1、微机保护微机保护第一节第一节 微机保护系统简介微机保护系统简介第二节第二节 微机保护装置的硬件系统微机保护装置的硬件系统 第三节第三节 微机保护的算法微机保护的算法第四节第四节 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成第五节第五节 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施 第一节第一节 微机保护系统简介微机保护系统简介一、微机保护的应用和发展概况一、微机保护的应用和发展概况近四十年来，计算机技术发展很快，其应用广泛而深近四十年来，计算机技术发展很快，其应用广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域。有关计算入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域。有关计算机保护的研究及开发就
2、是电力系统计算机在线应用的重要机保护的研究及开发就是电力系统计算机在线应用的重要组成部分。组成部分。我国在这方面的起步相对较晚，但进展却很快。我国在这方面的起步相对较晚，但进展却很快。19841984年上半年，华北电力学院研制的第一套以年上半年，华北电力学院研制的第一套以6809(CPU)6809(CPU)为基础的距离保护样机投入试运行。为基础的距离保护样机投入试运行。19841984年底在华中工年底在华中工学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发
3、展阶段。进入进入9090年代，我国已陆续推出了不少成型的微机保护产年代，我国已陆续推出了不少成型的微机保护产品。品。1 1高速数据处理芯片的应用高速数据处理芯片的应用 2 2微机保护的网络化微机保护的网络化3 3保护、控制、测量、信号、数据通信一体化保护、控制、测量、信号、数据通信一体化4 4继电保护的智能化继电保护的智能化5 5自适应继电保护自适应继电保护6 6暂态保护暂态保护 微机保护的发展：微机保护的发展：二、微机保护装置的特点二、微机保护装置的特点1维护调试方便维护调试方便 2可靠性高可靠性高3易于获得附加功能易于获得附加功能4灵活性大灵活性大5良好的性价比良好的性价比 第二节第二节
4、微机保护装置的硬件系统微机保护装置的硬件系统 微机保护硬件示意框图如下图所示。微机保护硬件示意框图如下图所示。1.1.数字核心部件数字核心部件微机保护装置的数字核心部件实质上是一台特微机保护装置的数字核心部件实质上是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器（CPUCPU）、存储器、定时器）、存储器、定时器/计数器及控制电路等部计数器及控制电路等部分构成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连分构成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数据交换和操作控制。成一个系统，实现数据交换和操作控制。CPUCPU主要有主要有以下几种类型：以下几种
5、类型：（1 1）单片微处理器）单片微处理器 （2 2）通用微处理器）通用微处理器 （3 3）数字式信号处理器（）数字式信号处理器（DSPDSP）2.2.模拟量输入（模拟量输入（AIAI）接口部件）接口部件继电保护的基本输入电量是模拟性质的电信号。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，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
6、。入的模拟电信号还要正确地变换成离散化的数字量。典型的交流典型的交流AIAI接口按信号流程主要包括以下各接口按信号流程主要包括以下各部分：输入变换及电压形成回路、前置模拟低通滤部分：输入变换及电压形成回路、前置模拟低通滤波器（波器（ALFALF）、采样保持（）、采样保持（S/HS/H）电路、模数变换）电路、模数变换（A/DA/D）电路。）电路。3.3.开关量输入（开关量输入（DIDI）接口部件）接口部件 这里开关量泛指那些反映这里开关量泛指那些反映“是是”或或“非非”两种状态的逻辑变量，如断路器的两种状态的逻辑变量，如断路器的“合闸合闸”或或“分闸分闸”状态、开关或继电器触点的状态、开关或继电
