保护必备.docx

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保护必备

名词解释

1.微机保护:

以微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的继电保护。

2.S/H：

表示采样保持器，作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟—数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。

3.DSP：

　DSP数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。

DSP具有强大、快速的数据处理能力和定点、浮点运算功能，因此将DSP融合到微机保护中，将大大提高微机保护的性能。

4..A/D：

模数转换器可以认为是一个编码电路，它将输入的模拟量Um相对于模拟参考量Ur经编码电路转换成数字量D输出。

5.简述VFC型数据采集系统的工作原理

VFC:

电信号经过电压形成回路后，切换成与输入信号成比例的电压量，经过VFC将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。

经过快速光电耦合器隔离后，由计数器对脉冲进行计数，随后微型机在采样间隔Ts内读取的计数值就与输入模拟量在Ts内的积分成正比，达到了将模拟量转换成数字量的目的，实现了数据采集功能。

VFC是另一种A/D转换功能的器件。

6.光电耦合器：

把发光器件和光敏器件组合在一起，实现以光信号为媒介的电信号变换。

6.数字滤波器：

通过对输入信号的进行数字运算的方法来实现滤波的滤波器

实现手段：

一段程序；数字运算器件（DSP，FPGA）

7.数字滤波器的时间窗:

在每一次运算时所需要用到的输入信号的最早采样值的时刻和最晚采样值的时刻，两者之间的时间跨度。

8.数字滤波器的数据窗指：

数字滤波器完成每一次运算，输出一个采样值，所需要的输入信号采样值的个数。

9.FIR:

FIR（FiniteImpulseResponse）滤波器：

有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。

非递归型数字滤波器必定是FIR。

10.IIR:

IIR（InfiniteImpulseResponse）数字滤波器，又名“无限脉冲响应数字滤波器”。

递归滤波器，由于有了递归，就有了记忆作用，一般是IIR数字滤波器。

11.差模干扰:

串联于信号源之中的干扰。

12.共模干扰:

引起回路对地电位发生变化的干扰称为共模干扰

13全零点滤波器:

如果数字滤波器的脉冲传递函数H（z）只有零点而没有极点,这种数字滤波器称全零点数字滤波器。

Ø转移函数中只含有零点而无极点的滤波器

Ø在单位圆上设置零点，即可消除对应的谐波分量

14.解微分方程算法:

解微分方程算法是利用输电线路的数学模型，根据故障类型和保护安装处电流和电压信号的瞬时采样值，计算出故障点到保护安装处的测量阻抗，通过阻抗元件，实现输电线路距离保护的算法。

15.频率特性:

系统的频率特性:

一个系统的输出和输入的傅氏变换之比。

频率特性H（f）分为幅频特性A（f）和相频特性ϕ（f）。

16.微机保护算法定义：

微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的方法称为微机保护算法。

算法的分类

（1）、根据输入电气量的若干采样值计算电气量的相量；

（2）、模仿模拟型保护的实现方法，根据动作方程来判断故障是否在动作区内。

性能指标

1）、精度2）、速度。

（1）算法所要求的采样点数（数据窗长度）2）算法的运算工作量。

考虑算法本身的滤波功能

简答题1.简要说明微机保护较常规保护有哪些特点？

5条

答：

维护调试方便、可靠性高、易于获得附加功能、灵活性大、保护性能得到很大改善。

2.微机保护的硬件系统有哪几部分组成？

各部分的主要作用是什么？

框图，语言描述

硬件构成：

3大部分

（1）数据采集系统，主要包括电压形成回路、模拟滤波、采样保持（S/H）、多路转换（MPX）以及模数转换等，完成将模拟输入量准确地转换为微型机能够识别的数字量。

（2）微型机主系统，主要包括微处理器（MPU）、只读存储器（ROM）或闪存内存（FLASH）、随机存储器（RAM）、并行口及串行口等。

微型机执行编制好的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析、处理，完成各种继电保护的测量、逻辑和控制功能。

