【正文】 更好地實現(xiàn)故障分量保護；⑶ 可引進自動控制、新的數(shù)學理論基礎(chǔ)和技術(shù) —— 自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN）等等。 2． 可以方便地擴充其他輔助功能 ⑴ 打印故障前后電量波形 —— 故障錄波、波形分析；⑵ 打印故障報告：日期、時間、保護 動作元件、時間先后、故障類型；⑶ 隨時打印運行中的保護定值；⑷利用線路故障記錄數(shù)據(jù)進行測量（故障定位）；⑸ 通過計算機網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)實現(xiàn)與廠站監(jiān)控交換信息；⑹遠方改變定值或工作模式。 3. 工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越 ⑴ 硬 件比較通用，制造容易統(tǒng)一標準；⑵ 裝置體積小，減少盤位數(shù)量；⑶功耗低。 4. 可靠性容易提高 ⑴ 數(shù)字元件的特性不容易受溫度變化、電源波動、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；⑵ 自檢能力強，可用軟件方法檢測主要元件、部件工況以及功能軟件本身。 5. 使用方便 ⑴ 維護調(diào)試方便，縮短維修時間；⑵ 依據(jù)運行經(jīng)驗，在現(xiàn)場可通過軟件方法改變特性、結(jié)構(gòu)。 6．保護的內(nèi)部動作過程不象模擬式保護那樣直觀 微機繼電保護的發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)以及各種新方法和新理論在繼電保護中的廣泛應(yīng)用， 微機保護技術(shù)未來趨勢是向網(wǎng)絡(luò)化、綜合自動化和智能化發(fā)展。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 7 頁 ⒈ 微機保護硬件的發(fā)展 隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。微機保護的硬件已由第一代單CPU 硬件結(jié)構(gòu)和第二代多單片機的多 CPU硬件結(jié)構(gòu)發(fā)展到以高性能單片機構(gòu)成的第三代硬件結(jié)構(gòu)，其具有總線不需引出芯片，電路簡單的特點，抗干擾性能進一步加強，并且完善了通信功能，為實現(xiàn)變電站自動化提供了方便。近年來，數(shù)字信號處理 (DSP)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于微機保護領(lǐng)域。 DSP 與目前通用的 CPU 不同，是一種為了達到快速數(shù)學運算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器 。DSP 的突出特點是計算能力強、精度高、總線速度快、吞吐量大。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機繼電保護，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅里葉變換算法的計算時間，可以完成數(shù)據(jù)采集、信號處理的功能和傳統(tǒng)的繼電保護功能。 ⒉ 網(wǎng)絡(luò)化 目前，繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍（這是首要任務(wù)），還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。微機保護裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護性能和可靠性，每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運 行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。繼電保護裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。 ⒊ 綜合自動化 繼電保護、操作控制和監(jiān)測的集成化趨向稱之為變電所等的綜合自動化。實際上，保護裝置就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端，它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。 因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能。 ⒋ 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也開始。自適應(yīng)繼電保護是一種繼電保護的基本原理，它使得繼電保護能自動地對各種保護功能進行調(diào)節(jié)或改變，以更適合于給定的電力系統(tǒng)的工況。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。