7、器触点的“通通”或或“断断”状态、控制信号的状态、控制信号的“有有”或或“无无”状态状态等。继电保护装置常常需要确知相关开关量的等。继电保护装置常常需要确知相关开关量的状态才能正确动作，外部设备一般通过其辅助状态才能正确动作，外部设备一般通过其辅助继电器触点的继电器触点的“闭合闭合”与与“断开断开”来提供开关来提供开关量状态信号。量状态信号。4.4.开关量输出（开关量输出（DODO）接口部件）接口部件微机保护装置通过开关量输出的微机保护装置通过开关量输出的“0”0”或或“1”1”状态来控制执行回路（如告警信号或跳状态来控制执行回路（如告警信号或跳闸回路继电器触点的闸回路继电器触点的“通通”或或
8、“断断”），因此），因此开关量输出接口简称为开关量输出接口简称为DODO（Digital OutputDigital Output）接口。接口。DODO接口的作用是为正确地发出开关量操接口的作用是为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。路的安全和减少外部干扰。5.5.人机对话接口（人机对话接口（MMIMMI）部件）部件 人机对话接口称为人机对话接口称为MMIMMI（Man-Machine Man-Machine InterfaceI
9、nterface）,其作用是建立起微机保护装置其作用是建立起微机保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。继电进行人工操作、调试和得到反馈信息。继电保护装置的操作主要包括整定值和控制命令保护装置的操作主要包括整定值和控制命令的输入等；而反馈信息主要包括被保护的一的输入等；而反馈信息主要包括被保护的一次设备是否发生动作以及保护装置本身是否次设备是否发生动作以及保护装置本身是否运行正常等。微机保护装置采用智能化人机运行正常等。微机保护装置采用智能化人机界面使人机信息交换功能大为丰富、操作更界面使人机信息交换功能大为丰富、操
10、作更为方便。为方便。6 6外部通信接口（外部通信接口（CICI）部件）部件 外部通信接口简称为外部通信接口简称为CICI（Communication Communication InterfaceInterface），其作用是提供与计算机通信网），其作用是提供与计算机通信网络以及远程通信网的信息通道。络以及远程通信网的信息通道。CICI可分为两可分为两大类：一类大类：一类CICI实现特殊保护功能的专用通信实现特殊保护功能的专用通信接口，另一类接口，另一类CICI为通用计算机网络接口，可为通用计算机网络接口，可与电站计算机局域网以及电力系统远程通信与电站计算机局域网以及电力系统远程通信网相连。网
11、相连。第三节第三节 微机保护的算法微机保护的算法 一、数字滤波一、数字滤波在微机保护中滤波也是一个必要的环节，在微机保护中滤波也是一个必要的环节，它用于滤去各种不需要的谐波，数字滤波器的用它用于滤去各种不需要的谐波，数字滤波器的用途是滤去各种特定次数的谐波，特别是接近工频途是滤去各种特定次数的谐波，特别是接近工频的谐波。的谐波。数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是一数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是一种纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实种纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能，现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能，即滤波器的幅频特性和相频特性。即滤波器
12、的幅频特性和相频特性。在微机保护中广泛使用的简单的数字滤波器，是在微机保护中广泛使用的简单的数字滤波器，是一类用加减运算构成的线性滤波单元。一类用加减运算构成的线性滤波单元。它们的基本形式它们的基本形式 差分滤波差分滤波 加法滤波加法滤波 积分滤波等积分滤波等 以差分滤波为例做简单介绍。以差分滤波为例做简单介绍。差分滤波器输出信号的差分方程形式为差分滤波器输出信号的差分方程形式为)()()(knxnxny (8-1)式中，式中，x x(n n)、y y(n n)分别是滤波器在采样时刻分别是滤波器在采样时刻n n(或或n n)的的输入与输出；输入与输出；x x(n n-k k)是是n n时刻以前