（3）开关量输入/输出系统，主要有微型机的并行口（PIA或PIO）、光电隔离器件以及有接点的中间继电器等组成。

以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部触点输入、人机对话及通讯等功能。

3、微机保护的数据采集系统有几种形式？

试绘出其原理框图。

答：

A/D逐次比较式数据采集系统、V/F变换式数据采集系统

4、微机保护模拟量采集系统为什么要加模拟低通滤波器？

其截止频率应该如何选取？

答：

为了防止无用的高频信号进入采样过程,造成采样信号的失真,为此,需要装设模拟低通滤波器.

采用低通滤波器消除频率混叠问题后，采样频率的选择在很大程度上取决于保护的原理和算法的要求，同时还要考虑硬件的速度问题。

5、绘出微机保护的开关量输入回路和输出回路的典型电路图，简述电路的工作原理。

绘出开关量输入/输出电路的原理图。

1、开关量输入电路。

（1）、键盘操作节点，可直接接至微型机的并行输入接口芯片上，原理图如下：

K1闭合时，PA0=0；K1断开时，PA0=1.

（2）从微型机继电保护装置外部引入的开关量触点状态。

2、开关量输出电路。

并行口经过光电耦合器控制继电器的方式

对于重要的保护跳闸出口信号，为了防止误发信号，还需要增加与非门环节。

为什么设置反相器B1及与非门H1而不是将发光二极管直接同并行口相连？

Ø一方面是因为并行口带负载能力有限，不足以驱动发光二极管；

Ø另一方面因为采用与非门后要满足两个条件才能使J动作，增加了抗干扰能力，也增加了芯片损坏情况下的防误动能力。

PB0经一反相器，而PB1却不经反相器？

可防止拉合直流电源的过程中继电器J的短时误动。

因为在拉合直流电源过程中,当5V电源处在中间某一临界电压值时，可能由于逻辑电路的工作紊乱而造成保护误动作，特别是保护装置的电源往往接有大容量的电容器，所以拉合直流电源时，无论是5V电源还是驱动继电器J用的电源正，都可能相当缓慢的上升或下降，从而完全可能来得及使继电器J的接点短时闭合。

采用此接法后，由于两个相反的条件的互相制约，可以可靠地防止误动作。

6、简述网络化硬件结构的优点。

6条

答：

模数之间的转换简单方便、可靠性高、扩展性好、升级方便、便于实现出口逻辑的灵活配置、降低了对微型机或微控制器并行口的数量要求。

8、简要说明逐次比较式与V/F变换式数据采集系统的输出数字量与输入模拟量之间的关系答：

电压频率变换式数据采集系统是将被转换的模拟输入电压在一定时间间隔内的积分值转换成计数器的读值之差；

逐次比较式数据采集系统是将模拟输入电压的瞬时采样值转换成对应的数字量，而且采样前又必须对模拟输入电压进行低通滤波。

9、在V/F变换式数据采集系统中，为什么要使用计数器？

在两个不同时刻读出的计数器的数值之差说明了什么？

答：

1、电压频率式转换芯片的基本工作原理是根据输入模拟电压的瞬时值的不同，输出不同频率的脉冲电压信号，而不是数字量。

为了得到输入模拟电压对应的数字量，就需在其下一级配置计数器，利用在固定时间内测量出VFC芯片输出的脉冲个数，间接地得到输入模拟电压的瞬时值对应的数字量。

2、在相邻两个采样时刻上计数器的读书值之差代表了此期间内模拟输入交流电压信号的积分值。

1．什么是滤波？

数字滤波？

数字滤波与模拟滤波相比数字滤波有何优点？

滤波器：

就广义来说是一个装置或系统，用于对输入信号进行某种加工处理，以达到取得信号中的有用信息而去掉无用成份的目的。

数字滤波器：

通过对输入信号的进行数字运算的方法来实现滤波的滤波器

实质是对采样后的离散化序列进行一定的数学运算，得到一组新的离散化序列，而新的离散化序列中，包含了有用信号的所以信息，滤掉或抑制了无用信号的成分，达到了滤波的效果。