其它如遺傳算法、進化 規(guī)劃等也都有其獨特的求解浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 8 頁 復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當結(jié)合可使求解速度更快?？梢灶A(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 第二章 微機繼電保護的理論基礎(chǔ) 微機保護裝置硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成 微機保護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)的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來檢測電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)、范圍等，并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷的一種安全裝置。微機保護主要包括進行數(shù)據(jù)采集的輸入 通道、進行數(shù)據(jù)處理及相應(yīng)判斷的數(shù)字核心部分以及輸出通道。除此以外，還包括人機接口和通信系統(tǒng)。 ⒈ 模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)） 微機保護的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括：模擬量輸入變換回路、低通濾波回路、采樣保持回路和多路轉(zhuǎn)換器以及模擬轉(zhuǎn)換（ A/D）回路。其主要功能是采集由被保護設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號，并將此信號經(jīng)過適當?shù)念A(yù)處理轉(zhuǎn)化為所需的數(shù)字量。 ⒉ 繼電功能回路（ CPU 主系統(tǒng)） CPU主系統(tǒng)一般包括微處理器 CPU，只讀存儲器（ EPROM）隨即存取存儲器（ RAM）及定時 器（ TIME）等。 CPU執(zhí) 行存放在 EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至 RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，以完成各種繼電保護功能。 ⒊ 開關(guān)量輸入 /輸出回路 由并行口光電耦合電路及有接地的中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘信號報 警及以外部接點輸入等工作。 ⒋ 人機接口回路 人機接口回路主要包括鍵盤、顯示器、打印接口以及用于干預(yù)裝置工作的各種按鈕或開關(guān)等，其主要功能用于人機對話、如調(diào)試、定值調(diào)整、人對機器工作狀態(tài)的干預(yù)等。人機接口應(yīng)定時或在保護動作后打印或顯示運行情況及保護執(zhí)行結(jié)果。 ⒌ 通信回路 機間通信和遠動。（綜合） 自動化系統(tǒng)內(nèi)部通信（局域網(wǎng)或總線） PC 機通信（用于調(diào)試），對側(cè)保護通信（用于實現(xiàn)縱聯(lián)保護） ⒍ 電源回路 供電電源回路提供了整個裝置所需的直流穩(wěn)壓電源，以保證整個裝置的可靠供電 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 微機繼電保護算法基礎(chǔ) 在 微機繼電保護中，連續(xù)型的電壓、電流輸入信號經(jīng)過離散采樣和模數(shù)變換成為可用于計算機處理的數(shù)字量后，計算機 對這些數(shù)據(jù)進行分析、計算，確定保護所需的電氣量參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)的計算結(jié)果以及保護的動作特性方程與定值，通過比較判斷，決定保護裝置的動作行為。而完成上述分析計算和比較判斷以實現(xiàn)各種繼電保護功能的方法 稱為微機保護算法。 算法是研究保護的重點之一，衡量各種算法的優(yōu)缺點，主要的指標可歸結(jié)為：計算精度響應(yīng)時間和運算量。這三者之間往往是互相矛盾的，因此應(yīng)根據(jù)保護的功能性能指標（如精度動作時間）和保護系統(tǒng)硬件的條件（ CPU的運算速度存儲器的容量）的不同，采用不同的算法。 數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器是一個裝置或系統(tǒng)，用于對輸入信號進行某種加工處理 (運算 )以達到取得信號中有用的頻率成分而去掉無用信息。抑制模擬量輸入回路的各種誤差所帶來的各種電子噪聲。 在微機保護中，數(shù)字濾波器的運算過程可用下述常系數(shù)線性差分方程 來表示 ： )()()( 00 jnybinxany mj jmi i ???? ?? ?? 式中： )(nx 和 )(ny 分別為濾波器的輸入值和輸出值序列； ia 和 jb 為濾波器系數(shù)。 1． 差分濾波器 差分濾波器的數(shù)學模型表達式： )()()( Knxnxny ??? ，它是一個 K 階差分方程，其數(shù)據(jù)窗長 度為 K（或 KTs）。