13、第时刻以前第k k个采样时刻的输个采样时刻的输入，入，k k11。对式对式(8-1)(8-1)进行变换，可得传递函数进行变换，可得传递函数H H(z)(z)()(kz1zxzy （8-2）将将 代入式代入式(8-2)(8-2)中，即得差分滤波器的幅中，即得差分滤波器的幅频特性和相频特性分别为式频特性和相频特性分别为式(8-3)(8-3)及式及式(8-4)(8-4)STjez 2TsktgarctgsTsk1TskarctgTscossin fkTs2122Tsk2tgarctg )(8-3)（8-4）式中式中 ,为输入信号频率；为输入信号频率；为采样周期，为采样周期，1/1/s s，s s为采
14、样频率，通常要求为采样频率，通常要求 s s为基波频率为基波频率 1 1的整数倍，即的整数倍，即 s s=N N 1 1，N N为每工频周期的采样点数目。为每工频周期的采样点数目。f2fSTST2Tk2TkTk1eHSS22STjSsinsin)cos()(由式由式(8-3)(8-3)可知，设需滤除谐波次数为可知，设需滤除谐波次数为m m，差分步长为，差分步长为k k(k k次采样次采样)，则此时，则此时=mm1 1=m=m221 1，应使，应使=0=0。令。令0fkmf2s1 sin则有则有lfkmfs1)3,2,1,0(l01slmKNlkfflm ；当当N N（即（即 s s和和 1 1
15、）取值已定时，采用不同的）取值已定时，采用不同的l l和和k k值，值，便可滤除便可滤除m m次谐波。次谐波。(8-5)注意，当注意，当l=l=0 0时，必然有时，必然有m m=0=0，使式，使式(8-5)(8-5)为零，所以无论为零，所以无论 s s、k k取何值，直流分量总能滤除。另外，取何值，直流分量总能滤除。另外，m m0 0的整数倍的谐波都的整数倍的谐波都将被滤除。将被滤除。分滤波器的幅频特性曲线如图分滤波器的幅频特性曲线如图8-78-7所示。所示。若令若令k k=s s/1 1，差分滤波将消去基波（以及直流和所有整数次，差分滤波将消去基波（以及直流和所有整数次谐波），在稳态情况下，
16、该滤波器无输出。在发生故障后的谐波），在稳态情况下，该滤波器无输出。在发生故障后的一个基波周期内，只输出故障分量，所以可用来实现起动元一个基波周期内，只输出故障分量，所以可用来实现起动元件、选相元件及其它利用故障分量原理构成的保护。件、选相元件及其它利用故障分量原理构成的保护。二、正弦函数模型算法二、正弦函数模型算法1 1半周积分算法半周积分算法半周积分算法的依据是半周积分算法的依据是mm2T0m2T0mUTU2tUtdtUS cossin(8-6)即正弦函数半周积分与其幅值成正比。即正弦函数半周积分与其幅值成正比。式中式中u uk k第第K K次采样值次采样值;N N一周期一周期T T内的采
17、样点数内的采样点数;u u0 0k k0 0时的采样值时的采样值;u u N/2N/2 k kN N/2/2时的采样值。时的采样值。求出积分值求出积分值S S后，应用式后，应用式(8-6)(8-6)可求得幅值。可求得幅值。式式(8-6)(8-6)的积分可以用梯形法则近似求出：的积分可以用梯形法则近似求出：s2N12N1kk0Tu21uu21S/2.2.导数算法导数算法 导数算法是利用正弦函数的导数为余弦函数这一特点求导数算法是利用正弦函数的导数为余弦函数这一特点求出采样值的幅值和相位的一种算法。出采样值的幅值和相位的一种算法。设设 tUumsin tIimsintUumcos tIimcost
18、Uum2sin 则则(8-8)tIim2sin很容易得出很容易得出 或或m222Uuu )(2m222Uuu )()（(8-9)(8-9)2m2222m22IiiIii )()(或（或（(8-10)(8-10)和和 2222222m2m2iiuuIUz (8-11)(8-11)根据式根据式(8-8)(8-8)，我们也可推导出，我们也可推导出 RIUii iiuiumm2 cos(8-12)(8-12)LXIUii iiuiumm2 sin(8-13)(8-13)式式(8-9)(8-9)式式(8-13)(8-13)中，中，u u、i i对应对应t tk k 时为时为u uk k 、i ik k，
