部通信接口（CI）部件作用：提供與計算機通信網(wǎng)絡(luò)以及20第三節(jié)微機保護的算法

(AlgorithmsofMicrocomputerProtection)

一、數(shù)字濾波(DigitalFiltering)

在微機保護中濾波也是一個必要的環(huán)節(jié)，它用于濾去各種不需要的諧波，數(shù)字濾波器的用途是濾去各種特定次數(shù)的諧波，特別是接近工頻的諧波。數(shù)字濾波器不同于模擬濾波器，它不是一種純硬件構(gòu)成的濾波器，而是由軟件編程去實現(xiàn)，改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能，即濾波器的幅頻特性和相頻特性。第三節(jié)微機保護的算法

(Algorithmsof21在微機保護中廣泛使用的簡單的數(shù)字濾波器，是一類用加減運算構(gòu)成的線性濾波單元。它們的基本形式

差分濾波

加法濾波積分濾波等

在微機保護中廣泛使用的簡單的數(shù)字濾波器，是一類用加減運算構(gòu)成22二、正弦函數(shù)模型算法

(AlgorithmsofSinusoidalFunctionModel)1．半周積分算法半周積分算法的依據(jù)是即正弦函數(shù)半周積分與其幅值成正比。二、正弦函數(shù)模型算法

(AlgorithmsofSinu23式中uk——第K次采樣值;N——一周期T內(nèi)的采樣點數(shù);u0——k＝0時的采樣值;uN/2

——k＝N/2時的采樣值。求出積分值S后，應(yīng)用上式可求得幅值。將上式積分可以用梯形法則近似求出：

1．半周積分算法式中uk——第K次采樣值;將上式積分可以用梯形法則近似求242.導數(shù)算法

導數(shù)算法是利用正弦函數(shù)的導數(shù)為余弦函數(shù)這一特點求出采樣值的幅值和相位的一種算法。設(shè)

則

(8-8)2.導數(shù)算法導數(shù)算法是利用正弦函數(shù)的導數(shù)為余弦函數(shù)這一特點25由此得出

(8-9)

(8-10)(8-11)

根據(jù)式(8-8)，也可推導出

(8-12)

(8-13)由此得出(8-9)(8-10)(8-11)根據(jù)式(826式(8-9)～式(8-13)中，u、i對應(yīng)tk時為uk、ik，均為已知數(shù)，而對應(yīng)tk-1和tk+1的u、i為uk-1、u

k+1、ik-1、ik+1，也為已知數(shù)，此時(8-14)

（8-15）

（8-16）

（8-17）

導數(shù)算法最大的優(yōu)點是它的“數(shù)據(jù)窗”即算法所需要的相鄰采樣數(shù)據(jù)是三個，即計算速度快。導數(shù)算法的缺點是當采樣頻率較低時，計算誤差較大。式(8-9)～式(8-13)中，u、i對應(yīng)tk時為uk、273．兩采樣值積算法兩采樣值積算法是利用2個采樣值以推算出正弦曲線波形，即用采樣值的乘積來計算電流、電壓、阻抗的幅值和相角等電氣參數(shù)的方法，屬于正弦曲線擬合法。這種算法的特點是計算的判定時間較短。3．兩采樣值積算法兩采樣值積算法是利用2個采樣值以推算出正弦28設(shè)有正弦電壓、電流波形在任意二個連續(xù)采樣時刻tk、tk+1（＝tk＋Ts）進行采樣，并設(shè)被采樣電流滯后電壓的相位角為θ，則tk和tk＋1時刻的采樣值分別表示為式(8-18)和式(8-19)。（8-18）（8-19）

式中，TS為兩采樣值的時間間隔，即TS＝tk+1－tk。設(shè)有正弦電壓、電流波形在任意二個連續(xù)采樣時刻tk、tk+1（29由式(8-18)和式(8-19)，取兩采樣值乘積，則有

