電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)算法仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要本設(shè)計(jì)為電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)算法仿真（兩點(diǎn)乘積算法和半周積分算法），設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)隨機(jī)正弦信號(hào)發(fā)生器；通過信號(hào)采樣，得到電流，電壓的瞬時(shí)值；通過瞬時(shí)值計(jì)算出電流，電壓信號(hào)的有效值；計(jì)算線路的阻抗，阻抗角及功率因數(shù)，得出信號(hào)有效值、計(jì)算值與理論值之差。 本文首先對(duì)微機(jī)保護(hù)的發(fā)展、意義、研究重點(diǎn)、研究狀況等進(jìn)行了介紹；在微機(jī)保護(hù)中通過對(duì)算法的研究尋找適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算方法來實(shí)現(xiàn)一定的保護(hù)功能，從而使運(yùn)算結(jié)果的精度能滿足工程要求而計(jì)算耗時(shí)又盡可能短，達(dá)到既判斷準(zhǔn)確，且又動(dòng)作迅速、可靠的效果。本文研究了兩點(diǎn)乘積算法和半周積分算法在電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng) 微機(jī)保護(hù) 兩點(diǎn)乘積算法 半周

2、積分算法 abstractthis design is the simulation of microprocessor protection algorithm for power system (two product algorithm and a half weeks integrating algorithm), the design includes: design of random sine signal generator;, get the current, voltage instantaneous value by signal sampling; and then c

3、alculated with the instantaneous value to get current and voltage signals effectively value; calculation circuit impedance, impedance angle and power factor，that signal rms ,calculation value with the theoretical value of the poor.in this paper, the development of microprocessor-based protection, th

4、e significance of research priorities, research conditions described. in computer protection lies in finding a proper method for the scattered operation to achieve the protection function,as well as to make sure the result is precise enough to meet the requirement of the project.at the same time,ope

5、ration time should be as short as possible,and the result should be as exact,fast and reliable as possible. and introduct the product of two computer algorithms and a half weeks integrating algorithm in power system protection applications.key words: electric power system computer protection two pro

6、duct algorithm a half weeks integrating algorithm 目錄摘要iabstractii第一章 繼電保護(hù)1第二章 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)32.1微機(jī)保護(hù)裝置的特點(diǎn)及功能32.2微機(jī)保護(hù)裝置的硬件構(gòu)成及軟件系統(tǒng)4第三章 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)算法113.1概述113.2常用的保護(hù)算法原理13第四章 微機(jī)保護(hù)兩點(diǎn)乘積算法214.1兩點(diǎn)乘積算法基本原理214.2兩點(diǎn)乘積算法程序流程圖及程序234.3六種保護(hù)算法對(duì)比分析28結(jié)束語29參考文獻(xiàn)30致謝31第一章 緒論第二章 繼電保護(hù)1.1 繼電保護(hù)的原理、作用及要求1.1.1 繼電保護(hù)的原理 為完成繼電保護(hù)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，顯

7、然應(yīng)該要求它正確地區(qū)分系統(tǒng)正常運(yùn)行與發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)之間的差別，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如圖1-1（a）、（b）所示的單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線圖，（這是一種最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)），圖1-1(a)為正常運(yùn)行情況，每條線路上都流過由它供電的負(fù)荷電流?f（一般比較?。?各變電所母線上的電壓，一般都在額定電壓（二次線電壓100v）附近變化，由電壓和電流之比所代表的“測(cè)量阻抗”zf稱之為負(fù)荷阻抗，其值一般很大。圖1-1(b)表示當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的情況，例如在線路b-c上發(fā)生了三相短路，則短路點(diǎn)的?f(a-b)?f(b-c)?f(c1)?f(c2)?=0?=0?d?d電壓ud降低到零，從電源到短路點(diǎn)之間將流過很大的短路電流

8、?d, 各變電所母線上的電壓也將在不同程度上有很大的降低（稱之為殘壓）。設(shè)以zd表示短路點(diǎn)到變電所b母線之間的阻抗，根據(jù)歐姆定律很顯然zd要大大小于zf。即短路阻抗要大大小于負(fù)荷阻抗。圖1-1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線 1.1.2 繼電保護(hù)的作用 （1）在過載時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。（2）在短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)立即動(dòng)作，要求準(zhǔn)確、迅速地自動(dòng)將有關(guān)斷路器跳閘，將故障部分從系統(tǒng)中斷開。（3）為了保證電源不中斷，繼電保護(hù)裝置應(yīng)將備用電源投入或經(jīng)自動(dòng)裝置進(jìn)行重合閘。1.1.3 繼電保護(hù)的要求 動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上一般要滿足四個(gè)基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性與可靠性。a) 選擇性定義：繼

9、電保護(hù)動(dòng)作的選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。如圖1-2所示單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)d1點(diǎn)短路時(shí)，應(yīng)由距短路點(diǎn)最近的保護(hù)1和2動(dòng)作跳閘，將故障線路切除，變電所b則仍可由另一條無故障的線路3-4繼續(xù)供電。原則：就近原則，即系統(tǒng)短路時(shí)，應(yīng)由距離故障點(diǎn)最近的保護(hù)切除相應(yīng)的斷路器。 相關(guān)鏈接：主保護(hù)能在全線范圍速動(dòng)的保護(hù)。后備保護(hù)作為主保護(hù)的后備， 圖12 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)不能在全線范圍速動(dòng)，要帶一定的延時(shí)，又分為遠(yuǎn)后備和近后備，有選擇性動(dòng)作的說明。b).速動(dòng)性 所謂速動(dòng)性，就是發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障。對(duì)不同的電

