全国2011年4月高等教育自学考试电力系统微型计算机继电保护试题及答案

电力系统微型计算机继电保护试卷第1页共6页全国2011年4月高等教育自学考试电力系统微型计算机继电保护试题课程代码:02313一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1.单位阶跃信号1(t)的采样信号Z变换是111z2.如果离散信号f(k)的Z变换为F(z)，则f(k+1)的Z变换为z[F(z)-f(0)]3.如果采样频率是500Hz，无失真采样时，连续时间信号的最高允许频率是250Hz4.对于图示离散系统如果Z[G1(s)]=G1(z)，Z[G2(s)]=G2(z)，Z[G1(s)G2(s)X(s)]=G1G2X(z)，则y(n)的Z变换Y(z)为G1G2X(z)5.某正弦电气量的两个采样值为6和8，采样点间隔的电角度为90°，则该正弦量的幅值是106.数字滤波器y(n)=x(n)-2x(n-2)+3x(n-3)，在采样周期是35ms时，时间窗是315ms7.全周期傅立叶算法利用N点周期采样值x(0)~x(N)计算二次谐波正弦分量幅值a2的计算公式是)N4π(k)sin(xN21N0kk8.输电线路发生CA两相短路时，使用解微分议程算法时，电压u(t)应选为uca(t)，电流i(t)应选为ica(t)9.100Hz正弦电气量采样周期为35(ms)时，相邻两个采样点间隔的电角度是60°10.输电线路始端相电流故障分量的特征是B、C两相幅值相同，相量之和为零，A相幅值为零，则线路发生的故障是BC两相短路二、填空题(本大题共20小题，每小题1分，共20分)请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。11.与常规继电保护相比，微型机继电保护提供的故障信息和保护动作行为信息更多。12.在控制系统中，只要有一处信号是时间的离散函数，则称之为离散控制系统。电力系统微型计算机继电保护试卷第2页共6页13.在开关量输出电路中，采用光电隔离技术的目的是提高微型机继电保护装置的抗干扰能力。14.VFC型数据采集系统中的计数器用于计量VFC元件输出的电压信号积分值。15.逐次比较式数据采集系统将模拟电气量转换成数字量时，需要一定的转换时间。16.采样周期是T的离散控制系统，其频率特性H(ejωT)是W的周期函数，周期是2π/T。17.合理设置数字滤波器脉冲传递函数极点可以把模拟量中有用的频率分量提取。18.输电线路正常运行时，相电流瞬时采样值差突变量起动元件△Ica等于零。19.两点乘积算法的计算精度与电网频率变化值有关。20.采用傅立叶算法时，不需要对电流、电压的周期采样数据进行滤波。21.解微分方程算法采用电流的平均值代替其采样值。22.在电力系统正常运行时，三相电压采样值之和为零。23.零点滤波器用于将输入信号中的某些频率信号滤除。24.从信号中提取其中有用频率分量的过程称为滤波。25.微型机距离保护的软件程序主要有三个模块——始化及自检循环程序、采样中断服务子程序。26.在电力系统发生故障时，相电流差突变量起动元件用来起动微型机距离保护程序中的故障处理程序。27.发电机正常运行时，其中性点与机端同相电流之差等于零。28.与比率制动式动作特性相比，折线式比率制动特性，在电气元件内部故障时，纵差保护动作的灵敏性较高。29.以串联方式出现于信号回路的干扰称为差模干扰。30.微型机发电机纵差保护方案主要有：采样瞬时值法、基波比率制动法和故障分量发电机纵差保护算法。三、简答题(本大题共5小题，每小题4分，共20分)31.画出逐次比较式数据采集系统原理构成图。32.周期为TP信号的傅立叶级数表达式是什么?给出计算基波正弦分量和余弦分量幅值a1、b1的计算公式。