（8-20）（8-21）

（8-22）

（8-23）

式(8-20)和式(8-21)相加，得

（8-24）式(8-22)和(8-23)相加，得（8-25）由式(8-18)和式(8-19)，取兩采樣值乘積，則有（830將式(8-25)乘以cosωTS再與式(8-24)相減，可消去ωtk項，得(8-26)同理，由式(8-22)與式(8-23)相減消去ωtk項，得

(8-27)將式(8-25)乘以cosωTS再與式(8-24)相減，可消31在式(8-26)中，如用同一電壓的采樣值相乘，或用同一電流的采樣值相乘，則＝0，此時可得(8-28)

(8-29)

由于TS、sinωTS、cosωTS均為常數(shù)，只要送入時間間隔TS的兩次采樣值，便可按式(8-28)和式(8-29)計算出Um、Im。在式(8-26)中，如用同一電壓的采樣值相乘，或用同一電流的32以式(8-29)去除式(8-26)和式(8-27)還可得測量阻抗中的電阻和電抗分量，即(8-30)(8-31)

由式(8-28)和式(8-29)也可求出阻抗的模值

(8-32)以式(8-29)去除式(8-26)和式(8-27)還可得測量33由式(8-30)和式(8-31)還可求出U、I之間的相角差θ，

若取ωTS＝90°，則式(8-28)式(8-33)可進一步化簡，進而大大減少了計算機的運算時間。(8-33)由式(8-30)和式(8-31)還可求出U、I之間的相角差θ344.三采樣值積算法

三采樣值積算法是利用三個連續(xù)的等時間間隔TS的采樣值中兩兩相乘，通過適當?shù)慕M合消去ωt項以求出u、i的幅值和其它電氣參數(shù)。設(shè)在tk+1后再隔一個TS為時刻tk+2，此時的u、i采樣值為

(8-34)(8-35)上式兩采樣值相乘，得(8-36)4.三采樣值積算法三采樣值積算法是利用三個連續(xù)的等時間間隔35上式與式(8-20)相加，得將式(8-37)和式(8-21)經(jīng)適當組合以消去ωtk項，得若要ωTs＝30，上式簡化為上式與式(8-20)相加，得將式(8-37)和式(8-2136用Im代替Um（或Um代替Im），并?。?°，則有(8-40)

(8-41)

由式(8-39)和式(8-41)可得

(8-42)由式(8-27)和式(8-41)，并考慮到，得

(8-43)用Im代替Um（或Um代替Im），并?。?°，則有(837由式(8-40)和式(8-41)得

(8-44)由式(8-42)和式(8-43)得(8-45)三采樣值積算法的數(shù)據(jù)窗是2Ts。從精確角度看，如果輸入信號波形是純正弦的，這種算法沒有誤差，因為算法的基礎(chǔ)是考慮了采樣值在正弦信號中的實際值。由式(8-40)和式(8-41)得(8-44)由式(8-38三、傅里葉算法（傅氏算法）

(AlgorithmsofSinusoidalFunctionModel)

1.全周波傅里葉算法

全周波傅里葉算法是采用由cosnω1t和sinnω1t(n=0，1，2…)正弦函數(shù)組作為樣品函數(shù)，將這一正弦樣品函數(shù)與待分析的時變函數(shù)進行相應(yīng)的積分變換，以求出與樣品函數(shù)頻率相同的分量的實部和虛部的系數(shù)。進而可以求出待分析的時變函數(shù)中該頻率的諧波分量的模值和相位。三、傅里葉算法（傅氏算法）

(Algorithms39根據(jù)傅里葉級數(shù)，將待分析周期函數(shù)電流信號i(t)表示為式中n——n次諧波（n=1，2，…）；I0——恒定電流分量；Inc、Ins——分別表示n次諧波的余弦分量電流和正弦分量電流的幅值。(8-46)根據(jù)傅里葉級數(shù)，將待分析周期函數(shù)電流信號i(t)表示為式中40當希望得到n次諧波分量時，可用cosnω1t和sinnω1t分別乘式(8-46)兩邊，然后在t0到t0＋T積分，得到(8-47)(8-48)每工頻周期T采樣N次，對式(8-47)和式(8-48)用梯形法數(shù)值積分來代替，則得(8-49)(8-50)當希望得到n次諧波分量時，可用cosnω1t和sinnω1t41電流n次諧波幅值和相位分別為(8-51)

