数学百科大全之微机继电保护

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微机继电保护

microcomputer relay protection

应用微型计算机或微处理机构成的继电保护。1965年已开始计算机保护的研究工作，但由于在价格、计算速度和可靠性方面的原因，发展缓慢。70年代初、中期，大规模集成电路技术的飞速发展，微型计算机和微处理机问世，价格大幅度下降，计算速度不断加快，可靠性也大为提高，微机继电保护的研制随之出现高潮，到70年代后期已趋于实用。

结构与工作原理 微机继电保护的基本构成如图1[微机继电保护构成]

所示。

微机继电保护的输入信号是电力系统的模拟量，而计算机只能对数字量进行计算和判断，因此由电力系统经电压互感器和/或电流互感器输入的模拟量必先经过预处理,其过程如图2[微机继电保护预处理过程]

所示。

继电保护在大部分情况下取用输入信号中的基波模拟量。根据采样定理，如被测信号频率(或要求保留的最高次谐波频率)为

,则采样频率

必须大于2

,[kg1]

否则由采样值不可能拟合还原成原来的曲线。对于那些大于0.5

频率的谐波分量,必须在进入采样器之前，利用模拟式低通滤波器(前置模拟滤波)将其滤掉。

由于输入信号常常有多个，故设置多路转换器将输入模拟信号逐个交与A/D变换器转化成数字量

这些数字量应在存储器中按先后顺序排列，以便后续功能处理程序取用。

为了保证计算机计算和判断的正确，实现以某种频率的正弦电量为基础的继电保护原理,必须将经A/D变换后的数字量再经一次滤波。由于数字滤波器精度高、可靠而且调整灵活，通过时分复用可使装置简化，因此微机保护中普遍采用数字滤波器。数字滤波器本身可理解为一个计算程序或算法，它将代表输入信号的数字时间序列转换为代表输出信号的数字时间序列，使信号按照预定的形式变化。微机继电保护中应根据电力系统信号的特点和保护原理的要求设计、选择相应的数字滤波器。数学滤波器的主要性能指标是频域特性、时延和计算量。

算法问题　对离散和量化的数字式采样序列，用数学运算方法实现故障量的测量，这就是微机保护的算法问题。要求运算精度满足保护的实际需要，同时计算时间又尽可能短。微机继电保护的研究初期，一些算法是基于被采样的电压、电流均系纯正弦波的，为此应将输入信号进行预处理。稍后，相继提出傅里叶算法和沃尔什函数算法。它们假定输入信号中含有非周期分量、基波和高次谐波。这些算法本身具有很强的滤去高次谐波的功能，因此无需另设数字滤波器，但对非周期分量必须采取其他措施。由于电力系统中大量应用铁磁非线性元件，输电线路分布电容和串联、并联电容，以及电压互感器、电流互感器的暂态特性等因素的影响，使微机继电保护输入信号中还含有许多随机高频分量，它们起着干扰或噪声的作用。对此，可采用最小二乘曲线拟合算法或对计算结果采取平滑措施。上述种种算法都是先算出电压、电流的大小和相位，然后根据保护的动作判据作进一步的运算，最终实现其保护功能。也有一些算法将电量运算与保护动作判据运算直接结合在一起，例如用离散值直接实现的方向阻抗继电器的算法。

优点与应用前景　由于计算机的优越存储能力，可以方便地得到保护需要的故障分量并准确地予以保持，这是模拟式保护装置难以达到的。由于计算机的强大运算能力，可以实现一些以往模拟式保护装置无法实现的复杂保护动作特性、自适应性的定值或特性改变以及良好的自检功能。同常规继电保护相比，微机继电保护的抗电磁干扰能力较弱，因此，它的广泛应用受到一定的限制。应用微机继电保护时，应特别注意解决好电磁兼容性问题。

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