19、均为已知数，均为已知数，而对应而对应t tk-1k-1和和t tk+1k+1的的u u、i i为为u u k-1 k-1、u u k k+1+1、i i k k-1-1、i i k k+1+1，也为已知，也为已知数，此时数，此时s1k1kkT2uuu (8-14)(8-14)s1k1kkT2iii （8-158-15）)()()(1kk1k2ss1kksk1kskuu2uT1TuuTuuT1u （8-168-16）)()()(1kk1k2ss1kksk1kskii2iT1TiiTiiT1i （8-178-17）导数算法最大的优点是它的导数算法最大的优点是它的“数据窗数据窗”即算法所需要即算法所
20、需要的相邻采样数据是三个，即计算速度快。导数算法的缺点是的相邻采样数据是三个，即计算速度快。导数算法的缺点是当采样频率较低时，计算误差较大。当采样频率较低时，计算误差较大。3 3两采样值积算法两采样值积算法两采样值积算法是利用两采样值积算法是利用2 2个采样值以个采样值以推算出正弦曲线波形，即用采样值的乘推算出正弦曲线波形，即用采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗的幅值和相积来计算电流、电压、阻抗的幅值和相角等电气参数的方法，属于正弦曲线拟角等电气参数的方法，属于正弦曲线拟合法。合法。这种算法的特点是计算的判定时间这种算法的特点是计算的判定时间较短。较短。设有正弦电压、电流波形在任意二个连续采样
21、时刻设有正弦电压、电流波形在任意二个连续采样时刻t tk k、t tk+1k+1（t tk k ）进行采样，并设被采样电流滞后电压的相）进行采样，并设被采样电流滞后电压的相位角为位角为，则，则t tk k和和t tk k1 1时刻的采样值分别表示为式时刻的采样值分别表示为式(8-18)(8-18)和和式式(8-19)(8-19)。sT)sin(sin km1km1tIitUu（8-188-18）)(sin)sin()(sinsin skm1km2skm1km2TtItIiTtUtUu（8-198-19）式中，式中，TSTS为两采样值的时间间隔，即为两采样值的时间间隔，即TSTStk+1tk+1
22、 tktk 。由式由式(8-18)(8-18)和式和式(8-19)(8-19)，取两采样值乘积，则有，取两采样值乘积，则有)cos(cos kmm11t2IU21iu)cos(cos skmm22T2t2IU21iu（8-208-20）（8-218-21）)cos()cos(sksmm21Tt2TIU21iu（8-228-22）)cos()cos(sksmm12Tt2TIU21iu（8-238-23）式式(8-20)(8-20)和式和式(8-21)(8-21)相加，得相加，得)cos(coscos sksmm2211Tt2T22IU21iuiu（8-248-24）式式(8-22)(8-22)和
23、和(8-23)(8-23)相相加，得加，得)cos(coscos sksmm1221Tt22T2IU21iuiu（8-258-25）将式将式(8-25)(8-25)乘以乘以coscosTTS S再与式再与式(8-24)(8-24)相减，可消去相减，可消去ttk k项，得项，得s2s12212211mmTTiuiuiuiuIUsincos)(cos (8-26)(8-26)同理，由式同理，由式(8-22)(8-22)与式与式(8-23)(8-23)相减消去相减消去tktk项，项，得得 (8-27)(8-27)s1221mmTsiniuiusinIU在式在式(8-26)(8-26)中，如用同一电压
24、的采样值相乘，或用同一中，如用同一电压的采样值相乘，或用同一电流的采样值相乘，则电流的采样值相乘，则 0 0，此时可得，此时可得s2s2122212mTTuu2uuUsincos (8-28)(8-28)s2s2122212mTTii2iiIsincos (8-29)(8-29)由于由于TSTS、sinTSsinTS、cosTScosTS均为常数，只要送入时间间均为常数，只要送入时间间隔隔TSTS的两次采样值，便可按式的两次采样值，便可按式(8-28)(8-28)和式和式(8-29)(8-29)计算出计算出UmUm、ImIm 。以式以式(8-29)(8-29)去除式去除式(8-26)(8-26
25、)和式和式(8-27)(8-27)还可得测量阻抗中还可得测量阻抗中的电阻和电抗分量，即的电阻和电抗分量，即 s212221s12212211mmTii2iiTiuiuiuiuIURcoscos)(cos (8-30)(8-30)s212221s1221mmTii2iiTiuiuIUXcossin)(sin (8-31)(8-31)由式由式(8-28)(8-28)和式和式(8-29)(8-29)也可求出阻抗的模值也可求出阻抗的模值s122221s212221mmTii2iiTuu2uuIUzcoscos (8-32)(8-32)由式由式(8-30)(8-30)和式和式(8-31)(8-31)还可