它表明該濾波器與前行輸出無關(guān)，所以這種濾波器是非遞歸型數(shù)字濾波器。當 KTs 剛好等于諧波的周期11mfTm? ，或者是11mf 的整倍數(shù)（如 P 倍， P=1， 2， ? ）時，則在 nTst? 及 )( KTsnTst ?? 兩點的采樣值中所含該次諧波成分相等，故兩點采樣值相減后，恰好將該次諧波濾去，剩下基波分量。此時有，1mfPKTs? 故濾去的諧波次數(shù)為 : 1KTsfPm? 由此可見，當 1f 和 Ts 已確定時，能去掉的諧波最低次數(shù)是在 P=1時計算的 m值，除此之外，還浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 能濾掉 m 的整倍數(shù)的諧波。 差分濾波器有如下特點： ⑴ 差分濾波器能消除直流分量。 ⑵ 適當選擇 K值后，能消除 m次及 m的整數(shù)倍次諧波。 2． 加法濾波器 加法濾波器的數(shù)學模型表達式： )()()( Knxnxny ??? 若一正弦波頻率為 f ，在nTst? 和 )( KTsnTst ?? 兩點采樣，若此兩點距離為該正弦波的 1/2 周期，則此正好消除該次諧波。此時有兩點采樣值正好大小相等，符號方向相反，相加后輸出為 0，121121 mffKT s ??? 事實上，時都可以消除 m 次諧波，其中 P=1， 2， ? 為基波頻率。 于是有 121mfPKTs ?? 加法濾波器有如下特點： ⑴ 與差分濾波器比較，數(shù)據(jù)窗 短，為工頻周期的一半。 ⑵ 不能消除直流分量。 3． 積分濾波器 積分濾波器數(shù)學模型表達式： ?? ?????????? km m T snT sxKT snT sxTsnT sxTsnT sxnT sxnT sy 0 )()(....)2()()()(即任意時刻 nTs的輸出是由此時刻的采樣值與前 K個采樣值相加而得。 若積分區(qū)間長度正好為某次諧波的周期或周期的整倍數(shù)，則在此區(qū)間內(nèi)，該次諧波積分的結(jié)果是正負半波所圍成的面積正好相互抵消，因此，濾波器對應(yīng)于該次諧波濾去。欲消除 m次諧波，數(shù)據(jù)窗長度應(yīng)取1)1( mfPTsK ?? （ P=1， 2， ? ） 積分濾波器是一個低通濾波器，它對低頻分量的響應(yīng)幅度較大，對高頻分量 抑制能力較強，頻率越高衰減越大，特別是那些積分區(qū)間正好為其周期的整數(shù)倍的頻率成分的衰減是無窮大。 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 富氏算法 富氏算法的基本思想源于富立葉級數(shù)。該算法假設(shè)輸入信號為一周期性函數(shù)信號，即輸入信號中除基頻分量外，只包含恒定的直流分量和各種整次諧波分量。此時，輸入信號可表示為： . ..)(. ..)()()( 210 ?????? txtxtxxtx m 對于 m次諧波 )(txm 又可表示為： m w tXm w tXtwXtx mcmsmmmm c oss i n)s i n(2)( ???? ? 式中： mX —— m 次諧波分量有效值； m? —— m 次諧波分量初相角； mw —— m 次諧波分量角頻率， mwwm? （ w 為基波頻率）。 mmms XX ?cos2? ； mmmc XX ?sin2? 所以： mcmsm XXX 2222 ?? msmcm XXtg ?? ⒈ 全波富立葉算法 根據(jù)富氏級數(shù)原理，當已知周期函數(shù) )(tx 時，可以求其 m 次諧波分量的正弦和余弦系數(shù) ?? Tms m w tdttxTX 0 s in)(2 ； ?? Tmc m w tdttxTX 0 c os)(2 式中 T為 )(tx 的周期，對于基波分量（ m=1）的正弦和余弦系數(shù)為： ?? Ts w tdttxTX 01 sin)(2 ； ?? Tc w tdttxTX 01 c os)(2 求上面的積分可以采用矩形法，設(shè)每周采樣 N 點， 則： NknknxNX Nks ?2)s i n()(2 101 ??? ??? 浙江工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 NknknxNX Nkc ?2)c os ()(2 101 ??? ??? 求出基波分量的正弦和余弦系數(shù)后，則基波分量的復(fù)數(shù)形式為： )(21 111 cs jXXX ??? ； cs XXX 12121 21 ?? 電流電壓計算出各自基波分量的正弦和余弦系數(shù) sI1 、 cI1 、 sU1 、 cU1 后，再用下式求測量阻抗 2121 11111111)()(sccsscsscc II IUIUjIUIUIUZ ? ??????? 2121 1111 sc sscc II IUIUR ??? 2121 1111 sc cssc II IUIUX ??? 當輸入信號為周期性信號時，采用該算法可準確求出信號中的基頻分量有很好的濾波能力，但數(shù)據(jù)窗需要一個周波，響應(yīng)時間較長。 ⒉ 半波富立葉算法 半波富立葉算法的 積分區(qū)間是 0～ T/2，利用半個周期的采樣值來計算電流電壓基波分量的正弦和余弦系數(shù)，其矩形計算公式為 NknknxNXNks?2)s i n ()(4 1201??? ??? NknknxNX Nkc?2)c o s ()(4 1201???