10、壓等級(jí)要求不一樣，對(duì)110kv及以上的系統(tǒng)，保護(hù)裝置和斷路器總的切故障時(shí)間為0.1秒，因此保護(hù)動(dòng)作時(shí)間只有幾十個(gè)毫秒（一般30毫秒左右），而對(duì)于35kv及以下的系統(tǒng)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可以為0.5秒。c）靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性，是指對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。其靈敏性有的保護(hù)是用保護(hù)范圍來衡量，有的保護(hù)是用靈敏系數(shù)來衡量。d）可靠性保護(hù)裝置的可靠性是指在該保護(hù)裝置規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，它不應(yīng)該拒絕動(dòng)作，而在任何其他該保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作的情況下，則不應(yīng)該誤動(dòng)作。簡(jiǎn)單說就是：該動(dòng)的時(shí)候動(dòng)，不該動(dòng)的時(shí)候不動(dòng)。該動(dòng)的時(shí)候不動(dòng)是屬于拒動(dòng)，不該動(dòng)的時(shí)候動(dòng)了是屬于誤動(dòng)。不管

11、是拒動(dòng)還是誤動(dòng)，都是不可靠。以上四個(gè)基本要求不僅要牢牢記住，而且要理解它們的內(nèi)涵，其中可靠性是最重要的 ，選擇性是關(guān)鍵，靈敏性必須足夠，速動(dòng)性則應(yīng)達(dá)到必要的程度。我們所有的繼電保護(hù)裝置都是圍繞這四個(gè)要求做文章，當(dāng)然不同的保護(hù)，對(duì)這些要求的側(cè)重點(diǎn)是不一樣的，有的側(cè)重于選擇性，有的側(cè)重于速動(dòng)性，有時(shí)候?yàn)榱吮ＷC主要的屬性可能會(huì)犧牲一些其他的屬性。這些我們?cè)谝院笾v到具體的保護(hù)時(shí)會(huì)提到。1.2 繼電保護(hù)的分類在一般情況下，發(fā)生短路之后，總是伴隨有電流的增大、電壓的降低、線路始端測(cè)量阻抗的減少，以及電壓與電流之間相位角的變化。因此，利用正常運(yùn)行與故障時(shí)這些基本參數(shù)的區(qū)別，就可以構(gòu)成各種不同原理的保護(hù)。一般

12、繼電保護(hù)可以分為兩類：第一類利用比較正常運(yùn)行與故障時(shí)電氣參量（u、i、z、f）的區(qū)別，便可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)，例如反應(yīng)于電流增大而動(dòng)作的過電流保護(hù)；反應(yīng)于電壓降低而動(dòng)作的低電壓保護(hù)；反應(yīng)于阻抗降低而動(dòng)作的距離保護(hù)，反應(yīng)于頻率降低而動(dòng)作的低（或欠）頻保護(hù)等。iabc?f(b-c)?f(a-b)第二類首先規(guī)定兩個(gè)前提：一個(gè)規(guī)定電流的正方向是從母線指向線路；第二個(gè)一定是雙端電源。例如圖1-2（a）、（b）所示的雙端電源網(wǎng)絡(luò)接線。分析1-3（a）、（b）圖中bc d1 ?d1 a b c?d1?d1i(b)(a) 線路靠近b母線側(cè)電流的情況，我們發(fā)現(xiàn)在正常運(yùn)行的負(fù)荷電流和故障時(shí)的短路電流的相

13、位發(fā)生了180的變化。因此利用比較正常運(yùn)行（包括外部故障）與內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)電流相位或功率方向的差別，就可以構(gòu)成各種差動(dòng)原理的保護(hù)。例如縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、相差高頻保護(hù)、方向高頻保護(hù)等。差動(dòng)原理的保護(hù)只反應(yīng)內(nèi)部故障、不反應(yīng)外部故障，因而被認(rèn)為具有絕對(duì)的選擇性。 圖1-3 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)接線 1.3 繼電保護(hù)的發(fā)展 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是隨電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)。電力系統(tǒng)的發(fā)展，使發(fā)電設(shè)備容量和供電范圍不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)不斷提高，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜。這對(duì)于保證電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的繼電保護(hù)技術(shù)，便提出了越來越高的要求，從而也就有了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理和裝置從簡(jiǎn)單到復(fù)雜

14、的發(fā)展過程。 從繼電保護(hù)裝置的發(fā)展過程來看，在20世紀(jì)70年代以前，繼電保護(hù)裝置一直使用機(jī)電型裝置。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初先是出現(xiàn)了電磁型的過電流繼電器、感應(yīng)型過電流繼電器及功率方向繼電器。到1920年后又出現(xiàn)了電磁型的距離保護(hù)裝置。這些繼電保護(hù)裝置都是由電磁型、感應(yīng)型、電動(dòng)型繼電器組成，而這些繼電器都具有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，統(tǒng)稱為機(jī)電式繼電器。從繼電保護(hù)原理的發(fā)展過程來看，由簡(jiǎn)單的過電流保護(hù)開始，相繼出現(xiàn)了方向電流保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、高頻保護(hù)、微波保護(hù)和行波保護(hù)等。如在1927年后研制了利用高壓輸電線上高頻載波電流傳送和比較輸電線兩端功率方向信號(hào)或電流相位信號(hào)的高頻保護(hù)裝置。20世紀(jì)50年代

15、，微波中繼通信開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了利用微波傳送和比較輸電線兩端電氣量信號(hào)的微波保護(hù)。又經(jīng)過幾年誕生了利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波原理實(shí)現(xiàn)的快速行波保護(hù)裝置。繼電保護(hù)從反應(yīng)全電氣量的保護(hù)到反應(yīng)相序分量的保護(hù)，從反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)到反應(yīng)工頻電氣變化量的保護(hù)等。繼電保護(hù)的性能在不斷完善，較好地適應(yīng)了電力系統(tǒng)的發(fā)展。 20世紀(jì)50年代，由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，促使了繼電保護(hù)從機(jī)電型向電子型靜態(tài)保護(hù)裝置過渡。第一代靜態(tài)繼電保護(hù)裝置是晶體管型繼電保護(hù)裝置。由于晶體管保護(hù)易受電力系統(tǒng)中或外界的電磁干擾的影響而誤動(dòng)或損壞，當(dāng)時(shí)工作可靠性低于機(jī)電式保護(hù)裝置。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)20余年的研究和實(shí)踐，抗干擾問題從理論和實(shí)踐