(8-52)對于基波分量，若每周采樣12點（N=12），則式(8-49)和式(8-50)可簡化為電流n次諧波幅值和相位分別為(8-51)(8-542全周波傅里葉算法本身具有濾波作用，在計算基頻分量時，能抑制恒定直流和消除各整數(shù)次諧波，但對衰減的直流分量將造成基頻（或其它倍頻）分量計算結(jié)果的誤差。另外用近似數(shù)值計算代替積也會導致一定的誤差。算法的數(shù)據(jù)窗為一個工頻周期，屬于長數(shù)據(jù)窗類型，響應(yīng)時間較長。全周波傅里葉算法本身具有濾波作用，在計算基頻分量時，能抑制恒432.半周波傅里葉算法其原理和全周波傅里葉算法相同，其計算公式為(8-55)(8-56)半周波傅里葉算法的數(shù)據(jù)窗為半個工頻周期，響應(yīng)時間較短，但該算法基頻分量計算結(jié)果受衰減的直流分量和偶次諧波的影響較大，奇次諧波的濾波效果較好。為消除衰減的直流分量的影響，可采用各種補償算法，如采用一階差分法(即減法濾波器)，將濾波后的采樣值再代入半周波傅里葉算法的計算公式，將取得一定的補償效果。2.半周波傅里葉算法其原理和全周波傅里葉算法相同，其計算公式443.基于傅里葉算法的濾序算法可利用上面傅氏算法中計算出的三相電流基波分量的實、虛部I1CA、I1SA、I1CB、I1SB、I1CC及I1SC來計算三相電流的負序和零序分量。(1)A相負序電流與三相電流的關(guān)系為

其中，將其實部與虛部分開得

3.基于傅里葉算法的濾序算法可利用上面傅氏算法中計算出的三相45(2)A相零序電流與三相電流的關(guān)系為將其實部和虛部分開，得到于是得到零序電流的幅值為(2)A相零序電流與三相電流的關(guān)系為將其實部和虛部分開，46四、解微分方程算法解微分方程算法是假定保護線路分布電容可以忽略，故障點到保護安裝處的線路段可用一電阻和電感串聯(lián)電路，即R－L串聯(lián)模型來表示，于是下述微分方程成立(8-65)式中R１、L1分別為故障點至保護安裝處線路段的正序電阻和電感，u、i分別為保護安裝處的電壓和電流。四、解微分方程算法解微分方程算法是假定保護線路分布電容可以忽471.差分法取采樣時刻tk-1和tk的兩個采樣值，則有將，代入上兩式并聯(lián)立求解，將得到1.差分法取采樣時刻tk-1和tk的兩個采樣值，則有將482.積分法

用分段積分法對式(8-65)在兩段采樣時刻tk-2至tk-1和tk-1至tk分別進行積分，得到將上兩式中的分段積分用梯形法求解，則有2.積分法用分段積分法對式(8-65)在兩段采樣時刻tk-49聯(lián)立求解上兩式，可求得R1和L1分別為

解微分方程算法所依據(jù)的微分方程式(8-65)忽略了輸電線分布電容，由此帶來的誤差只要用一個低通濾波器預(yù)先濾除電流和電壓中的高頻分量就可以基本消除。聯(lián)立求解上兩式，可求得R1和L1分別為解微分方程算法所依50復(fù)習思考題1、微機保護有哪些特點和優(yōu)點？2、為防止頻率混疊現(xiàn)象，若計及16次諧波，采樣頻率的最小值是多少？3、哪些微機保護的算法能減小或消除直流分量的影響？4、若每工頻周期采樣12點，欲濾除3次諧波，那么差分濾波器差分步長應(yīng)取多少？5、為什么說解微分方程算法只能用于距離保護？復(fù)習思考題1、微機保護有哪些特點和優(yōu)點？51第八章微機保護

