零序电流保护设计与虚拟仿真

论文总字数：21544字

摘 要

零序电流保护是电力系统中最常见的保护。合理地使用零序保护装置以及合理配电，这是保证电网安全运行的重要条件。当前，智能变电站成为电网发展的方向，并以通信网络化以及高度自动化等技术为电网安全运行提供了可靠保证。在智能变电站中，光纤替代电缆，智能设备取代常规保护，非可视化光回路成为数据传输的重要组成部分。

本设计第一步先简要介绍了一下电力系统零序电流保护的概况及其发展趋势；第二步则是分析了零序电流保护的软件以及硬件设计，由P89C51RD和DSP2181组成了零序电流保护装置的核心，CPU的内部则设有总启动元件，启动元件启动后释放出口继电器正电源；第三步则介绍一下每个模块的功能，再对零序电流保护装置进行软件设计。最后则是验证设计是不是可靠，对于整个零序电流保护装置进行一次虚拟仿真。

关键词：零序电流保护；电网安全运行；继电保护设备；虚拟仿真；

Abstract

Zero-order current protection is the most common protection in power systems. The rational use of zero-order protection devices and the rational distribution of electricity are important conditions for the safe operation of the power grid. At present, intelligent substation has become the direction of power grid development, and the communication network and highly automated technology for the safe operation of the power grid provides a reliable guarantee. In intelligent substations, fiber optics replace cables, smart devices replace conventional protection, and non-visual optical circuits become an important part of data transmission.

The first step of this design is to briefly introduce the overview of zero-order current protection in power system and its development trend, and the second step is to analyze the software and hardware design of zero-order current protection, consisting of P51RD and DSP2181, which form 89Cthe core of the zero-order current protector, and the CPU has a total start-up element inside, after the start-up element starts Release the outlet relay positive power supply, the third step is to introduce the function of each module, and then the zero-order current protection device software design. The final step is to verify that the design is not reliable and perform a virtual simulation of the entire zero-order current protector.

Keywords: Zero-order current protection; safe operation of the power grid;relay protection equipment;virtual simulation;

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目 录 Ⅲ

一、绪论1

1.1 零序电流保护的概况1

1.2 论文的主要工作2

二、输电线路零序电流保护整定计算3

2.1 零序电流I段的整定计算3

2.1.1 零序电流I段动作电流的整定6

2.1.2 灵敏度的校验7

2.1.3 动作时间的整定8

2.2 零序电流II段整定计算9

2.3 零序电流III段整定计算9

三、零序电流保护装置的硬件结构设计10

3.1 CPU最小系统图10

3.2 110KV输电线路零序电流保护的硬件10

3.3 数据采集系统11

3.3.1 电压形成回路11

3.3.2 采样保持电路和模拟低通滤波12

3.3.3 多路转换开关和模数转换13

3.4 开关量输入输出系统14

3.4.1 开关量输入输出模块14

3.4.2 开关量输入部分15

3.4.3 开关量输出部分16

3.5 电源模块17

四、零序电流保护的软件结构分析18

4.1 软件结构的分析概况18

4.2 程序总框图18

4.3 中断程序模块20

4.4 各程序的子模块介绍21

4.4.1 初始化21

4.4.2 启动元件21

4.4.3 零序方向电流保护22

4.4.4 重合闸及后加速23

4.5 微机保护的算法23

4.5.1 输入为正弦量的算法23

4.5.2 突变量电流算法24

4.5.3 选相方法25

4.5.4傅里叶级数算法27

五、实验验证及分析29

六、总 结32

参考文献33

致 谢34

一、绪论

1.1研究背景及意义

零序电流保护是电力系统中最常见的保护。合理地使用零序保护装置以及合理配电，这是保证电网安全运行的重要条件。当前，智能变电站成为电网发展的方向，并以通信网络化以及高度自动化等技术为电网安全运行提供了可靠保证。在智能变电站中，光纤替代电缆，智能设备取代常规保护，非可视化光回路成为数据传输的重要组成部分。通信技术、电子技术以及计算机技术的快速发展又为零序电流保护技术不断地注入了新的活力。电力系统中零序电流保护技术的发展过程则充分地说明了它为什么这么蓬勃发展，这是因为零序电流保护技术以电力系统的需求作为发展的力量泉源，以不断地吸收相关的科学技术中出现的新成就来作为发展的手段。

在二十一世纪的当代，各个制造厂家以及科研单位投入了越来越多的精力在科研上，继电保护设备的产品质量以及技术指标相对于电力系统已经越来越高。目前我国的继电保护设备还是很难批量调试以及生产，这主要的原因是因为人为因素对于现在的继电保护设备会造成很大的影响，此外调试的方法效率低下，调试的过程比较复杂。比起以前老旧的调试方式，方便我们更改接线的方式，只需要很少的投资，并且体积比以前更小，能够轻易就进行操作的虚拟仿真系统就显得非常的优秀。本课题依据零序电流保护需要，利用相关软件进行零序电流保护装置虚拟仿真设计。

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