16、上都得到滿意的解決，20世紀(jì)70年代晶體管繼電保護(hù)裝置開始在我國(guó)大量采用，為后來靜態(tài)繼電器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第二代靜態(tài)繼電保護(hù)裝置是集成電路型的繼電保護(hù)裝置，它是由集成度高、功耗小、動(dòng)作速度快的集成電路替換晶體管電路的保護(hù)裝置。它的出現(xiàn)使靜態(tài)繼電保護(hù)裝置的可靠性大大的提高了，因此在20世紀(jì)80年代后期很快就取代了晶體管保護(hù)裝置。第三代靜態(tài)繼電保護(hù)裝置是微機(jī)型繼電保護(hù)裝置。它是由微處理器及超大規(guī)模集成電路芯片組成的繼電保護(hù)裝置。由于微機(jī)型繼電保護(hù)具有強(qiáng)大的計(jì)算功能及存儲(chǔ)記憶等主要特性，因此它可完成性能完善、復(fù)雜的保護(hù)原理；同時(shí)由于可連續(xù)不斷地自檢，其工作可靠性很高。目前的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置除了保

17、護(hù)功能外，還兼有故障錄波、故障測(cè)距、事件順序記錄等功能，還能與變電所微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信聯(lián)絡(luò)，使微機(jī)型繼電保護(hù)裝置具有遠(yuǎn)方監(jiān)控的特點(diǎn)，因此微機(jī)型繼電保護(hù)裝置已融入電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，成為電力系統(tǒng)保護(hù)、控制、運(yùn)行調(diào)度及事故處理的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分。所以在20世紀(jì)末它就很快地取代了集成電路型繼電保護(hù)裝置。 目前，從機(jī)電型到微機(jī)型繼電保護(hù)裝置，這四代產(chǎn)品在我國(guó)電力系統(tǒng)中仍然各占一定比例，并不能完全以“新”代“老”。因?yàn)樗鼈兏髯远加兄陨淼奶攸c(diǎn)。如電磁型繼電保護(hù)裝置簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)廉、技術(shù)成熟，但動(dòng)作速度慢，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜保護(hù)困難。晶體管型繼電保護(hù)裝置動(dòng)作速度快，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜保護(hù)，比較經(jīng)濟(jì)，但

18、抗干擾能力差，電子元件多，容易發(fā)生因元件特性變化和損壞而造成保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)。集成型繼電保護(hù)裝置有晶體管性能方面的優(yōu)點(diǎn)，且調(diào)試較方便，有自檢功能，但價(jià)格較高，抗干擾能力較差。微機(jī)型繼電保護(hù)裝置動(dòng)作速度快，易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜原理的保護(hù)，具有打印、記憶、測(cè)距等附加功能，調(diào)試十分方便，并有自檢功能。前3種屬模擬式保護(hù)裝置，由于大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，使分立元件的晶體管保護(hù)逐漸被集成電路保護(hù)所取代外，模擬式保護(hù)裝置仍在各自所適應(yīng)的保護(hù)對(duì)象中發(fā)揮著作用。而微機(jī)型繼電保護(hù)裝置屬于數(shù)字式保護(hù)裝置，采用不同的軟件可以在同一硬件配置中實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)功能，在繼電保護(hù)新原理的創(chuàng)新領(lǐng)域中，微機(jī)保護(hù)比傳統(tǒng)模擬式保護(hù)有著無可比擬的優(yōu)

19、勢(shì)。我國(guó)高壓、超高壓輸電線路的微機(jī)保護(hù)及發(fā)電機(jī)、變壓器等元件的微機(jī)保護(hù)正以極快的速度在推廣使用。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展以及人民大眾生活水平的日益提高，電力用戶對(duì)電能的需求量越來越大，對(duì)供電質(zhì)量要求也越來越高，同時(shí)電力部門又受減員增效的制約，在大規(guī)模發(fā)展建設(shè)電網(wǎng)同時(shí)，人員配備卻沒有相應(yīng)增加，于是近幾年無人值班變電站迅速發(fā)展起來，建成了一批能夠?qū)崿F(xiàn)“四遙”甚至綜合自動(dòng)化功能的局域性電網(wǎng)。變電站綜合自動(dòng)化主要涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫及通信的技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其與較完善的通信技術(shù)的密切結(jié)合，可以使變電站綜合自動(dòng)化比較容易實(shí)現(xiàn)；可以節(jié)約相當(dāng)?shù)娜肆Α⑽锪Τ杀?，使電力企業(yè)創(chuàng)造出更佳的經(jīng)濟(jì)效益。

20、微機(jī)保護(hù)是近年興起的繼電保護(hù)方式，不同于傳統(tǒng)的機(jī)電式繼電保護(hù)方式，具有遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)等功能，使變電所具有遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用，大幅度提高了供電的可靠性，越來越受到人們的青睞。第二章 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)2.1微機(jī)保護(hù)裝置的特點(diǎn)及功能 一、微機(jī)保護(hù)裝置的特點(diǎn)1.維護(hù)調(diào)試方便 過去大量使用過機(jī)電型、整流型、晶體管型和集成電路型繼電保護(hù)裝置，這類舊保護(hù)裝置的各種保護(hù)元件均由硬件器件組成，裝置采用的是布線邏輯，其每一種保護(hù)的邏輯功能都由相應(yīng)的硬件和連線來實(shí)現(xiàn)。這些舊保護(hù)裝置的調(diào)試往往比較復(fù)雜，必須由模擬實(shí)驗(yàn)來逐一檢驗(yàn)保護(hù)的功能是否符合要求，尤其是一些復(fù)雜保護(hù)的試驗(yàn)和調(diào)試往往需要較長(zhǎng)時(shí)間，有時(shí)花了很多人力