26、求出还可求出U U、I I之间的之间的相角差相角差，s12212211s1221TiuiuiuiuTiuiuarctgcos)(sin)(若取若取TSTS900 900，则式，则式(8-28)(8-28)式式(8-33)(8-33)可进一步化简，进而大大减少了计算机的可进一步化简，进而大大减少了计算机的运算时间。运算时间。(8-33)(8-33)4.4.三采样值积算法三采样值积算法 三采样值积算法是利用三个连续的等时间间隔三采样值积算法是利用三个连续的等时间间隔TSTS的采样的采样值中两两相乘，通过适当的组合消去值中两两相乘，通过适当的组合消去tt项以求出项以求出u u、i i的幅的幅值和其它
27、电气参数。值和其它电气参数。设在设在tk+1 tk+1 后再隔一个后再隔一个TSTS为时刻为时刻tk+2 tk+2，此时的，此时的u u、i i采样采样值为值为)(sinSkm3T2tUu (8-34)(8-34)sin(skm3T2tIi(8-35)(8-35)上式两采样值相乘，得上式两采样值相乘，得)cos(cos skmm33T4t2IU21iu(8-36)(8-36)上式与式上式与式(8-20)(8-20)相加，得相加，得 )cos(coscos sksmm3311T2t2T222IU21iuiu显然，将式显然，将式(8-37)(8-37)和式和式(8-21)(8-21)经适当组合以消
28、去经适当组合以消去tktk项，项，得得 s2s223311mmT2T2iu2iuiuIUsincoscos 若要若要TsTs30o 30o，上式简化为，上式简化为)(cos223311mmiuiuiu2IU 用用ImIm代替代替UmUm（或（或UmUm代替代替ImIm ），并取），并取 0o 0o，则有，则有 )(222321muuu2U )(222321miii2I (8-40)(8-40)(8-41)(8-41)由式由式(8-39)(8-39)和式和式(8-41)(8-41)可得可得 222321223311mmiiiiuiuiuIUR cos(8-42)(8-42)由式由式(8-27)(
29、8-27)和式和式(8-41)(8-41)，并考虑到，得，并考虑到，得 2223211221mmiiiiuiuIUX sin(8-43)(8-43)由式由式(8-40)(8-40)和式和式(8-41)(8-41)得得 222321222321mmiiiuuuIUz (8-44)(8-44)由式由式(8-42)(8-42)和式和式(8-43)(8-43)得得 (8-45)(8-45)2233112211iuiuiuiuiuarctg 三采样值积算法的数据窗是三采样值积算法的数据窗是2Ts2Ts。从精确角度。从精确角度看，如果输入信号波形是纯正弦的，这种算看，如果输入信号波形是纯正弦的，这种算法没
30、有误差，因为算法的基础是考虑了采样法没有误差，因为算法的基础是考虑了采样值在正弦信号中的实际值。值在正弦信号中的实际值。三、傅里叶算法（傅氏算法）三、傅里叶算法（傅氏算法）1.1.全周波傅里叶算法全周波傅里叶算法 全 周 波 傅 里 叶 算 法 是 采 用 由全 周 波 傅 里 叶 算 法 是 采 用 由coscosnn1 1t t和和sinsinnn1 1t t(n n=0=0，1 1，2 2)正弦正弦函数组作为样品函数，将这一正弦样品函数组作为样品函数，将这一正弦样品函数与待分析的时变函数进行相应的积函数与待分析的时变函数进行相应的积分变换，以求出与样品函数频率相同的分变换，以求出与样品函
31、数频率相同的分量的实部和虚部的系数。进而可以求分量的实部和虚部的系数。进而可以求出待分析的时变函数中该频率的谐波分出待分析的时变函数中该频率的谐波分量的模值和相位。量的模值和相位。根据傅里叶级数，我们将待分析的周期函数电流信号根据傅里叶级数，我们将待分析的周期函数电流信号i(t)i(t)表示为表示为 tnItnIIti11nns11nnc0sincos 式中式中 n nn n次谐波（次谐波（n=1n=1，2 2，）；）；I0I0恒定电流分量；恒定电流分量；IncInc、InsIns分别表示分别表示n n次谐波的余弦次谐波的余弦分量电流和正弦分量电流的幅值。分量电流和正弦分量电流的幅值。(8-4
