2_微机保护基本算法

微机保护装置的特点
自诊断功能：对硬件各部分和存放在EPROM中 的程序不断进行自动检测，一旦发现异常就会 报警 有极强的综合分析和判断能力：机继电保护装 置可以实现常规保护难以实现的自动纠错能力 ，即能自动地识别和排除干扰，防止由于干扰 而造成误动作
微机保护的优缺点
优点：
程序可实现自适应性，可按系统运行状态自动改变整 定值和特性。 有可存取的存储器。 在现场可灵活地改变继电器的特性。 可以是保护性能得到更大的改进。 有自检能力。
I I cos 1I jI sin 1I
1 (i ji ) I 2 1 2
U u2 ju1 I i2 ji1
电抗和电阻
u1i2 u2i1 X 2 2 i1 i2
u1i1 u2i2 R 2 2 i1 i2
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微机保护之两点乘积算法
主讲人：周明
主要内容：

继电保护的发展、特点 继电保护硬件结构、软件原理 算法的概念及其发展 两点乘积算法原理 Matlab语言介绍
1.1 微机保护的发展
国外的发展形势： 1965年已提出用计算机构成继电保护装置
在20世纪70年代，计算机继电保护的研究工作 主要是理论探索，着重于算法、数字滤波研究
2 u12 u2 U Z 2 I i12 i2
u1 u2
Z 1U
u1 1 i1 1I tg ( ) tg ( ) u2 i2
1
2 两点乘积算法
直接计算线路电阻和电抗，将电压和电流写成复数形式
U U cos 1U jU sin 1U
1 U (u2 ju1 ) 2
的程序，在采样程序中进行模拟量采集与滤波、 开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和 启动判据的计算，根据是否满足启动条件而进入 正常运行程序或故障计算程序
其他功能：测量、控制功能、状态监视、事件记
录、故障滤波、通信功能
微机保护算法
算法定义
微机保护和微机监控是根据采样数据进行分析、运算和 判断的以实现保护和监控功能，其软件方法称为算法
算法精度和对速度的要求常常是相互矛盾的
一个好的算法应该运算精度高，所用数据工作窗
短，运算工作量小，但精确计算往往要使数据窗 加长，并加大运算工作量
研究算法的实质是如何在速度与精度之间进行权
衡
两点乘积算法
假设被采样的电压、电流信号都是纯正弦特向， 即不含有非周期分量，又不含有高频分量。这样 可以利用正弦函数一系列特性，从若干个采样值 中计算出电压、电流的幅值、相位以及功率和测 量阻抗的量值 正弦函数算法包括两点乘积算法、半周期积分算 法、一、二阶导数算法、采样值积分算法等
有利于事故后分析
可以计算机交换信息 可增加硬件的功能 可在低功率传变机构内工作
微机保护的优缺点
缺点：
与传统的保护有根本性的背离 使用者较难维护 要求硬件和软件有高度可靠性
硬件很快就会被淘汰
在操纵和维护过程中，使用人员较难掌握
微机保护的硬件结构
硬件系统：
模拟量输入系统：包括电压形成、模拟滤波（
ALF）、采样保持（S/F）、多路转换开关（MPX ）及模数转换（A/D）等功能模块，将完成将模 拟输入量准确地转换为所需的数据量
70年代末期计算机出现重大突破，因而无论在 技术还是经济上已具备用一台微型计算机来完 成一个电气设备保护功能的条件。
国内的发展形势：
我国在计算机保护方面的研究工作起步较晚，
但进步却很快。1984年华北电力学院研制的第 一套以6809（CPU）为基础距离保护样机在经 过试运行后通过了科研鉴定，标志我国计算机 保护的开发已进入了重要的发展阶段。
微机保护未来的发展方向：
计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测
量和数据通信一体化。
继电保护的特点
对于整流型或晶体管型继电保护装置，其调试 工作量大尤其是一些复杂的保护，调试一套保 护常常需要很长时间 对于微机保护装置，硬件仅是一台计算机，各 种复杂的功能都是由相应的程序来实现。即微 机保护是用一个只会做几种单调的，简单的操 作的硬件，配以程序，把许多简单操作组合而 完成各种复杂功能的，因而只要用简单操作就 可以检验微机的硬件是否完好
i2 (n2Ts ) 2 I sin(n2Ts a0 ) 2 I sin(n1Ts a0 / 2) 2 I cos a1
2 两点乘积算法
2I i i
2 2 1 2 2
2U u u
2 2 1
i1 tg1I i2
tan 1u
2 2
阻抗模值和幅角
采用DSP的微机保护装置结构
由DSP完成所有的数据滤波、保护算法和出口逻辑，由 CPU完成装置的总启动和人机界面、后台通信及打印功能
微机保护软件原理
微机继电保护软件是微机保护装置的主要组成部
分，它主要涉及继电保护原理、算法、数字滤波 及计算机程序结构
主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样
常用算法分类
根据输入电气量的若干采样值通过一定的方法计算出气反
应的量值，然后与整定值进行比较
根据输入电气量的采样直接判断是否处于动作区内，而不
计算出其具体量值
微机保护算法
衡量算法优劣的主要标准：计算速度和计算精度
计算速度包括两方面：一是算法所要求的数据窗
长度（或称采样点数）；二是算法运算工作量
数字处理系统（CPU主系统） 开关量输入/输出系统
微机保护典型结构
单CPU微机保护装置的结构
指整套微机保护公用一个单片微机，无论是数据采集处 理还是开量采集、出口信号及通信等均由一个微机微机 控制
多CPU微机保护装置的结构
在一套微机保护装置中，按功能配置多个CPU模块，分别 完成不同保护原理的多重主保护和后备保护及人机接口 等功能
两点乘积算法定义
利用两个采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗 的幅值和相位角等电气参数的方法
2 两点乘积算法
若i1，i2是相差90o的两个采样值，采样时刻分别为n1，n2， 则
(n2TS n1TS )

2 i1 (n1Ts ) 2 I sin(n1Ts a0 ) 2 I sin a1