21、物力還未必能達(dá)到預(yù)期效果。其原因是邏輯越復(fù)雜，硬件就越多，試驗(yàn)也越麻煩。而微機(jī)保護(hù)采用的是數(shù)字邏輯，除了輸入量的采集外，所有的計(jì)算邏輯判斷都由軟件完成，成熟的軟件一次性設(shè)計(jì)測(cè)試完好后，就不必投產(chǎn)前再逐項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目自然就很簡(jiǎn)單、方便。并且微機(jī)保護(hù)對(duì)硬件和軟件都有自檢功能，裝置在運(yùn)行中將不斷對(duì)其硬件和軟件進(jìn)行檢測(cè)，如有故障就會(huì)立即報(bào)警。通常，裝置上電或復(fù)歸后就進(jìn)入自檢程序，只要給上電源后沒有異常告警信號(hào)，就可確認(rèn)裝置是完好的。所以說現(xiàn)場(chǎng)對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的維護(hù)和調(diào)試十分方便，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的試驗(yàn)主要是對(duì)保護(hù)裝置的檢驗(yàn)，需要調(diào)試的主要項(xiàng)目已在廠家完成，投運(yùn)前要做的就是保護(hù)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，總的工作

22、量就減少了許多。2.可靠性高 常規(guī)保護(hù)裝置，由于是由各種器件組成，不可能做得很復(fù)雜，否則硬件越多，越復(fù)雜，本身出故障的概率就越大，可靠性就降低。而微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)考慮到電力系統(tǒng)中各種復(fù)雜的故障，具有很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力，能自動(dòng)糾錯(cuò)排除干擾，因此可防止由于干擾而造成的裝置誤動(dòng)作。另外微機(jī)保護(hù)裝置有自檢與巡檢功能，并能將故障定位到芯片，配合多重化設(shè)計(jì)可以有效防止保護(hù)誤動(dòng)，故大大提高了其可靠性。3.易于獲得各種附加功能 由于計(jì)算機(jī)軟件的特點(diǎn)，使得微機(jī)保護(hù)可以做到硬件和軟件資源共享，在不增加任何硬件的情況下，只需增加一些軟件就可以獲得各種附加功能。例如在微機(jī)保護(hù)裝置中，可以很方便的附加低頻減載和

23、自動(dòng)重合閘、故障錄波、故障測(cè)距等自動(dòng)裝置的功能，在保護(hù)動(dòng)作后，打印故障信息、記錄保護(hù)動(dòng)作順序和動(dòng)作時(shí)間、判別故障類別和記錄電流、電壓波形等。這些附加功能為分析處理故障提供了有力的幫助。4.保護(hù)性能容易得到改善 繼電保護(hù)的功能實(shí)質(zhì)上將檢測(cè)到的電氣量和整定值進(jìn)行比較,在超過整定值或者邊界時(shí)就動(dòng)作.在傳統(tǒng)的布線邏輯保護(hù)中一種特性完善(如四邊形阻抗邊界)的保護(hù)接線將十分復(fù)雜,有些邊界還不可能實(shí)現(xiàn),而在微機(jī)保護(hù)中實(shí)現(xiàn)起來就比較容易,由于微機(jī)保護(hù)的特性主要由軟件(程序)決定,不同原理的保護(hù)可以采用通用的硬件.而由于計(jì)算機(jī)軟件方便改寫的特點(diǎn),保護(hù)的性能可以通過研究許多新的保護(hù)原理來得到完善,而且許多現(xiàn)代新原

24、理的算法在常規(guī)保護(hù)中很難或者根本不可能用硬件來實(shí)現(xiàn).如過度電阻對(duì)接地距離保護(hù)的影響及震蕩對(duì)距離保護(hù)的影響等問題,在微機(jī)保護(hù)中已找到了新的原理和方法.這樣就改善了保護(hù)的技術(shù)特性.微機(jī)保護(hù)的推廣使用,大大促進(jìn)了電力系統(tǒng)安全性的提高。5.使用靈活、方便 目前微機(jī)系統(tǒng)保護(hù)裝置的人機(jī)界面做的越來越好，也越來越簡(jiǎn)單方便。例如，微機(jī)保護(hù)的查詢、整定保護(hù)受到現(xiàn)場(chǎng)繼保護(hù)工作人員和運(yùn)行人員的 普遍歡迎。6.具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性 微機(jī)保護(hù)裝置都具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，與變電所微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡(luò)微機(jī)保護(hù)具有遠(yuǎn)方監(jiān)控的性能，并將微機(jī)保護(hù)納入變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。二、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)完成的主要功能 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)完成的主要功能包括設(shè)

25、備和輸電線路等的全套保護(hù)，對(duì)不同規(guī)模、型式的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置可能不完全相同，一般包括以下內(nèi)容：進(jìn)線和饋電線路的主保護(hù)和后備保護(hù)及重合閘；主變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)；無功補(bǔ)償電容器組的保護(hù)；母線保護(hù)；小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線。三、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)完成的附加功能 （1）通信功能。（2）故障記錄功能。（3）與統(tǒng)一時(shí)鐘對(duì)時(shí)功能。（4）存儲(chǔ)多種保護(hù)整定值。（5）當(dāng)?shù)仫@示與多出觀察和授權(quán)修改保護(hù)整定值。（6）故障自診斷。（7）自動(dòng)重合閘。2.2微機(jī)保護(hù)裝置的硬件構(gòu)成及軟件系統(tǒng) 微機(jī)保護(hù)裝置是以微處理器為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來檢測(cè)電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障