32、6)(8-46)当我们希望得到当我们希望得到n n次谐波分量时，可用次谐波分量时，可用cosn1tcosn1t和和sinn1tsinn1t分别乘式分别乘式(8-46)(8-46)两边，然后在两边，然后在t0t0到到t0t0T T积分，得积分，得到到dttntiT2ITtt1nc00 cos)(dttntiT2ITtt1ns00 sin)(8-47)(8-47)(8-48)(8-48)每工频周期每工频周期T T采样采样N N次，对式次，对式(8-47)(8-47)和式和式(8-48)(8-48)用梯形用梯形法数值积分来代替，则得法数值积分来代替，则得Nn2kiN2IN1kknccos Nn2ki
33、N2IN1kknssin (8-49)(8-49)(8-50)(8-50)式中式中 k k、ikik第第k k采样及第采样及第k k个采样值个采样值电流电流n n次谐波幅值（最大值）和相位（余弦函数的初相）分次谐波幅值（最大值）和相位（余弦函数的初相）分别为别为 2nc2nsnmIII (8-51)(8-51)(8-52)(8-52)ncnsnIIarctg 写成复数形式有写成复数形式有 nsncnjIII 对于基波分量，若每周采样对于基波分量，若每周采样1212点（点（N=12N=12），则式），则式(8-49)(8-49)和式和式(8-50)(8-50)可简化为可简化为1261084211
34、751c1iiiiii21iiii23I6 )()()()()(108421175193s1iiii23iiii21iiI6 (8-53)(8-53)(8-54)(8-54)在微机保护的实际编程中，为尽量避免采用费时的在微机保护的实际编程中，为尽量避免采用费时的乘法指令，在准确度容许的情况下，为了获得对采样乘法指令，在准确度容许的情况下，为了获得对采样结果分析计算的快速性，可用（结果分析计算的快速性，可用（1 11/81/8）近似代替上）近似代替上两式中的，而后两式中的，而后1/21/2和和1/81/8采用较省时的移位指令来实采用较省时的移位指令来实现。现。全周波傅里叶算法本身具有滤波作用，在
35、计算基全周波傅里叶算法本身具有滤波作用，在计算基频分量时，能抑制恒定直流和消除各整数次谐波，但频分量时，能抑制恒定直流和消除各整数次谐波，但对衰减的直流分量将造成基频（或其它倍频）分量计对衰减的直流分量将造成基频（或其它倍频）分量计算结果的误差。另外用近似数值计算代替积也会导致算结果的误差。另外用近似数值计算代替积也会导致一定的误差。算法的数据窗为一个工频周期，属于长一定的误差。算法的数据窗为一个工频周期，属于长数据窗类型，响应时间较长。数据窗类型，响应时间较长。2.2.半周波傅里叶算法半周波傅里叶算法缩短全周波傅里叶算法的计算时间，提高响应速度，可缩短全周波傅里叶算法的计算时间，提高响应速度
36、，可只取半个工频周期的采样值，采用半周波傅里叶算法，其原只取半个工频周期的采样值，采用半周波傅里叶算法，其原理和全周波傅里叶算法相同，其计算公式为理和全周波傅里叶算法相同，其计算公式为Nn2kiN4I2N1kknssin/Nn2kiN4I2N1kknccos/(8-55)(8-55)(8-56)(8-56)半周波傅里叶算法的数据窗为半个工频周期，响应时半周波傅里叶算法的数据窗为半个工频周期，响应时间较短，但该算法基频分量计算结果受衰减的直流分量和间较短，但该算法基频分量计算结果受衰减的直流分量和偶次谐波的影响较大，奇次谐波的滤波效果较好。为消除偶次谐波的影响较大，奇次谐波的滤波效果较好。为消除
37、衰减的直流分量的影响，可采用各种补偿算法，如采用一衰减的直流分量的影响，可采用各种补偿算法，如采用一阶差分法阶差分法(即减法滤波器即减法滤波器)，将滤波后的采样值再代入半周，将滤波后的采样值再代入半周波傅里叶算法的计算公式，将取得一定的补偿效果波傅里叶算法的计算公式，将取得一定的补偿效果.3.3.基于傅里叶算法的滤序算法基于傅里叶算法的滤序算法可利用上面傅氏算法中计算出的三相电流基波分量的实、可利用上面傅氏算法中计算出的三相电流基波分量的实、虚部虚部I1CAI1CA、I1SAI1SA、I1CBI1CB、I1SBI1SB、I1CCI1CC及及I1SCI1SC来计算三相电流来计算三相电流的负序和零
