一种10kV微机线路继电保护装置的开发设计

摘要

输电线路是电力系统中的组成部分，负责电力输送及联网的重要任务。电力系统对供电质量提出了更高的要求，而快速准确地切除线路故障是保证电网安全的关键。本文采用微机控制方法设计了1套线路保护装置，对10kV线路故障和非正常运行状态进行判断和保护。
　　 线路保护装置采用ATmega128，芯片作为控制核心，硬件电路主要包括芯片外围电路，模拟信号处理和采样电路，开关量输入输出电路，电源电路和RS-485通信电路等。考虑到户外复杂的电磁环境，在硬件电路中还进行了抗干扰设计，本文详细阐述各部分电路的组成和功能。在软件设计方面，研究了输电线路发生的各种主要故障，采用MATLAB仿真对故障进行了模拟，推导出这些故障的实用判据，对傅立叶等继电保护算法的性能和误差做了分析和比较，提出了相应的改进方法。程序用C语言编程方法，按照不同的功能采用模块化设计。
　　 在通信设计方面，本文阐述了保护装置所采用的RS-485通信电路和Modbus通信规约，对消息帧格式，帧间隔时间等关键参数进行了具体的分析和计算，开发出了主从机通信程序。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文选题的背景及意义

1.2继电保护的国内研究现状

1.3线路保护的国内外研究现状

1.4现代继电保护装置的发展趋势

1.5本论文的主要内容和章节

第二章线路故障与保护算法

2.1线路故障分类及其原因

2.1.1线路常见故障分类

2.1.2线路短路故障原因分析

2.1.3线路接地故障原因分析

2.2线路异常工作状态与仿真

2.2.1线路运行于过负荷工作状态与仿真

2.2.2线路运行于低电压工作状态与仿真

2.2.3线路运行于低频减载工作状态

2.2.4控制回路异常

2.2.5断路器弹簧未储能

2.2.6电压互感器TV断线

2.3继电保护的原理与算法

2.3.1两段式电流保护的原理与算法

2.3.2过负荷保护的原理与算法

2.3.3后加速保护的原理与算法

2.3.4低电压保护的原理与算法仿真

2.3.5零序电流保护的原理与算法

2.3.6低频减载保护的原理与算法

2.3.7控制回路异常告警

2.3.8 TV断线告警

本章小结

第三章线路微机继电保护装置的硬件设计

3.1保护装置硬件设计

3.2三相交流信号采样电路

3.2.1低通滤波器TCL04滤波性能分析

3.2.2 A/D转换电路

3.3角度测量电路

3.4 SD2200时钟电路、

3.5 8路开关量输入电路

3.6按键电路

3.7 6路开关量输出电路

3.8液晶显示电路

3.9ATmega128芯片管脚资源分布

本章小结

第四章线路保护装置的算法分析与软件设计

4.1 FIR数字滤波器的设计与仿真

4.1.1数字滤波器

4.1.2 FIR数字滤波器的建模仿真

4.2保护装置采样算法的改进与仿真

4.2.1导数式算法与误差分析

4.2.2实际采用的全波傅立叶算法与仿真

4.2.3 FFT算法与仿真

4.2.4最小二乘法算法

4.3主程序设计

4.4故障处理与A/D交流采样程序设计

4.5功率因数计算与SD2200计时的程序设计

4.6液晶显示软件设计

4.7主菜单的软件设计

4.8实验结果分析

4.8.1波形测试与分析

4.8.2 12点交流电压采样与全波傅立叶测算实验

4.8.3 15点交流电压采样与全波傅立叶测算实验

4.8.4 18点交流电压采样与全波傅立叶测算实验

4.8.5 3次、5次谐波和直流分量的测算实验

4.8.6定值整定和时钟实验

4.9本章小结

第五章线路保护装置的通讯模块设计

5.1 RS-485通信接口电路

5.2Modbus通信规约

5.3 Modbus RTU通信传输模式

5.4Modbus通信程序设计

5.4.1 Modbus主机通讯程序设计

5.4.2 Modbus从机通讯程序设计

本章小结

第六章总结与改进

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文