Лекция_МП_защиты. Микропроцессорная релейная защита и автоматика
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
Конспект урока. 4 часа. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА Элементная база различных устройств, применяемых в энергетике, претерпевала уже не раз изменения. Например, устройства релейной защиты и автоматики выполнялись на электромеханических элементах (различных реле), на электронных компонентах (полупроводниковых, микросхемах). Счетчики электрической энергии длительное время выполнялись на индукционном принципе, затем их стали вытеснять счетчики на электронных компонентах. Каждый этап привносил улучшение показателей устройств: снижение потребляемой мощности, габаритов и веса, улучшались характеристики устройств, расширялись функциональные возможности. В настоящее время происходит повсеместный переход на новую элементную базу – микропроцессоры. Помимо того, что этот переход сопровождается улучшением характеристик устройств, он позволяет осуществить совершенно новый подход к реализации алгоритмов. Так, при выполнении устройств на электронных компонентах, реализация алгоритма той или иной задачи заключается в том, что система выполняется в виде электронных схем, соединенных друг с другом так, чтобы сразу дать решение стоящей проблемы. Такую систему называют жесткой структурой или аппаратурным решением. Этот способ имеет серьезный недостаток: при необходимости внесения изменений в алгоритм работы или дополнений приходится менять все устройство. Развитие средств микропроцессорной техники позволяет выйти на новый уровень решения подобных задач. При помощи контроллеров и микроЭВМ, построенных на микропроцессорах, можно реализовать устройство, выполняющее любую логическую последовательность. Логика работы такого устройства задается программой, и любые изменения заключаются только в изменении программы. Применение готовых контроллеров и микроЭВМ становится экономически выгодным в сравнении с проектированием специальных логических схем. Несмотря на разнообразие устройств, выполняемых на микропроцессорах (МК) – устройства релейной защиты и автоматики, регистраторы аварийных сигналов, счетчики электрической энергии и др., все они в своей основе имеют общую структуру.  Структурная схема устройства на МК ДА – датчики аналоговых сигналов. ДС – датчики дискретных сигналов ИП – измерительные преобразователи. КАС – коммутатор аналоговых сигналов. АЦП – аналого-цифровой преобразователь МК – микроконтроллер. ОЗУ – оперативное запоминающее устройство ПЗУ – постоянное запоминающее устройство На вход устройства могут поступать как аналоговые величины, так и дискретные сигналы. Аналоговые величины, такие как температура, давление, расход и т.д., предварительно должны пройти следующие преобразования: вначале они преобразовываются в удобную для дальнейшей обработки форму – в электрический сигнал. Для этих целей используются различные датчики: датчики температуры, датчики давления, датчики расхода, датчики тока, датчики напряжения и др. Значения электрических сигналов на выходах датчиков имеют большой разброс. Так, например, сигнал на выходе датчиков температуры – термопар, составляет десятки милливольт, на выходе датчиков тока – трансформаторов тока, единицы или десятки ампер. Для преобразования их к уровню, удобному для обработки с помощью современных электронных устройств (а это, как правило, сигналы в виде напряжения в несколько вольт) используются различные измерительные преобразователи – ИП. Поскольку микроконтроллер может обрабатывать информацию, представленную только в виде цифровых двоичных кодов, далее аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Эту операцию выполняют аналого-цифровые преобразователи АЦП. Типичным решением стало использовать один АЦП для преобразования нескольких аналоговых сигналов (как правило 8 или 16). Объясняется это сложностью и дороговизной АЦП. Подключение нескольких сигналов к одному АЦП осуществляется с помощью коммутатора аналоговых сигналов. С выхода АЦП сигналы по шине данных поступают в микроконтроллер, обрабатываются в соответствии с программой, находящейся в памяти ПЗУ, результаты обработки могут помещаться в оперативную память – ОЗУ для временного хранения или поступать через интерфейс ввода/вывода на внешние устройства для управления или отображения различной информации. Основной отличительной особенностью микропроцессоров является программное управление их функционированием. Это обстоятельство позволяет представлять различные устройства как систему арифметико-логического преобразования информации, содержащейся во входных величинах, и позволяет использовать для ее обработки мощный математический аппарат. Измерительные преобразователи. - Чаще применяются электромагнитные трансформаторы. Они имеют нелинейность, что искажает выходной сигнал. - Датчики Холла. - Катушка Роговского. - Металопленочные резисторы.  Датчик тока типа “Катушка Роговского” ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ (ЦОС)  Примем следующие обозначения: u(t) – аналоговый сигнал; U(nT) – последовательность чисел, возникающих в моменты времени t = nT (-  < n < ), где n – целое число; T – период дискретизации (время между двумя соседними выборками); f0 – основная промышленная частота синусоидальных сигналов в ЭС; ω0 =2π f0 – угловая основная частота; T0 = 2 π/ ω0 – период основной частоты; N = T0//T число выборок за период основной частоты. Для релейной защиты N=24, 32, 48. Счетчики электрической энергии N=256. U(1xT), U(2xT), … U(nxT) U(1xT), U(2xT), … U(nxT) U(1xT), U(2xT), … U(nxT) ВЫЧИСЛЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ И СРЕДНИХ ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛОВ. Текущее действующее значение U(t) функции u(t) определяются по известной формуле:  (1)Для дискретизированных цифровых сигналов:  Текущее среднее значение модуля Uср(t) функции u(t) определяются по формуле:  ; (1)Для дискретизированных цифровых сигналов:  В настоящее время разработан мощный математический аппарат для обработки последовательности чисел и решения таких задач, как: Фильтрация Гармонический анализ Определение симметричных составляющих в трехфазной системе и т.д. Следует отметить, что математический аппарат постоянно развивается. Появляются новые методы обработки информации, которые воплощаются в различных микропроцессорных устройствах и в том числе в устройствах релейной защиты и обогащают их новыми техническими возможностями. Вейвлет преобразование. Искусственные нейронные сети. И др. Структура терминала релейной защиты.   |