38、序分量。的负序和零序分量。(1)(1)A A相负序电流与三相电流的关系为相负序电流与三相电流的关系为 CB2A2AIIII3 (8-57)(8-57)其中，将其实部与虚部分开得其中，将其实部与虚部分开得 32je)()(CC1CB1CC1CB1CA12CAII23II21II3 (8-58)(8-58)()(SC1SB1SC1SB1SA12SAII23II21II3 (8-59)(8-59)于是我们便得到负序电流的幅值为于是我们便得到负序电流的幅值为22222331SACAmIII(2)(2)A A相零序电流与三相电流的关系为相零序电流与三相电流的关系为 CBAAIIII03(8-61)(8-
39、61)(8-60)(8-60)将其实部和虚部分开，得到将其实部和虚部分开，得到 CCCBCAcAIIII11103(8-62(8-62）SC1SB1SA10SAIIII3 于是我们便得到零序电流的幅值为于是我们便得到零序电流的幅值为202031SACAOmIII(8-64)(8-64)四四、解微分方程算法解微分方程算法解微分方程算法是假定保护线路分布电容可解微分方程算法是假定保护线路分布电容可以忽略，故障点到保护安装处的线路段可用一电以忽略，故障点到保护安装处的线路段可用一电阻和电感串联电路，即阻和电感串联电路，即R RL L串联模型来表示，于串联模型来表示，于是下述微分方程成立是下述微分方程
40、成立dtdiLiRu11 (8-65)(8-65)式中式中R R、L1 L1 分别为故障点至保护安装处线路分别为故障点至保护安装处线路段的正序电阻和电感，段的正序电阻和电感，u u、i i 分别为保护安装处分别为保护安装处的电压和电流。的电压和电流。1.1.差分法差分法为解得为解得R1R1和和LlLl必须有两个方程式。一种方法是取采样时必须有两个方程式。一种方法是取采样时刻刻tk-1tk-1和和tktk的两个采样值，则有的两个采样值，则有1K1K11K1uiLiR KK1K1uiLiR 将将 代入上两式并联立求解，将得到代入上两式并联立求解，将得到S2KK1KT2iii S1K1KKT2iii
41、 )()()(1k1k1k2kkkk1k1kkS1iiiiiiuiuiT2L )()()()(1k1k1k2kkk1k1k1k2kkk1iiiiiiiiuiiuR 其中，其中，TsTs为采样间隔。为采样间隔。(8-67)(8-67)(8-68)(8-68)(8-69)(8-69)(8-70)(8-70)2.2.积分法积分法 用分段积分法对式用分段积分法对式(8-65)(8-65)在两段采样时刻在两段采样时刻tk-2tk-2至至tk-1tk-1和和tk-1tk-1至至tktk分别进行积分，得到分别进行积分，得到12121211KiKKKKKiittttdiLidtRudtKiKKKKKiittt
42、tdiLidtRudt1111(8-71)(8-71)(8-72)(8-72)式中，式中，ikik、ik-1ik-1、ik-2ik-2分别表示分别表示tktk、tktk1 1、tk-2tk-2时刻时刻的电流采样瞬时值，将上两式中的分段积分用梯形法求解，的电流采样瞬时值，将上两式中的分段积分用梯形法求解，则有则有)()()(2K1K12K1KS12K1KSiiLii2TRuu2T (8-73)(8-73)(8-74)(8-74)()(2)(211111KKKKSKKSiiLiiTRuuT联立求解上两式，可求得联立求解上两式，可求得R1R1和和L1L1分别为分别为 )()()()(1KK2K1K2
43、K1KK1K2K1KK1KK1K2K1KS1iiiiiiiiiiuuiiuu2TL )()()()(1KK2K1K2K1KK1K1KK2K1K2K1KK1KS1iiiiiiiiiiuuiiuu2TR 解微分方程算法所依据的微分方程式解微分方程算法所依据的微分方程式(8-65)(8-65)忽略了输电线分布电容，由此带来的误差只要用忽略了输电线分布电容，由此带来的误差只要用一个低通滤波器预先滤除电流和电压中的高频分一个低通滤波器预先滤除电流和电压中的高频分量就可以基本消除。量就可以基本消除。第四节第四节 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成一、微机保护装置的基本软件流程一、微机保护装置的基
44、本软件流程 微机保护装置除了具备高性能的保护功能外，其它的微机保护装置除了具备高性能的保护功能外，其它的主要基本功能包括保护装置的系统监控、人机对话、通主要基本功能包括保护装置的系统监控、人机对话、通信、自检、事故记录及分析报告以及调试功能。微机保信、自检、事故记录及分析报告以及调试功能。微机保护装置的基本软件流程由主程序流程和中断服务程序流护装置的基本软件流程由主程序流程和中断服务程序流程构成。前者执行对整个系统的监控以及实时性要求相程构成。前者执行对整个系统的监控以及实时性要求相对较低的各项辅助功能；后者按采样周期不断地定时中对较低的各项辅助功能；后者按采样周期不断地定时中断前者，周期性地