周期为TP信号的傅立叶级数表达式是什么?给出计算基波正弦分量和余弦分量幅值a1、b1的计算公式。答：)cossin()(11tnwbtnwatxnn电力系统微型计算机继电保护试卷第3页共6页其中基波角频率为ω1=2πf1基波分量为)cossin()(11111twbtwatx2)(2cos)(2)0(2)2sin()(211NxNkkxxNbNkkxNa（k=1，2，...,N-1）33.什么是三点乘积算法?给出计算正弦电流量有效值的计算公式。什么是三点乘积算法?给出计算正弦电流量有效值的计算公式。答：三点乘积算法是利用正弦电压和电流的三个连续的等时间采样间隔的采样值计算出正弦电压、电流有效值和测量阻抗的数值的算法。此算法可以避免系统频率f的变化对计算结果的影响。231223122222)(4)(42iiiiiiiI34.鉴别变压器励磁涌流有哪些方法?鉴别变压器励磁涌流有哪些方法?答：鉴别变压器励磁涌流的方法主要有：1）鉴别短路电流与励磁涌流波形差别的间断角制动。2）二次谐波制动。35.干扰进入微机保护装置后可能产生什么后果?干扰进入微机保护装置后可能产生什么后果?干扰进入微机保护装置后可能产生下列后果：1）运算或逻辑出现错误。2）运行程序出轨。3）损坏微型机芯片。四、计算题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)36.某离散控制系统的差分方程为y(n+2)+0.6y(n+1)+O.08y(n)=1其中：y(O)=O，y(1)=1，u(k)=1，(k=0，1，2，…)。试求：①y(2)，y(3)。②分析稳定性。某离散控制系统的差分方程为y(n+2)+0.6y(n+1)+O.08y(n)=1其中：y(O)=O，y(1)=1，u(k)=1，(k=0，1，2，…)。试求：①y(2)，y(3)。②分析稳定性。解：（1）n=0时y(2)+0.6y(1)+0.08y(0)=1y(2)+0.6+0=1∴y(2)=4n=1时y(3)+0.6y(2)+0.08y(1)=1y(3)+0.6*0.4+0.08=1∴y(3)=0.68（2）对差分方程y(n+2)+0.6y(n+1)+0.08y(n)=1两边取Z变换，得Z2{Y(z)-[y(0)+y（1）Z-1]}+0.6Z{Y(z)-y(0)}+0.08Y(z)=U(z)Y(z)(Z²+0.6Z+0.08)=U（z）+ZU（z）+Z=1ZZ+Z=1ZZ*Z=ZU(z)Y(z)(Z²+0.6Z+0.08)=ZU(z)电力系统微型计算机继电保护试卷第4页共6页∴H（z）=Y（z）U（z）=ZZ²+0.6Z+0.08特征方程Z²+0.6Z+0.08=0Z1=-0.4Z2=-0.2∣Zi∣＜1所以系统稳定37.离散系统差分方程为y(n)=x(n)+3(n-1)+x(n-2)离散系统差分方程为y(n)=x(n)+3(n-1)+x(n-2)试求：(1)脉冲传递函数H(z)及其零点。(4分)(2)频率特性表达式。(2分)解：（1）对差分方程两边取Z变换得Y（z）=X（z）（1+3Z-1+Z-2）∴H(z)=Y（z）X(z)=1+3Z-1+Z-2=2213zzzZ2+3z+1=0Z1=2123jZ2=2123j（2）H（ejwT）=H（z）∣z=ejwT=1+3e-jwT+e–j2wT试求：(1)脉冲传递函数H(z)及其零点。(4分)(2)频率特性表达式。(2分)五、分析题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)38.半周期傅立叶算法的使用条件是什么?给出利用故障电气量的半周期采样值x(1)、x(2)、…、x(2N)计算其基波分量幅值x1的计算公式。