26、的性質(zhì)和范圍等，并由此作出是否需要跳閘或報(bào)警等判斷的一種安全裝置。微機(jī)保護(hù)主要包括進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的輸入通道（如模擬量輸入變換與低通濾波回路、采樣保持與多路轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及開關(guān)量輸入通道等），進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相應(yīng)判斷的數(shù)字核心部分（如cpu、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和watchdog等）以及輸出通道（如開關(guān)量輸出通道等），除此之外，包括人機(jī)接口（如鍵盤、顯示器及打印機(jī)等）。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，通信系統(tǒng)也日益成為微機(jī)保護(hù)裝置必不可少的部分。圖21為微機(jī)保護(hù)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖。cpu保存數(shù)據(jù)用ram模擬量輸入變換前置低通濾波回 路多路轉(zhuǎn)換開 關(guān)a/d來自電力系統(tǒng)的電壓電流信號(hào)開

27、關(guān)量輸入信號(hào) 處理繼電器邏輯電路光電隔離存放程序用eprom存放整定值用epromwatch-dog實(shí)時(shí)時(shí)鐘人機(jī)接口打印機(jī)接口高頻通道接口微波通道接口光纖通道接口保護(hù)用通信接口手分/手合信號(hào)壓板投退信號(hào)狀態(tài)信號(hào)斷路器及重合閘操作機(jī)構(gòu)告警信號(hào)本地操作人員打印機(jī)高頻通道微波通道光纖通道通用數(shù)字通信接口連接到綜合自動(dòng)化系統(tǒng)本地調(diào)試用通信接口gps授時(shí)系統(tǒng)電源回路電源圖21微機(jī)保護(hù)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖一、微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)的三大主體部分。1.模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)） 電力系統(tǒng)中的電量都是模擬量，而計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)則是基于由微機(jī)對(duì)數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算和判斷。所以，為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)，必須對(duì)來自被保護(hù)

28、的設(shè)備和線路的模擬量進(jìn)行一系列的預(yù)處理，從而得到所需形式的數(shù)字量提供給保護(hù)功能處理程序。 由電力系統(tǒng)輸入到繼電保護(hù)裝置的模擬信號(hào)主要有兩類：一是來自電壓互感器（或電流互感器）的交流電壓（或電流）信號(hào)；另一類是來自分壓器（分流器）的直流電壓（或電流）信號(hào)。這些信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換到與微機(jī)相匹配的電平，通過模擬濾波器濾去其中的高頻成分，然后由采樣保持環(huán)節(jié)將連續(xù)的信號(hào)離散化。由于輸入的信號(hào)往往不止一個(gè)，故由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)逐個(gè)交給a/d轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量。這些數(shù)字量還應(yīng)在存儲(chǔ)器中按先后順序排列以方便功能處理程序取用。 信號(hào)預(yù)處理中，還包括隔離和抑制隨有用信號(hào)進(jìn)入的干擾，這對(duì)提高繼電保護(hù)裝置的可靠性非常重要。模擬

29、量輸入系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波（alf）、采樣保持（s/h）、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（mpx）及模數(shù)轉(zhuǎn)換（a/d）等功能模塊，將完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)據(jù)量。（1）電壓形成回路微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)備的電流互感器、電壓互感器或其他變換器上取得信息，但這些互感器的二次數(shù)值、輸入范圍對(duì)典型的微機(jī)電路卻不適用，故需要降低和變換。在微機(jī)保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為5v或10v的電壓信號(hào)，具體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。電壓變換常采用小型中間變壓器。電流變換有兩種方式，一種是采用小型中間變流器，其二次側(cè)并電阻以取得所需電壓的方式，另一種是采用電抗變壓器。這些中間變換器還起到屏蔽和隔離的作用，以提高

30、保護(hù)的可靠性。 （2）采樣保持器（s/h） 微機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)，必須將隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，為達(dá)到這一目的，首先要對(duì)模擬量進(jìn)行采樣，采樣就是將連續(xù)變化的模擬量通過采樣器加以離散化，采樣保持就是把輸入的模擬信號(hào)的瞬時(shí)值記錄下并按所需的要求準(zhǔn)確的保持一段時(shí)間供模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d適用。 （3）模擬低通濾波器（alf）按照奈奎斯特（nyquist）采樣定理：“如果被采樣信號(hào)頻率（或信號(hào)中要保留的最高次諧波頻率）為，則采樣頻率（每秒鐘采樣次數(shù)）必須大于，否則，由采樣值就不可能擬合還原成原來的曲線。 對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來說，在故障初瞬，電壓、電流中可能含有相當(dāng)高的頻率分量，在采樣前用一個(gè)低通模擬

31、濾波器(alf)將高頻分量濾掉，這樣就可以降低 ，以防混疊。微機(jī)保護(hù)是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以采樣頻率不斷地向cpu輸入數(shù)據(jù)，cpu必須要來得及在兩個(gè)相鄰采樣間隔時(shí)間內(nèi)處理完對(duì)每一組采樣值所必須作的各種操作和運(yùn)算，否則cpu將跟不上實(shí)時(shí)節(jié)拍而無法工作。而采樣頻率過低將不能真實(shí)地反映被采樣信號(hào)的情況。 （4）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(mux) 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中被模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬量可能是幾路或十幾路，利用多路開關(guān)mux輪流切換各被測(cè)量與a/d轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。在微機(jī)保護(hù)中，各個(gè)通道的模擬電壓是在同一瞬間采樣并保持記憶的，在保持期間各路被采樣的模擬電壓依次取

32、出并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，但微機(jī)所得到的仍可認(rèn)為是同一時(shí)刻的信息，這樣按保護(hù)算法由微機(jī)計(jì)算得出正確結(jié)果。（5）模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器a/d是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。 就微機(jī)保護(hù)而言，選擇a/d轉(zhuǎn)換芯片時(shí)主要考慮兩個(gè)指標(biāo)：一是轉(zhuǎn)換時(shí)間，二是數(shù)字輸出的位數(shù)。對(duì)于轉(zhuǎn)換時(shí)間，由于各通道共用一個(gè)a/d，至少要求所有的通道輪流轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間總和小于采樣間隔。微機(jī)保護(hù)對(duì)a/d轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)要求較苛刻，因?yàn)楸Ｗo(hù)在工作時(shí)輸入電壓和電流的動(dòng)態(tài)范圍很大。根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換原理不同，微機(jī)保護(hù)模擬量輸入回路有兩種方式：一是基于逐次逼近型a/d