实现手段：

一段程序；数字运算器件（DSP，FPGA）

与模拟滤波器比较，数字滤波器优点：

5点必考必考必考

答：

特性一致性好；不存在由于温度变化、元件老化等因素对滤波器特性影响问题；不存在阻抗匹配问题；灵活性好；精确度高。

2．滤波器频率特性的物理意义是什么？

滤波器频率特性与滤波器的单位冲激响应之间有何关系？

H（f）的物理意义是，对于输入信号中的任一频率成份f1，经过系统后幅值乘了A（f1）倍，而相位相差为相角ϕ（f1），但输出量的频率仍然是f1。

频率特性是冲击响应的傅里叶变换，也就是说，二者是一个傅里叶变换对，知道一个就可以求出另一个。

3.简述数字滤波的工作原理、数字滤波器的时间窗和数据窗。

答：

数字滤波器的工作原理是利用输入信号的采样值，按照滤波方程，输出所提取特征量在采样时刻的采样序列。

数字滤波器的时间窗是指：

在每一次运算时所需要用到的输入信号的最早采样值的时刻和最晚采样值的时刻，两者之间的时间跨度。

数字滤波器的数据窗是指：

数字滤波器完成每一次运算，输出一个采样值，所需要的输入信号采样值的个数。

3．简述常见几种数字滤波器的设计方法。

4．

5．简述脉冲传递函数零点和极点对数字滤波器滤波性能的影响。

零、极点位置对系统频率响应的影响

在数字滤波器脉冲传递函数中，设置一个零点就可以滤除数字滤波器的输入信号中某一频率为fi的分量。

在数字滤波器脉冲传递函数中，设置多个零点就可以滤除数字滤波器的输入信号中频率为fi的多个分量。

在数字滤波器脉冲传递函数中，设置一个极点就可以提取数字滤波器的输入信号中某一频率为f1的分量。

在数字滤波器脉冲传递函数中，设置多个极点就可以提取数字滤波器的输入信号中频率为fi的多个分量。

6.什么是全零点数字滤波器?

它的滤波机理是什么？

答：

只含有零点而没有极点的滤波器称为全零点滤波器。

全零点滤波器的滤波机理是：

通过设置零点来滤除输入信号中某一个或某些谐波分量。

设采样频率fs是基波分量频率f1的N倍且N是偶数，现在要求滤除K=m以外的整数次谐波，那么数字滤波器的零点选为Z平面单位圆上的一些点，零点数字滤波器的脉冲传递函数应选为各零点因子脉冲传递函数之积。

1．给出两点乘积算法的计算电流、电压和测量阻抗的计算公式。

该算法的时间窗是多少？

电压和电流的公式类似，请自行写出

相量形式：

2．给出两点乘积算法计算有功功率和无功功率的计算公式。

3.简要说明采样值乘积算法的计算特点．从算法原理上看该算法是否存在计算误差。

答：

采样值乘积算法的计算特点是：

利用电流和电压采样值的乘积来计算出电流和电压的有效值、相角和测量阻抗。

同时，也能计算出有功功率和无功功率。

从算法原理上看，算法本身不存在计算误差。

4.怎样理解导数算法在原理上存在着计算误差?