(MicrocomputerProtection)第一節(jié)

微機保護系統(tǒng)簡介第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

第三節(jié)微機保護的算法第八章微機保護

(MicrocomputerProte52基本要求1、了解微機保護的發(fā)展和特點。2、掌握微機保護的基本組成。3、掌握微機保護的常用算法。基本要求1、了解微機保護的發(fā)展和特點。53第一節(jié)

微機保護系統(tǒng)簡介

(BriefIntroductionofMicrocomputerProtection)電磁型繼電保護：用電磁型繼電器構(gòu)成的繼電保護。微機保護：用微型計算機構(gòu)成的繼電保護。第一節(jié)

微機保護系統(tǒng)簡介

(54一、微機保護的發(fā)展(DevelopmentofMicrocomputerProtection)20世紀60年代末期，開始倡議用計算機構(gòu)成繼電保護。20世紀70年代，掀起了研究熱潮。20世紀70年代末期，開始進入實用化階段。1979年后，推出各種定型的商業(yè)性微機保護產(chǎn)品，并迅速推廣。1.世界微機保護的發(fā)展歷史一、微機保護的發(fā)展20世紀60年代末期，開始倡議用計算機構(gòu)成552.我國微機保護的發(fā)展歷史70年代后半期開始，對國外計算機繼電保護的發(fā)展作了廣泛的介紹和綜述分析。70年代末至80年代初廣泛地開展各種算法以至樣機的研制。1984年，華北電力學院楊奇遜教授主持研制的第一套微機距離保護樣機在河北馬頭電廠投入試運行。1986年，全國第一臺微機高壓線路保護裝置投入試運行。目前，高中壓等級繼電保護設(shè)備幾乎均為微機保護產(chǎn)品。在微機保護和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)結(jié)合后，變電站自動化、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)也已在全國系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。2.我國微機保護的發(fā)展歷史70年代后半期開始，對國外計算機繼561．高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用2．微機保護的網(wǎng)絡(luò)化3．保護、控制、測量、信號、數(shù)據(jù)通信一體化4．繼電保護的智能化5．自適應(yīng)繼電保護6．暫態(tài)保護3.微機保護的發(fā)展1．高速數(shù)據(jù)處理芯片的應(yīng)用3.微機保護的發(fā)展57二、微機保護裝置的特點1．維護調(diào)試方便2．可靠性高3．易于獲得附加功能4．靈活性大5．良好的性價比二、微機保護裝置的特點1．維護調(diào)試方便58

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(HardwareSystemofMicrocomputerProtection)

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(Har59

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(HardwareSystemofMicrocomputerProtection)

第二節(jié)微機保護裝置的硬件系統(tǒng)

(HardwareS601.數(shù)字核心部件

微機保護裝置的數(shù)字核心部件實質(zhì)上是一臺特別設(shè)計的專用微型計算機，一般由中央處理器（CPU）、存儲器、定時器/計數(shù)器及控制電路等部分構(gòu)成，并通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線連成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和操作控制。CPU主要有以下幾種類型：（1）單片微處理器（2）通用微處理器（3）數(shù)字式信號處理器（DSP）

CPU板1.數(shù)字核心部件微機保護裝置的數(shù)字核心部件實質(zhì)上是一臺特61存儲器:用來保存程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量和訪問速度也會影響整個數(shù)字式保護裝置的性能。數(shù)字信息存儲空間存儲器件經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲區(qū)隨機存儲器（RAM）計算機程序程序存儲區(qū)只讀存儲器（ROM）控制參數(shù)定值存儲區(qū)電可擦除且可編程只讀存儲器（EEPROM）存儲器:用來保存程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量和訪問速622.模擬量輸入（AI）接口部件繼電保護的基本輸入電量是模擬性質(zhì)的電信號。可分為交流量、直流量以及各種非電量。它們經(jīng)過各種互感器轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娦盘?，再由引線端子進入微機保護裝置，最后正確地變換成離散化的數(shù)字量。因此模擬量輸入接口部件也稱為模擬量數(shù)據(jù)采集部件或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱為AI（AnalogInput）接口。