半周期傅立叶算法的使用条件是什么?给出利用故障电气量的半周期采样值x(1)、x(2)、…、x(2N)计算其基波分量幅值x1的计算公式。答：半周期傅立叶算法的使用条件是要求在电流或电压信号中，只含有基波频率和基波频率奇数倍频的信号。)2,...,2,1(,2cos)(4)2,...,2,1(,2sin)(411NkNkkxNbNkNkkxNa电力系统微型计算机继电保护试卷第5页共6页)cos()sin()(11111twbtwatx幅值21211baX39.与傅立叶算法相比，最小二乘法有何特点?.与傅立叶算法相比，最小二乘法有何特点?答：在电力系统发生故障时，短路电流中含有衰减性非周期分量，在实际使用傅立叶算法时，要考虑对衰减性非周期分量的补偿。最小二乘法是一种拟合的算法，将电力系统的故障电流和电压拟合成由衰减性非周期分量、基波到基波整数倍频的五次谐波的形式，利用冗余的故障电流和电压的采样值计算出被拟合的各谐分量的幅值和相角。因此不必考虑对衰减性非周期分量的补偿。六、应用题(本大题共2小题，每小题6分，共12分)40.发电机纵差保护方案中，基波相量法标积制动式如何提高内部故障的灵敏性和外部故障的选择性?发电机纵差保护方案中，基波相量法标积制动式如何提高内部故障的灵敏性和外部故障的选择性?答：标积制动式∣IN-IT∣2＞S(INITcosθ）θ为IN与IT的相位角，INITcosθ为标积量；S为标积制动系数。(1)区外发生短路在区外发生短路时，有IN=IT，θ值较小，因此制动量分别为SINITcosθ0。(2)区内发生短路标积制动原理制动量当θ值较大，大于90°，SINITcosθ就变成了负值。负值的制动量在数学上就是动作量，更有助于保护动作。标积制动原理反应区内短路故障的灵敏度很高。(3)发电机未并网前或解列运行时的内部短路在发电机并网前发生的内部短路，由于发电机机端无电流，仅有中性点有短路电流，因此标积原理的制动量为0，而比率制动原理不为0，显然，标积原理的动作裕度更大，对动作更可靠。41.简要说明异步采样和同步采样的特点。简要说明异步采样和同步采样的特点。答：异步采样，也称为定时采样，即采样周期或采样频率永远地保持固定不变。同步采样也称为跟踪采样，即为了使采样频率始终与系统实际运行频率保持固定的比例关系，必须使采样频率随系统运行频率的变化而实时地调整。七、综合题(本大题共2小题，每小题7分，共14分)42.分析差分滤波器y(k)=x(k)+x(k-3)的滤波性能。分析差分滤波器y(k)=x(k)+x(k-3)的滤波性能。电力系统微型计算机继电保护试卷第6页共6页解：差分滤波器)3()()(kxkxky加法滤波器)()()(mkxkxky脉冲传递函数为mZzH1)(频率特性TmjTmeeHTjmTjsincos11)(幅频特性222)(sin)cos1()(TmTmeHTj)2cos(2Tm令1,2ff为基波，11NfTfs，12N，1kff则当2)12(4223211nkNfkfTm，（n=1,2,3……）时，0)(TjeH即可滤除24)12(2nnk次谐波，...)3,2,1(n即),...12(2,...,10,6,2nk43.设采样频率为600Hz，要求保留三次谐波分量，完全滤除直流和其它谐波分量，(最高谐波次数为k=5)，试用零点配置法设计数字滤波器。设采样频率为600Hz，要求保留三次谐波分量，完全滤除直流和其它谐波分量，(最高谐波次数为k=5)，试用零点配置法设计数字滤波器。H0(z)=1-Z-1H1(z)=1-1.732Z-1+Z-2H2(z)=1-Z-1+Z-2H3(z)=1+Z-2H4(z)=1+Z-1+Z-2H5(z)=1+1.732Z-1+Z-2H(z)=H0(z)H1(z)H2(z)H4(z)H5(z)