基于LabVIE的电力系统继电保护计Word文档格式.docx
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DissertationfortheMasterDegreeinEngineering
DESIGNOFRELAYPROTECTIONIN
POWERSYSTEMBASEDON
LABVIEW
Candidate:
Supervisor:
AcademicDegreeAppliedfor:
Specialty:
University:
LiuLin
Prof.RongYajun
MasterofEngineering
PowerSystemandAutomation
YanShanUniversity
燕山大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：
此处所提交的硕士学位论文《基于LabVIEW的电力系
统继电保护设计》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独
立进行研究工作所取得的成果。
据本人所知，论文中除已注明部分外不包
含他人已发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究工作做出重要贡献的个
人和集体，均已在文中以明确方式注明。
本声明的法律结果将完全由本人
承担。
作者签字：
日期：
年
月
日
燕山大学硕士学位论文使用授权书
《基于LabVIEW的电力系统继电保护设计》系本人在燕山大学攻读硕
士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。
本论文的研究成果归燕山
大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。
本
人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向
有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。
本人授
权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论
文的全部或部分内容。
保密□，在
年解密后适用本授权书。
本学位论文属于
不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：
导师签名：
摘
要
继电保护对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。
电力系统
的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信
技术的突飞猛进又不断地促进了继电保护技术的发展。
继电保护技术未来
将向着计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化
的趋势发展。
虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）是仪器技术与计算机技术深层次
的结合。
它是运用应用程序将计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可
以通过友好的图形界面来操作这台计算机，利用计算机来管理仪器、组织
仪器系统，最终达到取代传统电子仪器的目的。
虚拟仪器实际上是软硬件
结合、虚实结合的产物，它充分利用最新的计算机技术实现并扩展了传统
仪器的功能。
本文将虚拟仪器技术应用于电力系统继电保护中，以计算机和阿尔泰
USB2002数据采集卡为主要硬件，以图形化编程软件LabVIEW为开发平
台，构建了一个用于实现信号的采集与信号分析的多功能虚拟继电保护系
统，并在此系统的基础上对零序保护、距离保护和纵联差动保护进行了仿
真实验。
实验结果表明该系统具有以下功能：
可实现多通道数据的采集，
数字滤波，信号分析和计算，以及数据的存储和对历史数据的复现，线路
的零序保护、距离保护以及差动保护能够迅速、可靠动作。
此外，该系统在减低设备成本的同时，还具有人机界面友好，维护方
便和功能扩充容易的优点。
该系统在电力系统试验中充分体现了方便、快
捷、实用等优势。
关键词
电力系统；
继电保护；
虚拟仪器；
LabVIEW；
数据采集卡
I
燕山大学工学硕士学位论文
Abstract
Therelayprotectionplaysanimportantroleinthepowersystemsecurity.
Therapiddevelopmentofpowersystemhasnewrequesttotherelayprotection,
andtherapidlyprogressoftheelectronictechnology,computertechnologyand
communicationpromotesthedevelopmentofrelayprotectionunceasingly.The
relayprotectiontechnologywilltendtocomputerized,networkedand
intellectualized,andwillintegrateprotect,control,measurementwithdata
communication.
Thevirtualinstrumentisthedeeplycombinationoftheinstrument
technologyandthecomputertechnology.Itcombinescomputerwiththe
functionalmodulehardwareusingapplicationprogram.Usercannotonly
manipulatethecomputerthroughfriendlygraphicalinterface,butalsomanage
instrumentcontrolandorganizationinstrumentsystem.Itcanfinallyachievethe
goalofsubstitutiontraditionelectronicinstrument.Infact,thevirtualinstrument
istheunionofsoftwareandhardware,andtheunionofvirtualandactual.It
fullyusesthenewestcomputertechnologytocompleteandexpandthefunction
oftraditionalinstrument.
Thispaperappliesthevirtualinstrumenttotherelayprotection.Itsetsupa
systemofvirtualrelayprotectionwiththefunctionofdataacquisitionandsignal
analysis,basedoncomputerandArtUSB2002dataacquisitioncardand
softwareofLabVIEW.Asimulationexperimentofzero-sequenceprotection,
distanceprotectionandpilotdifferentialprotectionbasedonvirtualinstrument
isdone.Theexperimentresultsshowthatthesystemincludesthemulti-channels
signalacquisition,digitalfilter,signalprocessingandcalculation,aswellas
signalmemoryandrecall.Thelinezero-sequenceprotection,distanceprotection
anddifferentialprotectioncanoperaterapidlyandreliability.
Reducingthecostoftheequipment,thesystemcanalsoprovideafriendly
II
human-machineinterface.Inaddition,itisconvenientforthesystem
maintenanceandfunctionexpansion.Itisalsoconvenienttothesystem
maintenanceandfunctionexpansion.Thesystemhasgotagoodverificationand
showsthesuperiorperformancesintheofthepowersystem.
KeywordsPowersystem;
Relayprotection;
Virtualinstruments;
LabVIEW;
Dataacquisitioncard
III
IV
目
录
摘要·
·
Ⅰ
Abstract·
Ⅱ
第1章绪论·
1
1.1继电保护概述·
1.2虚拟仪器概述·
2
1.2.1虚拟仪器概念·
1.2.2国内外发展现状·
3
1.2.3虚拟仪器技术的意义·
4
1.3本课题的研究意义·
5
1.4本文的研究内容·
6
第2章数字滤波器及计算机算法·
7
2.1数字滤波器·
2.1.1数字滤波器概述·
2.1.2数字滤波器分类·
8
2.1.3数字滤波器的传统设计方法·
10
2.2正弦函数算法·
11
2.2.1采样值积算法·
12
2.2.2导数算法·
14
2.3傅氏算法·
16
2.4保护功能算法·
17
2.4.1移相算法·
2.4.2序分量算法·
2.4.3继电器算法·
18
2.4.4相电流突变量算法·
20
2.5各种算法的比较·
21
2.6本章小结·
22
第3章系统硬件·
23
3.1采集卡的概述·
3.1.1USB接口的优点·
3.1.2采集卡的性能和技术指标·
24
3.1.3采集卡的主要组成·
25
3.2采集卡的工作原理·
V
3.2.1A/D工作模式·
26
3.2.2A/D转换启动控制·
3.2.3板上转换定时器·
27
3.2.4FIFO数据和状态·
3.3采集卡的驱动程序安装·
28
3.3.1安装步骤·
3.3.2安装结果确认·
29
3.4采集卡与LabVIEW驱动程序接口·
3.4.1内置式驱动程序·
30
3.4.2外挂式驱动程序·
31
3.5本章小结·
32
第4章系统的软件·
33
4.1LabVIEW简介·
4.1.1LabVIEW的概念·
4.1.2LabVIEW软件的特点·
34
4.1.3LabVIEW的组成部分·
35
4.1.4基于LabVIEW的虚拟仪器设计方法·
37
4.2继电保护系统软件的编程·
38
4.2.1相电流突变量元件·
4.2.2功率方向继电器·
40
4.2.3阻抗继电器·
42
4.2.4故障类型的判断·
46
4.3本章小结·
48
第5章基于LabVIEW的继电保护设计·
49
5.1系统网络结构·
5.2数据采集及滤波的设计·
5.3纵联差动保护的设计·
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