典型的交流AI接口按信號流程主要包括以下各部分：輸入變換及電壓形成回路、前置模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持（S/H）電路、模數(shù)變換（A/D）電路。

2.模擬量輸入（AI）接口部件繼電保護的基本輸入電量是模擬性63輸入變換及電壓形成回路：功能：完成輸入信號的標度變換與隔離。交流信號輸入變換由輸入變換器來實現(xiàn)，接受來自電力互感器二次側(cè)的電壓、電流信號。其作用是通過裝置內(nèi)的輸入變壓器、變流器將二次電壓、電流進一步變小，以適應(yīng)弱電電子元件的要求；同時使二次回路與保護裝置內(nèi)部電路之間實現(xiàn)電氣隔離和電磁屏蔽，以保障保護裝置內(nèi)部弱電元件的安全，減少來自高壓設(shè)備對弱電元件的干擾。輸入變換及電壓形成回路：功能：完成輸入信號的標度變換與隔離。64前置模擬低通濾波器（ALF）：功能：抑制輸入信號中對保護無用的較高頻率的成分，以便采樣時易于滿足采樣定理的要求。最簡單的模擬低通濾波器是RC低通濾波器。其中前置模擬低通濾波器（ALF）：功能：抑制輸入信號中對保護無用65采樣保持（S/H）電路：功能：完成對輸入模擬信號的采樣。即在某時刻獲?。ǔ槿。┹斎肽M信號在該時刻的瞬時值，并維持適當時間不變，以便模數(shù)變換回路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。

采用保持電路輸出了一個階梯電壓波形。在保持階段無論何時進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，都反映了采樣值。采樣保持（S/H）電路：功能：完成對輸入模擬信號的采樣。66模數(shù)變換（A/D）電路：功能：實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的變換，也就是將由S/H電路采集并保持的輸入模擬信號的瞬時值變換為相應(yīng)的數(shù)字量。

模數(shù)變換（A/D）電路：功能：實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的變換，也就673.開關(guān)量輸入（DI）接口部件

作用：為開關(guān)量提供輸入通道，并在微機保護裝置內(nèi)外部之間實現(xiàn)電氣隔離，以保證內(nèi)部弱電電子電路的安全和減少外部干擾。3.開關(guān)量輸入（DI）接口部件作用：為開關(guān)量提供輸入通道，684.開關(guān)量輸出（DO）接口部件作用：為正確地發(fā)出開關(guān)量操作命令提供輸出通道，并在微機保護裝置內(nèi)外部之間實現(xiàn)電氣隔離，以保證內(nèi)部弱電電子電路的安全和減少外部干擾。4.開關(guān)量輸出（DO）接口部件作用：為正確地發(fā)出開關(guān)量操作命695.人機對話接口（MMI）部件

作用：建立起微機保護裝置與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對保護裝置進行人工操作、調(diào)試和得到反饋信息。緊湊鍵盤顯示屏指示燈按鈕打印機接口調(diào)試通信接口5.人機對話接口（MMI）部件作用：建立起微機保護裝置與使706．外部通信接口（CI）部件

作用：提供與計算機通信網(wǎng)絡(luò)以及遠程通信網(wǎng)的信息通道。CI可分為兩大類：一類CI實現(xiàn)特殊保護功能的專用通信接口，另一類CI為通用計算機網(wǎng)絡(luò)接口，可與電站計算機局域網(wǎng)以及電力系統(tǒng)遠程通信網(wǎng)相連。6．外部通信接口（CI）部件作用：提供與計算機通信網(wǎng)絡(luò)以及71第三節(jié)微機保護的算法