33、轉(zhuǎn)換方式；二是利用電壓/頻率變換（vfc）原理進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換的方式。逐次逼近型方式主要包括電壓形成回路、alf回路、s/h回路、mpx回路及a/d回路等功能模塊，它是直接將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，利用電壓/頻率變換方式主要包括電壓形成、vfc回路、計(jì)數(shù)器等環(huán)節(jié)，它是將模擬量電壓先轉(zhuǎn)換為頻率脈沖量，通過脈沖計(jì)數(shù)器變換為數(shù)字量的一種變換形式。 電壓形成電壓形成alfalfs/hs/hmpxa/d總線cpu來自tv ta二次（a）逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換方式來自tvta二次電壓形成電流形成vfcvfc計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器總線cpu（b）vfc原理的a/d轉(zhuǎn)換方式圖22 a/d轉(zhuǎn)換方式2.數(shù)字處理系統(tǒng)（cpu主系統(tǒng)）

34、 微機(jī)保護(hù)裝置以中央處理器cpu為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照給定的算法來檢測(cè)電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障性質(zhì)和范圍等。微機(jī)保護(hù)原理由計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)，cpu系統(tǒng)主要包括微處理器（mpu）、制度存儲(chǔ)器（一般用eprom）、隨即存儲(chǔ)器（ram）及定時(shí)器等，mpu機(jī)型存放在eprom中的程序，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的信息輸入至ram區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)的功能。3.開關(guān)量（或數(shù)據(jù)量）輸入/輸出系統(tǒng) 開關(guān)量（或數(shù)據(jù)量）輸入/輸出系統(tǒng)是由若干個(gè)并行借口適配器、光電隔離器件及有節(jié)點(diǎn)的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)報(bào)警、外部節(jié)點(diǎn)輸入及人機(jī)對(duì)話等功

35、能。二、微機(jī)繼電保護(hù)的軟件系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)軟件是微機(jī)保護(hù)裝置的重要組成部分，它涉及繼電保護(hù)原理、算法、數(shù)字濾波及計(jì)算機(jī)程序結(jié)構(gòu)。典型的微機(jī)保護(hù)程序結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示：主程序采樣程序啟動(dòng)？故障計(jì)算程序正常運(yùn)行程序ny圖23 微機(jī)保護(hù)程序框圖主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進(jìn)入采樣的程序，在采樣程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波、開關(guān)量的采集、裝置硬件自檢、交流電流斷線和啟動(dòng)判據(jù)的計(jì)算，根據(jù)是否滿足啟動(dòng)條件而進(jìn)入正常運(yùn)行程序或故障計(jì)算程序。硬件自檢內(nèi)容包括ram、e2prom、跳閘出口三極管等。正常運(yùn)行程序中進(jìn)行采樣值自動(dòng)零漂調(diào)整及運(yùn)行狀態(tài)檢查。運(yùn)行狀態(tài)檢查包括交流電壓斷線、檢查開關(guān)位置狀態(tài)、重合閘充

36、電等，不正常時(shí)發(fā)報(bào)警信號(hào)。故障計(jì)算程序中進(jìn)行各種保護(hù)算法計(jì)算、跳閘邏輯判斷以及事件報(bào)告、故障報(bào)告及波形的整理。微機(jī)保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能外，還具有其他功能，包括以下幾個(gè)方面。（1）測(cè)量功能。包括相電流、零序電流、線電壓、相電壓、零序電壓、頻率、有功功率和無功功率測(cè)量、電能和功率因素測(cè)量。（2）控制功能。包括斷路器和隔離開關(guān)的“就地“和”“遠(yuǎn)方“控制；一次設(shè)備的分合控制；可調(diào)節(jié)設(shè)備的狀態(tài)控制；自動(dòng)重合閘功能等。（3）狀態(tài)監(jiān)視。包括操作計(jì)數(shù)、氣體壓力監(jiān)測(cè)、斷路器跳合閘、電氣老化監(jiān)測(cè)、斷路器運(yùn)行時(shí)間記錄、輔助電壓監(jiān)視等。（4）功能模塊。具有獨(dú)立的輸入和輸出接口。在參數(shù)話時(shí)，采用圖形化

37、方式進(jìn)行，簡(jiǎn)單有效；具有強(qiáng)大的plc功能；可簡(jiǎn)化接線要求，是高效率的編程工具。（5）事件記錄。包括獨(dú)立的事件生成、用戶定義事件、具有事件過濾功能、事件分辨率為ms級(jí)，可以記錄最近多個(gè)事件。（6）故障濾波。采集故障前，故障時(shí)刻及跳閘后相關(guān)的電流、電壓，相關(guān)的開關(guān)量信號(hào)、事件等信息，為繼電保護(hù)裝置事故分析提供依據(jù)。（7）通信功能。前面板串行通信口用于定值整定及參數(shù)設(shè)置，背面板通信口用于與上位機(jī)系統(tǒng)通信。第三章 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)算法3.1 概述一、算法的基本概念微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控是根據(jù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算和判斷的，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)和監(jiān)控功能，其軟件方法稱為算法。微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控的基本原理有類似之處，都

38、是把經(jīng)過電流互感器ta和電壓互感器tv變換后的電流、電壓等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，然后通過某些運(yùn)算求出電流、電壓的有效值或峰值、相位、比值以及有功功率等量，或者線路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等。目前在微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控裝置中采用的算法很多，各種快速、精確的算法不時(shí)被提出并廣泛應(yīng)用，各種算法各有千秋?？梢?，對(duì)微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控來說，采用何種算法求所需的值，是值得研究的問題。二、算法的發(fā)展最初，從簡(jiǎn)單情況出發(fā)，即從電流、電壓為純正弦變化的情況出發(fā)，提出了許多算法，其中有半周內(nèi)找最大值法、半周內(nèi)采樣值累計(jì)的算法、導(dǎo)數(shù)的算法、采樣值積得算法和解方程組的算法等。實(shí)際電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，往往

