第五讲微机保护的数据采集系统.ppt

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1、第五讲微机保护数据采集系统微机继电保护举例微机保护的结构CPU板一、概述微机保护的硬件构成由三部分组成1、模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量2、CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存内存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能3、开关量（数字量）输入/输出系统：

2、并行接口(PIA或PIO)、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能微机保护的硬件构成二、数据采集系统（模拟量输入系统）（一）电压形成回路微机保护要从被保护电力线路的电流互感器、电压互感器取得电流、电压信息，必须把这些电流互感器、电压互感器的二次电流、电压（5A或1A、100V）进一步变换降低为±5V或±10V范围内的电压信号，供微机保护的模数转换芯片使用。电压形成回路（1）输入电压的电压形成回路把一次电压互感器输出的二次额定100V电压变换

3、成最大±5V模拟电压信号，供模数转换芯片使用。可以采用电压变换器实现。（2）输入电流的电压形成回路把一次电流互感器输出的二次额定5A/1A电流变换成最大±5V模拟电压信号，供模数转换芯片使用。可以采用电流变换器或电抗变换器实现。1、输入电压的电压形成回路通过电压变换器实现，即一种变压器（但是，原边与付边之间应当设置一个屏蔽层，提高抗共模干扰的能力）。电压变换器（TV）2、输入电流的电压形成回路，有以下2种方法实现（1）电抗变换器电抗变换器是一种铁心中有气隙的变压器。优点是铁心不易饱和，线性变换范

4、围大。缺点是阻止直流、放大高频分量，使二次侧电压波形发生严重畸变。（2）电流变换器电流变换器是一种铁心闭合无气隙的变压器。优点是当铁心不饱和时，二次电流波形与一次侧相同。缺点是在电流非周期分量作用下容易饱和，线性度差。微机保护中一般采用电流变换器。Z是模数转换器的输入阻抗；是二次侧并联电阻，很小。输出电压（二）采样保持电路和模拟低通滤波器1、采样保持电路的作用及原理采用保持电路（S/H），作用是采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在模数转换器进行转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。采样保持

5、电路：输入电压：输出电压：采用保持电路输出了一个阶梯电压波形。在保持阶段无论何时进行模数转换，都反映了采样值。2、对采样保持电路的要求a）截获时间（Tc）尽量短，以便采用很短采样脉冲。b）保持时间长，在保持期间输出电压变化小。c）模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。采样保持电路的典型芯片3、模拟低通滤波器电力系统故障初期，电流、电压中可能含有相当高的频率分量（如2kHZ以上）。而目前大多数微机保护原理都是反映50HZ工频分量的。因此，在采样保持前用一个模拟低通滤波器把高频分量过滤掉

6、，防止高频分量混叠到工频来。最简单的模拟低通滤波器是RC低通滤波器。其中（三）模拟量多路转换开关当需要对多个模拟量进行模数变换时，由于模数转换器（A/D转换器）的价格较贵，通常不是每个模拟量输入通道设置一个A/D，而是多路输入模拟量共用一个A/D，中间经过多路转换开关切换。16路多路转换开关输入模拟量通道：A1～A16;输出模拟量通道：输出控制由四个路数选择线来控制。模拟量多路转换开关的应用。模拟量多路转换开关（MPX）中最重要的部分是电子开关AS，它是用数字电子逻辑控制模拟信号通、断的一种电路

7、，通常是由双极型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（J-FET）或金属氧化物半导体场效应管（MOS-FET）等类型组成的电子开关。（四）模数转换器1、模数转换器的一般原理模数转换器（A/D转换器，或简称ADC）是实现计算机控制的关键技术，是将模拟量转变成计算机能够识别的数字量的桥梁。模数转换器是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号。模数转换器把输入的模拟量相对于模拟参考转化成数字量D输出，输出数字量D和输入模拟量之间关系式为：，其中是模拟参考电压，一般D是小于1的二进制数，D是一个n位二进制数字

8、。模数转换器的工作原理把连续的模拟信号转变为离散的数字信号。以kTs时刻为例分析：该时刻瞬时电压值转变为数字量2、数模转换器的一般原理数模转换器（D/A转换器，或简称DAC）是把数字量D转变成模拟电压或电流输出。模数转换器中一般都要用到数模转换器。输入数字量：，上图n=4。输出模拟电压：，正比于输入数字量D。3、逐次逼近式模数转换器的工作原理数模转换器的工作过程：通过并行接口向16位D/A转换器试探性送数。每送一次数，微型机通过读取PA0端口的状态判断试送的16位数相对于模拟输入量是偏大还是偏小