(AlgorithmsofMicrocomputerProtection)

一、數(shù)字濾波(DigitalFiltering)

在微機保護中濾波也是一個必要的環(huán)節(jié)，它用于濾去各種不需要的諧波，數(shù)字濾波器的用途是濾去各種特定次數(shù)的諧波，特別是接近工頻的諧波。數(shù)字濾波器不同于模擬濾波器，它不是一種純硬件構(gòu)成的濾波器，而是由軟件編程去實現(xiàn)，改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能，即濾波器的幅頻特性和相頻特性。第三節(jié)微機保護的算法

(Algorithmsof72在微機保護中廣泛使用的簡單的數(shù)字濾波器，是一類用加減運算構(gòu)成的線性濾波單元。它們的基本形式

差分濾波

加法濾波積分濾波等

在微機保護中廣泛使用的簡單的數(shù)字濾波器，是一類用加減運算構(gòu)成73二、正弦函數(shù)模型算法

(AlgorithmsofSinusoidalFunctionModel)1．半周積分算法半周積分算法的依據(jù)是即正弦函數(shù)半周積分與其幅值成正比。二、正弦函數(shù)模型算法

(AlgorithmsofSinu74式中uk——第K次采樣值;N——一周期T內(nèi)的采樣點數(shù);u0——k＝0時的采樣值;uN/2

——k＝N/2時的采樣值。求出積分值S后，應(yīng)用上式可求得幅值。將上式積分可以用梯形法則近似求出：

1．半周積分算法式中uk——第K次采樣值;將上式積分可以用梯形法則近似求752.導數(shù)算法

導數(shù)算法是利用正弦函數(shù)的導數(shù)為余弦函數(shù)這一特點求出采樣值的幅值和相位的一種算法。設(shè)

則

(8-8)2.導數(shù)算法導數(shù)算法是利用正弦函數(shù)的導數(shù)為余弦函數(shù)這一特點76由此得出

(8-9)

(8-10)(8-11)

根據(jù)式(8-8)，也可推導出

(8-12)

(8-13)由此得出(8-9)(8-10)(8-11)根據(jù)式(877式(8-9)～式(8-13)中，u、i對應(yīng)tk時為uk、ik，均為已知數(shù)，而對應(yīng)tk-1和tk+1的u、i為uk-1、u

k+1、ik-1、ik+1，也為已知數(shù)，此時(8-14)

（8-15）

（8-16）

（8-17）

導數(shù)算法最大的優(yōu)點是它的“數(shù)據(jù)窗”即算法所需要的相鄰采樣數(shù)據(jù)是三個，即計算速度快。導數(shù)算法的缺點是當采樣頻率較低時，計算誤差較大。式(8-9)～式(8-13)中，u、i對應(yīng)tk時為uk、783．兩采樣值積算法兩采樣值積算法是利用2個采樣值以推算出正弦曲線波形，即用采樣值的乘積來計算電流、電壓、阻抗的幅值和相角等電氣參數(shù)的方法，屬于正弦曲線擬合法。這種算法的特點是計算的判定時間較短。3．兩采樣值積算法兩采樣值積算法是利用2個采樣值以推算出正弦79設(shè)有正弦電壓、電流波形在任意二個連續(xù)采樣時刻tk、tk+1（＝tk＋Ts）進行采樣，并設(shè)被采樣電流滯后電壓的相位角為θ，則tk和tk＋1時刻的采樣值分別表示為式(8-18)和式(8-19)。（8-18）（8-19）

式中，TS為兩采樣值的時間間隔，即TS＝tk+1－tk。設(shè)有正弦電壓、電流波形在任意二個連續(xù)采樣時刻tk、tk+1（80由式(8-18)和式(8-19)，取兩采樣值乘積，則有

