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微機(jī)繼電保護(hù)算法簡(jiǎn)介

閱讀：19發(fā)布時(shí)間：2025-7-4

微機(jī)繼電保護(hù)測(cè)試儀
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傳統(tǒng)的繼電保護(hù)是直接或經(jīng)過(guò)電壓形成回路把被測(cè)信號(hào)引入保護(hù)繼電器，繼電器按照電磁感應(yīng)、比幅、比相等原理作出動(dòng)作與否的判斷。而微機(jī)保護(hù)是把經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)量化的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波處理后，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行分析、判斷，以決定是否發(fā)出跳閘命令或信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能。這種對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、判斷以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的方法稱(chēng)為微機(jī)保護(hù)算法。

目前，在微機(jī)保護(hù)裝置中采用的算法基本上可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是直接由采樣值經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算，求出被測(cè)信號(hào)的實(shí)際值再與定值比較。例如，在距離保護(hù)裝置中，利用故障后電壓和電流的采樣值直接求出測(cè)量阻抗或求出故障后保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的R、X，然后與定值進(jìn)行比較。在電流、電壓保護(hù)中，則直接求出電壓、電流的有效值，與保護(hù)的整定值比較。另一類(lèi)算法是依據(jù)繼電器的動(dòng)作方程，將采樣值帶入動(dòng)作方程，轉(zhuǎn)換為運(yùn)算式的判斷。同樣對(duì)于距離保護(hù)，這種算法不需要求出測(cè)量阻抗，而只是用故障后的采樣值帶入動(dòng)作方程進(jìn)行判斷。

分析和評(píng)價(jià)各種不同的算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。速度有包括兩方面：一是算法所要求的采樣點(diǎn)數(shù)(或稱(chēng)數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度)；二是算法的運(yùn)算工作量。所謂算法的計(jì)算精度是指用離散的采樣點(diǎn)計(jì)算出的結(jié)果與信號(hào)的實(shí)際值的逼真程度。如果精度低，則說(shuō)明計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度差，這將直接影響保護(hù)的正確判斷。算法所用的數(shù)據(jù)窗直接影響保護(hù)的動(dòng)作速度。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)在故障后迅速做出動(dòng)作與否的判斷，而要做出正確的判斷必須用故障后的數(shù)據(jù)計(jì)算。一個(gè)算法采用故障后的多少采樣點(diǎn)才能計(jì)算出正確的結(jié)果，這就是算法的數(shù)據(jù)窗。例如，全周傅氏算法需要的數(shù)據(jù)窗為一個(gè)周波(20ms)，半周傅氏算法需要的數(shù)據(jù)窗為半個(gè)周波(10ms)。顯然，半周傅氏算法的數(shù)據(jù)窗短，保護(hù)的動(dòng)作速度快。但是，半周傅氏算法不能濾除偶次諧波和恒溫直流分量，在信號(hào)中存在非周期分量和偶次諧波的情況下，其精度低于全周傅氏算法。而全周傅氏算法的數(shù)據(jù)窗要長(zhǎng)，保護(hù)的動(dòng)作速度慢。顯然精度和數(shù)據(jù)窗之間存在矛盾。一般地，算法用的數(shù)據(jù)窗越長(zhǎng)，計(jì)算精度越高，而保護(hù)動(dòng)相對(duì)較慢，反之，計(jì)算精度越低，但保護(hù)的動(dòng)作速度相對(duì)較快。

繼電保護(hù)特別是快速動(dòng)作的保護(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)速度的要求特別高。由于反映工頻電氣量的保護(hù)設(shè)有濾波環(huán)節(jié)，前置模擬濾波系統(tǒng)中也有延時(shí)，各種保護(hù)的算法都需要時(shí)間，因此在其他條件相同的情況下，盡量提高算法的計(jì)算速度，縮短響應(yīng)時(shí)間，可以提高保護(hù)的動(dòng)作速度。在滿(mǎn)足精度的條件下，在算法中通常采用的計(jì)算速度，縮短響應(yīng)時(shí)間，可以提高以減小計(jì)算工作量，或采用兼有多種功能(例如濾波功能)的算法以節(jié)省時(shí)間等措施來(lái)縮短響應(yīng)時(shí)間，提高速度。

計(jì)算精度是保護(hù)測(cè)量元件的一個(gè)總要指標(biāo)，高精度與快速動(dòng)作之間存在著矛盾，一般要求根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行協(xié)調(diào)以得到的結(jié)果。在選用準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)模型及合理的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度的前提下，計(jì)算精度與有限字長(zhǎng)有關(guān)，其誤差表現(xiàn)為量化誤差和舍入誤差兩個(gè)方面。為了減小量化誤差，在保護(hù)中通常采用的A/D芯片至少是12位的，而減小舍入誤差則要增加字長(zhǎng)。

在一套具體的微機(jī)保護(hù)裝置中，采用何種算法，應(yīng)視保護(hù)的原理以及對(duì)計(jì)算精度和動(dòng)作快速性的要求合理選擇。例如，在微機(jī)距離保護(hù)裝置中，對(duì)距離保護(hù)的第 I 段，針對(duì)近處故障強(qiáng)調(diào)快速性，此時(shí)可采用端數(shù)據(jù)窗口算法，計(jì)算精度可適當(dāng)調(diào)低一些，而靠近保護(hù)范圍末端故障，則應(yīng)強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確性，要求計(jì)算精度高，動(dòng)作速度可稍慢些。

繼電保護(hù)的種類(lèi)很多，按保護(hù)對(duì)象分有元件保護(hù)、線(xiàn)路保護(hù)等;按保護(hù)原理分有差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)和電壓、電流保護(hù)等。然而不管哪一類(lèi)保護(hù)的算法，其核心問(wèn)題歸根結(jié)底不外乎是算出可表征被保護(hù)對(duì)象運(yùn)行特點(diǎn)的物理量，如電壓、電流等的有效值和相位以及阻抗等，或者算出它們的序量值、基波分量、某次基波分量的大小和相位等。有了這些基本電氣量的計(jì)算值，就可以很容易地構(gòu)成各種不同原理的保護(hù)。可以說(shuō)，只要找出任何能夠區(qū)分正常與短路的特征量，微機(jī)保護(hù)就可以予以實(shí)現(xiàn)。


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