答：

由于导数量的采样值不能直接得到只能用两个采样时刻的采样值之间的差分来代替两个采样时刻中点的导数量采样值；用两个采样时刻采样值的平均值代替计算时刻的采样值，所以在原理上，该算法存在计算误差。

5.给出半周期积分法的计算公式并说明利用此计算方法能得到那些量。

答：

半周积分算法的依据是一个正弦量在任意半周期内绝对值的积分为一个常数S，并且积分值S和积分的起始点初相角无关。

误差与输入信号的初相角相关，误差与采样频率有关。

半周积分算法主要的优点

–计算简单

–算法本身具有一定滤波作用

●具有一定滤高频能力，但是不能滤直流分量

●可以另配一个简单的差分滤波器来抑制非周期分量

半周积分算法主要的缺点

–算法的时间窗较长，要等待半个周波才能得到正确的计算结果

–计算的精确度受输入信号的初相角的影响很大

6突变量电流算法如何减小频率变化的影响？

，双周算法

突变量的存在时间不是20ms，而是40ms双周算法抗频率变化能力增强

双周算法不仅可以补偿频率偏离产生的不平衡电流，还可以削弱由于系统静稳定破坏而引起的不平衡电流。

只有在振荡周期很小时，才会出现较大的不平衡电流，保证了静稳定破坏检测元件能可靠地抢先动作。

7．简要说明解微分方程算法的算法原理，电流和电压量怎样选择?

答：

解微分方程算法是利用输电线路的数学模型，根据故障类型和保护安装处电流和电压信号的瞬时采样值，计算出故障点到保护安装处的测量阻抗，通过阻抗元件，实现输电线路距离保护的算法。

算法中使用的电流和电压的采样数据必须是数字滤波器的输出数据。

电压u（t）和电流i（t）的选择方式取决于输电线路的故障类型。

对于相间短路故障时，电压u（t）选择故障相的相电压之差，电流i（t）选择故障相的相电流之差。

当输电线路发生单相故障时，电压u（t）选择为接地相的相电压，电流i（t）选择接地相的相电流再加上零序补偿电流。

8解微分方程算法中为什么认为可以忽略输电线路的对地分布电容?

解微分方程算法仅用于计算线路阻抗。

对于一般的输电线路，在短路情况下，线路分布电容产生的影响主要表现为高频分量，于是，如果采用低通滤波器将高频分量滤除掉，就相当于可以忽略被保护输电线路分布电容的影响，因而从故障点到保护安装处的线路段可用以电阻和电感的串联线路来表示，即将输电线路等效为R-L模型。

9简述R_L模型算法的优缺点？

优点：

1.可以不用滤除非周期分量，因而算法的总时窗较短。

2.不受电网频率的影响。

3.当测量电压取自串联电容的线路侧TV时，R-L模型算法不受串补电容产生的低频分量的影响。

缺点：

噪声影响大。

1.使用傅立叶算法是否需要对电流和电压的采样数据进行数字滤波？

为什么？

答：

使用傅立叶算法不需要对电流和电压的采样数据进行数字滤波。

因为从傅立叶算法的幅频特性可见，只要f是基频f1的整数倍时，H（f）=0，说明了傅立叶算法具有很强的滤波特性。

2.比较全波傅里叶算法和半波傅里叶算法的性能，并简述在距离保护中的应用方案。

3.半周期傅立叶算法的使用条件是什么?

答：

半周傅立叶算法的使用条件是：

要求在电流或电压信号中，只含有基波频率和基波频率奇数倍频信号。

4.在系统频率偏离额定值时，对傅立叶算法的计算结果有何影响?

答：

由于此算法采用x（t）的周期采样值与滤波系数的乘积累加运算来代替积分运算。

如果按系统运行额定频率为50HZ来确定采样频率fS=Nf1和滤波系数时，那么在系统运行频率为50HZ时。

对x（t）的N个采样点，刚好完整的采集一个周期，这时计算各谐波分量幅值和相角的计算结果是没有误差的。

当系统运行频率偏于额定频率时，N个采样值不是周期函数x（t）的一个完整的采样周期，这时各谐波分量幅值和相角的计算结果是有误差的。

3．在基波周期内采样N=12点时，写出电压滤序算法并指出其时间窗。

4．共模干扰和差模干扰哪一种对微机保护影响较大？

应如何减少这些干扰？

答：

共模干扰对微机保护影响更大。

消除共模干扰的方法主要有：

浮空隔离技术、双层屏蔽技术、系统一点接地、低阻匹配传输、电流传输代替电压传输、采用隔离变压器、采用光电耦合芯片。

5．什么是干扰？

干扰进入微型机继电保护装置之后会带来什么问题？

答：

干扰就是除有用信号以外的所有可能对装置的正常工作造成不利影响的装置内部和外部的电磁信号。

干扰进入微机后会出现：

运算出错，程序出轨，损坏硬件。

6．什么是共模干扰?