（8-20）（8-21）

（8-22）

（8-23）

式(8-20)和式(8-21)相加，得

（8-24）式(8-22)和(8-23)相加，得（8-25）由式(8-18)和式(8-19)，取兩采樣值乘積，則有（881將式(8-25)乘以cosωTS再與式(8-24)相減，可消去ωtk項，得(8-26)同理，由式(8-22)與式(8-23)相減消去ωtk項，得

(8-27)將式(8-25)乘以cosωTS再與式(8-24)相減，可消82在式(8-26)中，如用同一電壓的采樣值相乘，或用同一電流的采樣值相乘，則＝0，此時可得(8-28)

(8-29)

由于TS、sinωTS、cosωTS均為常數(shù)，只要送入時間間隔TS的兩次采樣值，便可按式(8-28)和式(8-29)計算出Um、Im。在式(8-26)中，如用同一電壓的采樣值相乘，或用同一電流的83以式(8-29)去除式(8-26)和式(8-27)還可得測量阻抗中的電阻和電抗分量，即(8-30)(8-31)

由式(8-28)和式(8-29)也可求出阻抗的模值

(8-32)以式(8-29)去除式(8-26)和式(8-27)還可得測量84由式(8-30)和式(8-31)還可求出U、I之間的相角差θ，

若取ωTS＝90°，則式(8-28)式(8-33)可進一步化簡，進而大大減少了計算機的運算時間。(8-33)由式(8-30)和式(8-31)還可求出U、I之間的相角差θ854.三采樣值積算法

三采樣值積算法是利用三個連續(xù)的等時間間隔TS的采樣值中兩兩相乘，通過適當?shù)慕M合消去ωt項以求出u、i的幅值和其它電氣參數(shù)。設(shè)在tk+1后再隔一個TS為時刻tk+2，此時的u、i采樣值為

(8-34)(8-35)上式兩采樣值相乘，得(8-36)4.三采樣值積算法三采樣值積算法是利用三個連續(xù)的等時間間隔86上式與式(8-20)相加，得將式(8-37)和式(8-21)經(jīng)適當組合以消去ωtk項，得若要ωTs＝30，上式簡化為上式與式(8-20)相加，得將式(8-37)和式(8-2187用Im代替Um（或Um代替Im），并?。?°，則有(8-40)

(8-41)

由式(8-39)和式(8-41)可得

(8-42)由式(8-27)和式(8-41)，并考慮到，得

(8-43)用Im代替Um（或Um代替Im），并取＝0°，則有(888由式(8-40)和式(8-41)得

(8-44)由式(8-42)和式(8-43)得(8-45)三采樣值積算法的數(shù)據(jù)窗是2Ts。從精確角度看，如果輸入信號波形是純正弦的，這種算法沒有誤差，因為算法的基礎(chǔ)是考慮了采樣值在正弦信號中的實際值。由式(8-40)和式(8-41)得(8-44)由式(8-89三、傅里葉算法（傅氏算法）

(AlgorithmsofSinusoidalFunctionModel)

1.全周波傅里葉算法

全周波傅里葉算法是采用由cosnω1t和sinnω1t(n=0，1，2…)正弦函數(shù)組作為樣品函數(shù)，將這一正弦樣品函數(shù)與待分析的時變函數(shù)進行相應(yīng)的積分變換，以求出與樣品函數(shù)頻率相同的分量的實部和虛部的系數(shù)。進而可以求出待分析的時變函數(shù)中該頻率的諧波分量的模值和相位。三、傅里葉算法（傅氏算法）

(Algorithms90根據(jù)傅里葉級數(shù)，將待分析周期函數(shù)電流信號i(t)表示為式中n——n次諧波（n=1，2，…）；I0——恒定電流分量；Inc、Ins——分別表示n次諧波的余弦分量電流和正弦分量電流的幅值。(8-46)根據(jù)傅里葉級數(shù)，將待分析周期函數(shù)電流信號i(t)表示為式中91當希望得到n次諧波分量時，可用cosnω1t和sinnω1t分別乘式(8-46)兩邊，然后在t0到t0＋T積分，得