45、执行实时性要求较高的保护和辅助功断前者，周期性地执行实时性要求较高的保护和辅助功能。能。1 1微机保护装置软件的主流程及主循环微机保护装置软件的主流程及主循环保护装置在合上电源（简称上电）或硬件复位（简称复位）后，首先保护装置在合上电源（简称上电）或硬件复位（简称复位）后，首先进入第进入第1 1框，执行系统初始化。其作用是使整个硬件系统正处于正常工作状框，执行系统初始化。其作用是使整个硬件系统正处于正常工作状态，通常包括与各存储器相应的可用地址空间的设定、输入或输出口的定义、态，通常包括与各存储器相应的可用地址空间的设定、输入或输出口的定义、定时器功能的设定、中断控制器的设定以及安全机制等其它
46、功能的设定、地定时器功能的设定、中断控制器的设定以及安全机制等其它功能的设定、地址空间的分配、各数据缓冲区的定义、各个控制标志的初设、整定值的换算址空间的分配、各数据缓冲区的定义、各个控制标志的初设、整定值的换算与加载、各输入输出口的置位或复归等等。与加载、各输入输出口的置位或复归等等。然后，程序执行上电后的全面自检。然后，程序执行上电后的全面自检。自检是微机保护装置软件对自身硬软件系统工作状态正确性和主要元自检是微机保护装置软件对自身硬软件系统工作状态正确性和主要元器件完好性进行自动检查的简称。通过自检可以迅速地发现保护装置缺陷，器件完好性进行自动检查的简称。通过自检可以迅速地发现保护装置缺
47、陷，发出告警信号并闭锁保护出口，等待技术人员排除故障，从而使微机保护装发出告警信号并闭锁保护出口，等待技术人员排除故障，从而使微机保护装置工作的可靠性、安全性得到根本性的改善。置工作的可靠性、安全性得到根本性的改善。上电自检完成后，判别自检是否通过：若自检不能通过将发出告警信上电自检完成后，判别自检是否通过：若自检不能通过将发出告警信号并闭锁保护，然后等待人工复位；若上电自检通过，则进入保护功能程序号并闭锁保护，然后等待人工复位；若上电自检通过，则进入保护功能程序开始进行。开始进行。执行数据采集初始化和启动定时采样中断模块主要是对循环保存采样数据执行数据采集初始化和启动定时采样中断模块主要是对
48、循环保存采样数据的存储区（称为采样数据缓冲区）进行地址分配，设置标志当前最新数据的动的存储区（称为采样数据缓冲区）进行地址分配，设置标志当前最新数据的动态地址指针，然后按规定的采样周期对控制循环采样的中断定时器赋初值并另态地址指针，然后按规定的采样周期对控制循环采样的中断定时器赋初值并另其启动，开放采样中断。从此定时器开始每隔一个采样周期循环产生一次采样其启动，开放采样中断。从此定时器开始每隔一个采样周期循环产生一次采样中断请求，由采样中断服务程序（后面介绍）响应中断，周而复始地运转。中断请求，由采样中断服务程序（后面介绍）响应中断，周而复始地运转。闭锁保护模块通过设置闭锁保护的控制字，通知采
49、样中断服务程序暂时不闭锁保护模块通过设置闭锁保护的控制字，通知采样中断服务程序暂时不要执行启动元件、故障处理程序等相关功能。等待一段时间使采样数据缓冲区要执行启动元件、故障处理程序等相关功能。等待一段时间使采样数据缓冲区获得足够的数据供计算使用。在具备足够的采样数据之后，进入重新开放保护获得足够的数据供计算使用。在具备足够的采样数据之后，进入重新开放保护功能，此后主程序进入主循环。功能，此后主程序进入主循环。主循环在数字保护正常运行过程中是一个无终循环，只有在复位操作和自主循环在数字保护正常运行过程中是一个无终循环，只有在复位操作和自检判定出错时才会中止。在主循环过程中，每逢中断到来，当前任务
50、被暂时中检判定出错时才会中止。在主循环过程中，每逢中断到来，当前任务被暂时中止，止，CPUCPU响应中断并转而执行中断服务；响应中断并转而执行中断服务；CPUCPU完成中断服务任务后又返回主循环，完成中断服务任务后又返回主循环，继续刚才被中断的任务。主循环利用中断服务的剩余时间来完成各种非严格定继续刚才被中断的任务。主循环利用中断服务的剩余时间来完成各种非严格定时的任务，譬如通信任务处理、人机对话处理、调试任务处理、故障报告处理时的任务，譬如通信任务处理、人机对话处理、调试任务处理、故障报告处理以及运行自检等。以及运行自检等。人机对话处理模块如扫描键盘及控制按钮、在人机对话处理模块如扫描键盘及
