基于电子式互感器的高压线路微机保护软件研究与设计

论文摘要

电子式互感器将以其在绝缘要求、测量精度、安全性、数字化和自动化配套能力等方面优势,将成为传统电力互感器的理想替代品,成为未来数字化变电站互感器技术发展的必然趋势;同时,如何实现电子式互感器与二次设备的连接已经成为目前一个研究的热点问题。湖南大学与武汉长江通信公司签定了“与电子式互感器接口的微机保护研究”课题,本文选题和研究工作是课题重要内容之一,具有理论意义和实际应用价值。首先阐述了电子式互感器的工作原理及国内外的研究现状,并对电子式互感器的特点及其应用对二次设备及变电站自动化的影响进行了讨论;然后研究分析了IEC60044-8和IEC61850-9标准中所规定的电子式互感器数字输出特性与通信技术。合并单元的采样速率和保护设备所要求的采样率之间往往为非整数倍关系,二次设备无法进行简单抽点采样。针对这一情况,采用了线性插值法对合并单元采样值进行插值抽取,并对其误差估计进行了分析。经Matlab计算仿真,线性插值法的插值抽取精度高,计算方便,可以无缝地实现原设备的交流采样功能,不改变原装置算法,减少了研究开发的工作量。在研究了典型的高压输电线路成套微机继电保护装置功能配置的基础上,详细论述了所采用的主要保护功能的配置及其工作原理。此外,还对软件中采用的保护、测量算法和判据进行了深入的研究,对其中的一些算法进行了详细的推导。保护功能模块的软件设计是整个装置软件的核心,它分为主程序、采样值接收中断服务程序和故障处理等模块;在保护软件设计中,采用面向继电器、层次化、模块化的软件设计新方法,完成了基于电子式互感器的线路保护软件的设计。该方法将保护软件从上至下分成框架层、功能层和驱动层,各层之间分工明确,接口简洁,构成了保护软件系统的有机整体;而每一层则由不同的软件模块搭建而成。文中通过对程序框图的详解,讲述了保护软件的设计思路,并介绍了各个功能模块的具体实现过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微机继电保护的发展及趋势
• 1.2 电子式互感器概述
• 1.2.1 电子式互感器基本概念及特点
• 1.2.2 电子式互感器的原理及分类
• 1.2.3 电子式互感器的研究现状和影响
• 1.3 本文研究的意义及主要工作
• 1.3.1 研究的背景及意义
• 1.3.2 课题来源及主要研究内容
• 第2章 基于电子式互感器的保护数字接口研究
• 2.1 电子式互感器输出功能
• 2.2 电子式互感器数字输出的标准化
• 2.3 电子式互感器采样值的抽取
• 2.3.1 采样值抽取功能模型分析
• 2.3.2 基于线性Lagrange 插值法的采样值抽取方法和误差分析
• 2.3.3 额定频率基波分量信号的线性插值分析
• 2.4 小结
• 第3章 高压线路保护软件的配置及其功能原理
• 3.1 零序方向电流保护
• 3.1.1 阶段式零序方向电流保护
• 3.1.2 零序电流保护逻辑设计
• 3.2 距离保护
• 3.2.1 阻抗测量元件及其动作特性
• 3.2.2 振荡闭锁
• 3.2.3 相继速动
• 3.2.4 距离保护动作逻辑
• 3.3 重合闸
• 3.4 小结
• 第4章 线路微机保护软件的算法和辅助元件
• 4.1 微机继电保护算法简述
• 4.2 傅氏算法
• 4.2.1 全周波傅氏算法
• 4.2.2 线路阻抗的傅氏算法
• 4.3 解微分方程算法
• 4.3.1 解微分方程算法的基本原理
• 4.3.2 短数据窗和长数据窗
• 4.3.3 解微分方程算法的改进
• 4.3.4 Tukey FIR 低通滤波器
• 4.4 序分量的计算
• 4.4.1 零序电流的计算方法
• 4.4.2 正序和负序电流的计算方法
• 4.5 方向元件的算法
• 4.6 突变量元件
• 4.7 故障选相元件
• 4.8 小结
• 第5章 基于电子式互感器的高压线路保护软件设计
• 5.1 保护软件的结构与功能
• 5.2 过程层采样接口的软件实现
• 5.3 保护功能软件的设计
• 5.3.1 保护主程序模块
• 5.3.2 采样值接收中断服务程序模块
• 5.3.3 故障处理程序模块
• 5.4 监控模块及内部通信的实现
• 5.4.1 监控模块主程序
• 5.4.2 按键管理及显示
• 5.4.3 内部通信的实现
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文
• 附录 B 攻读学位期间参与的科研项目