39、是在基波的基礎(chǔ)上疊加有衰減的非周期分量和各種高頻分量。所以，微機(jī)保護(hù)要求對(duì)輸入的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，盡可能地濾掉非周期分量和高頻分量，否則計(jì)算結(jié)果將出現(xiàn)較大誤差。后來，假設(shè)輸入量是非周期分量、基波和倍頻分量組成，研究了相應(yīng)的解方程組算法、付氏算法等。由于這些算法本身帶有濾去高次諧波的功能，所以一般不再另外采用數(shù)字濾波；但算法本身不能濾去衰減的非周期分量，后有提出一些相應(yīng)的算法。由于電力系統(tǒng)中鐵磁元件的非線性特性，輸入線路的分布電容和串聯(lián)、并聯(lián)電容的使用，以及電流互感器、電壓互感器二次側(cè)的暫態(tài)過程等因數(shù)的影響，使得電壓、電流輸入信號(hào)中除存在非周期分量外，還有許多隨即的高頻分量的存在，將產(chǎn)生

40、干擾或噪聲，除采用較完善的濾波措施外，還提出了一些減少誤差的算法。例如，對(duì)計(jì)算結(jié)果采取平滑措施，采用最小二乘法曲線擬和算法等。算法的選擇不僅與裝置要實(shí)現(xiàn)的具體功能有關(guān)，而且與采樣方式選擇密不可分。三、 微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控對(duì)算法的不同要求雖然微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控的基本原理是一致的，但在具體的算法要求和兩者的計(jì)算目的上，還有許多不同之處。首先，保護(hù)和監(jiān)控所需計(jì)算的量值不同。監(jiān)控需要計(jì)算得到的是反映正常運(yùn)行的有功功率p，無功功率q，電流i，電壓u等物理量，進(jìn)而計(jì)算出，有功電能量和無功電能量；而保護(hù)算法更關(guān)心的是反映故障特征量，故要求算法應(yīng)能對(duì)含有直流分量及衰減分量的諧波進(jìn)行處理等。其次，保護(hù)和監(jiān)控所要

41、求的計(jì)算準(zhǔn)確度不同。監(jiān)控在計(jì)算的準(zhǔn)確度上要求更高一些，希望計(jì)算出的結(jié)果盡可能準(zhǔn)確；而保護(hù)則更看重算法的速度及靈敏性，必須在故障后盡快反應(yīng)，以便快速切除故障。監(jiān)控系統(tǒng)算法主要是針對(duì)穩(wěn)態(tài)時(shí)的信號(hào)，而保護(hù)系統(tǒng)算法主要針對(duì)故障信號(hào)。相對(duì)于前者，后者含有更嚴(yán)重的直流分量及衰減的諧波分量等。信號(hào)性質(zhì)的不同必然要求從算法上區(qū)別對(duì)待。四、算法的評(píng)價(jià)和選擇微機(jī)保護(hù)算法是微機(jī)保護(hù)研究的重點(diǎn),微機(jī)保護(hù)不同功能的實(shí)現(xiàn),主要依靠其軟件算法完成。微機(jī)保護(hù)的一個(gè)基本問題便是尋找適當(dāng)?shù)乃惴?使運(yùn)算結(jié)果的精度能滿足工程要求并盡量減少計(jì)算所耗的機(jī)時(shí)。在選擇算法時(shí)要考慮兩個(gè)重要問題,即計(jì)算速度問題和計(jì)算精度問題,而這兩者通常是矛盾

42、的,若要精度高,則要利用更多的采樣點(diǎn),相應(yīng)便增加了計(jì)算工作量,降低了計(jì)算速度。 對(duì)微機(jī)保護(hù)算法的綜合性能進(jìn)行分析,確定特定場(chǎng)合下如何合理的進(jìn)行選擇,并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償與改進(jìn),對(duì)于進(jìn)一步提高微機(jī)保護(hù)的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性,滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。 針對(duì)微機(jī)保護(hù)常用的正弦函數(shù)模型算法,周期函數(shù)模型算法,隨機(jī)函數(shù)模型算法和輸電線路簡(jiǎn)化的物理模型算法的誤差來源、幅頻響應(yīng)、濾波性能、適用場(chǎng)合分別進(jìn)行了分析和總結(jié);針對(duì)衰減非周期分量的影響,對(duì)傅里葉、最小二乘、卡爾曼濾波算法的計(jì)算精度和計(jì)算速度進(jìn)行了比較,尋找兼顧精度與速度的“最佳”組合方案;對(duì)近年來針對(duì)傅里葉算法的各種

43、改進(jìn)方法作了詳盡的整理和總結(jié),對(duì)各種改進(jìn)方法的性能進(jìn)行綜合比較,為在不同場(chǎng)合下尋找滿足特定性能要求的算法提供了依據(jù)。 目前用于微機(jī)保護(hù)的算法可分為兩大類。一類是根據(jù)輸入電氣量的若干點(diǎn)采樣值，通過一定的數(shù)學(xué)式或方程式計(jì)算初保護(hù)所反映的量值，然后與定值進(jìn)行比較。例如，為實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)，可根據(jù)電壓和電流的采樣值，計(jì)算出視在復(fù)阻抗的模和幅角或阻抗的電阻和電抗分量，然后同給定的阻抗動(dòng)作區(qū)進(jìn)行比較。這一類算法利用了微機(jī)能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)許多常規(guī)保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)的功能。例如，作為距離保護(hù)，他的動(dòng)作特性的形狀可以非常靈活，不像常規(guī)距離保護(hù)的動(dòng)作特性形狀決定于一定的動(dòng)作方程。此外，他可以根據(jù)阻抗計(jì)算值中的