干扰对微机保护有何影响?

差模干扰：

串联于信号源之中的干扰。

共模干扰：

引起回路对地电位发生变化的干扰称为共模干扰

影响：

1.计算或逻辑错误2.程序运行出轨。

计算题

1.已知离散系统的差分方程分别为：

（1）

（2）

（3）

试求系统的脉冲传递函数。

2.已知离散系统的脉冲传递函数分别为：

（1）

（2）

（3）

（4）

试求：

①分别给出系统的频率特性表达式；

②分别给出

（1）、

（2）、（3）系统的幅频特性表达式；

③在

，

时，绘制出

（1）、

（2）、（3）系统的幅频特性曲线；

3.某模拟滤波器的传递函数为：

试设计出递归型数字滤波器。

4.设数字滤波器的输入信号是由直流分量、基波至基频的五次谐波分量构成，基波频率为50Hz，采样频率为

＝600Hz。

试设计只保留二次谐波分量，滤除其他频率信号的数字滤波器。

5、设采样周期为T=

ms，某信号含有直流分量、基波至四次谐波分量。

要求只保留其中的基波分量，滤除其它频率分量，基波频率为50Hz，试用全零点配置法给出数字滤波器的脉冲传递函数。

6、采样频率fs=1200Hz（N=24），要求完全滤除直流分量及3、4、6、8、9、12次谐波分量，试用简单滤波单元构造级联滤波器来完成滤波任务，要求具有良好的高频衰减特性。

7.假设采样周期为Ts，试分析滤波方程为y（k）=x（k）+x（k-3）数字滤波器的滤波性能。

解：

该数字滤波器的脉冲传递函数为

因此，其频率特性为

幅频特性为

当

时，滤波器的幅度响应为零。

即

时，滤波器的响应为零。

（m为谐波次数）

又由于

，所以有

时，滤波器的响应为零。

从而可得能滤除的谐波次数

有以上分析可知，无论i取何值，m都不可能为0，所以不能滤除直流分量。

8.数字滤波器脉冲传递函数为：

H（z）=1-z-1，试求：

数字滤波器的频率特性和差分方程。

1、已知被采样函数为i（t）=10sinωt，一周期内采样点数N=12，画出采样输出波形，并用半周积分法求出Im。

2、下表所列数据为对一基频为

的周期函数进行采样得到的采样值，已知采样频率为

，试用傅氏算法计算出该组采样值对应的基波分量的幅值和相位。

1.如图所示跳闸出口回路，跳闸条件是什么？

设计跳闸出口程序流程图，注意防止程序出格？

跳闸条件是：

PB0=0，PB1=1.

跳闸程序的闭锁流程图为：

原理：

将跳闸部分分成两部分，跳闸指令1和跳闸指令2，必须在执行这两部分指令之间插入一段核对程序，检查在RAM区存放的某些特殊标志字。

当保护装置通过正常途径进入跳闸程序段之前，在其前面的程序段中（例如启动元件启动、测量元件判别在区内等）必须给相应标志字赋值，以便微型机通过核对这些标志字来区别是合理的跳闸，还是由于程序出格而错误的进入跳闸程序。

前者可以通过检查而继续执行跳闸指令二，发出跳闸脉冲。

对于程序出格的情况，微型机转至重新初始化，将程序从出格状态退出，从而恢复正常运行。

如果程序出格后，非预期的转至跳闸程序段中的中间某一地址，例如从A点进入，也将在执行完跳闸指令2后，经核对发现问题而重新恢复正常运行。