44、電抗分量推出短路點(diǎn)距離，起到測(cè)距的作用等。另一類算法，仍以距離保護(hù)為例，是直接模仿模擬型距離保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)動(dòng)作方程來判斷是否在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，而不計(jì)算初具體的阻抗值。這一類算法的計(jì)算工作量略有減小。并且雖然他所依循的原理和常規(guī)的模擬型保護(hù)同出一宗，但由于運(yùn)用計(jì)算機(jī)所特有的數(shù)學(xué)處理和邏輯運(yùn)算功能，可以使某些保護(hù)的性能有明顯提高。 計(jì)算機(jī)保護(hù)的準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)性與算法有密切關(guān)系，因此保護(hù)算法的研究是計(jì)算機(jī)保護(hù)研究的重要問題之一，研究保護(hù)算法的作用有:提高保護(hù)裝置的精確度，這一點(diǎn)是非常重要的，運(yùn)算精度研究是微機(jī)保護(hù)理論研究的重點(diǎn)之一，一個(gè)好的算法應(yīng)該具有良好的運(yùn)算精度，只有能保證這一點(diǎn)才能達(dá)到保護(hù)判斷的

45、準(zhǔn)確性，即需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)確的動(dòng)作，不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)間，應(yīng)該準(zhǔn)確的閉鎖;提高運(yùn)算速度，算法的運(yùn)算速度將影響檢測(cè)量的檢測(cè)速度和繼電保護(hù)的動(dòng)作速度，一個(gè)好的算法要求運(yùn)算速度高，這就是說要求所用數(shù)據(jù)窗短，即所需采樣的點(diǎn)數(shù)少，運(yùn)算工作量小，特別是在計(jì)算暫態(tài)量時(shí)，算法的運(yùn)算速度則更是重要，然而提高運(yùn)算精度和提高運(yùn)算速度兩者之間是相互矛盾的，因此研究算法的實(shí)質(zhì)便是如何在速度與精度之間進(jìn)行合適的權(quán)衡。目前已提出的算法種類很多，在綜合自動(dòng)化裝置中，裝置的各功能模塊硬件和輸入量一般很相近，不同的功能特性由不同的算法可以實(shí)現(xiàn)，兩點(diǎn)乘積算法是基于正弦函數(shù)模型的算法，它利用相差為/2角度的兩點(diǎn)互為正余弦的特點(diǎn)來進(jìn)行計(jì)算

46、的，該算法本身的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為1/4周期，對(duì)工頻50hz來說是5ms，速度是很快的，它對(duì)采樣頻率無特殊要求。實(shí)際電力系統(tǒng)中，由于各種不對(duì)稱因素及干擾的存在，電流與電壓波形并不是理想的50hz正弦波形，而是存在多次諧波，尤其在故障時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生衰減直流分量。但對(duì)于一些較粗略的算法，考慮到交流輸入回路中設(shè)有r-c濾波電路，為了減少結(jié)算量，增加計(jì)算速度，往往假設(shè)電流,電壓為理想的正弦波。3.2 常用的保護(hù)算法1.導(dǎo)數(shù)算法原理利用正（余）函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是余（正）弦的特點(diǎn)，可以構(gòu)成導(dǎo)數(shù)算法。這種算法只需要知道輸入正弦量在某一時(shí)刻的采樣值及該時(shí)刻采樣值的導(dǎo)數(shù)，即可算出有效值和相位。設(shè)時(shí)刻的電流為 （3.1） 則時(shí)

47、刻電流導(dǎo)數(shù)為 （3.2）由（3.1）和（3.2）可得 （3.3） (3.4） 同樣，可得到電壓有效值u和阻抗及其實(shí)部r和虛部x為 （3.5） (3.6) (3.7) （3.8） 2.二階導(dǎo)數(shù)算法原理二階導(dǎo)數(shù)算法是在導(dǎo)數(shù)算法的基礎(chǔ)上作了修正，采用一階導(dǎo)數(shù)值和二階導(dǎo)數(shù)值，代替用采樣值和一階導(dǎo)數(shù)值計(jì)算的導(dǎo)數(shù)算法。（3.9） 則 （3.10） (3.11) 由式（4.10）和（4.11）可得 (3.12) 而且有 (3.13)3.傅氏算法原理傅里葉算法的基本思路來自傅里葉級(jí)數(shù)，即一個(gè)周期性函數(shù)可以分解為直流分量、基波及各次諧波的無窮級(jí)數(shù)，可表示為： （3.14）式中n自然數(shù)，n=0,1,2；基波角頻率

48、；、各諧波的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)的振幅；、基波分量的正、余弦項(xiàng)的振幅；直流分量的值。如果要從信號(hào)中求出某次諧波分量，依據(jù)三角函數(shù)的正交性可知 （3.15） （3.16） 而 （3.17）當(dāng)時(shí)即為基波分量 （3.18）將式（4.18）變?yōu)?（3.19） 式中x基波分量的有效值；基波分量的初相角。 當(dāng)是電流信號(hào)時(shí)，可表示為 （3.20） 展開式（4.20）得 （3.21） 所以 （3.22） 在用微機(jī)計(jì)算和，通常都是采用有限項(xiàng)方法算得，即將用各采樣點(diǎn)數(shù)值代入，通過梯形法求和代替積分法?？紤]到，時(shí)，用式(3.15)和式(3.16)求和，可表示為： （3.23） （3.24）式中n一周期采樣點(diǎn)數(shù)；第次采樣值；、k=0和n時(shí)的采樣值。在算出和后，根據(jù)式（3.22）不難得到基波的有效值和相角為 （3.25）同理，、可以用梯形積分法近似求出為 （3.26） （3.27）從而計(jì)算為 （3.28）傅氏算法本身具有一定的濾波作用，能完全濾掉各種整次諧波和純直流分量；對(duì)非整次高頻分量和按指數(shù)衰減的非周期分量包括的低頻分量有一定的抑制作用。輔以前級(jí)差分濾波的傅氏算法精度很高，計(jì)算量也不大，是一種很常用的微機(jī)保護(hù)