微机保护算法性能分析

微 机 保 护 的 算 法一、数字滤波数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是一种纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能，即滤波器的幅频特性和相频特性。

在微机保护中广泛使用的简单的数字滤波器，是一类用加减运算构成的线性滤波单元。

差分滤波它们的基本形式 加法滤波 积分滤波等以差分滤波为例做简单介绍。

差分滤波器输出信号的差分方程形式为)()()(k n x n x n y --= (8—1)式中，x (n )、y (n )分别是滤波器在采样时刻n (或n )的输入与输出；x (n -k )是n 时刻以前第k 个采样时刻的输入，k ≥1。

对式(8-1)进行Ｚ变换，可得传递函数H (z))1)(()(k z z x z y --= kz z X z Y z H --==1)()()( （8—2）将 ST j e z ω=代入式(8-2)中，即得差分滤波器的幅频特性和相频特性分别为式(8-3)及式(8-4)2sin2sin )cos 1()(22SS S T j T k T k T k e H S ωωωω=+-= （8—3）（8—4）由式(8-3)可知，设需滤除谐波次数为m ，差分步长为k (k 次采样)，则此时ω=m ω1=m·2ƒ1，应使)(ST j e H ω=0。

令 0sin21=sf kmf π则有ππl f kmf s=1 )3,2,1,0(⋅⋅⋅⋅⋅⋅=l01lm K N l kf f lm s ===；k N m =0 （8—5） 当N （即ƒs 和ƒ1）取值已定时，采用不同的l 和k 值，便可滤除m 次谐波。

二、正弦函数模型算法1．半周积分算法半周积分算法的依据是mm T mT m U TU tU tdt U S πωωωω==-==⎰2cos sin 2020（8—6）即正弦函数半周积分与其幅值成正比。

式(8-6)的积分可以用梯形法则近似求出：sN N k k T u u u S ]2121[2/110++≈∑-= （8—7）式中k u ——第K 次采样值;N ——一周期T 内的采样点数; k u ——k ＝0时的采样值;2N u ——k ＝N /2时的采样值。

微机保护傅里叶算法分析
1微机保护傅里叶算法分析
微机保护傅里叶算法（Microcomputer Protection Fourier Algorithm，MPFA）是一种基于傅里叶算法的保护算法，它对保护进行解析、检测和故障定位。

MPFA是电力系统保护算法研究中一种新型的数字式保护，其主要用于各类先进的电力系统保护器。

MPFA算法有很多优点，例如灵敏度高、抗干扰性较强，可适用于新型复杂的电网或系统，在某些情况下，它可以比普通保护算法更快的响应时间。

2原理简介
MPFA是一种基于傅里叶算法的保护算法，其主要用于检测电场异常、故障定位以及保护响应。

MPFA算法基于傅立叶变换构建一种域向量，然后对这个域向量进行计算，从而实现保护功能。

MPFA使用傅里叶变换时，取采样点距离受保护对象越靠近的信号越准确，由此可以知道故障类型及其位置。

3实用优势
MPFA在实际应用方面具有很多优势，它具有灵敏度高、抗干扰性强的特点，可用于新型复杂的电网或系统，这是传统保护算法难以实现的。

此外，MPFA算法还具有反应时间短的优点，它可以比传统保护算法更快地响应故障，从而有效避免或减少系统电能损失。

4发展和应用
目前，MPFA算法已经在电力系统实时保护领域得到了广泛的应用，它可以检测电网的极低频信号，有效的定位故障，进而对系统进行保护，弥补了实体电力系统受限的状况。

随着电力系统复杂程度的加大，MPFA算法将有望进一步得到发展，为电力系统提供更安全可靠的保护。

5结论
微机保护傅里叶算法是一种基于傅里叶算法的电力系统保护算法，它具有灵敏度高、抗干扰性强、反应时间短等优点，广泛应用于电力系统实时保护领域，从而更好的保证电力系统的安全可靠性。

第二节微机继电保护算法介绍第二节微机继电保护算法介绍第二节微机继电保护算法介绍这一节将要对微机保护算法进行简要概述，并介绍常见的几种算法。

一、微机保护算法概述把经过数据采集系统量化的数字信号经过数字滤波处理后，通过数学运算、逻辑运算、并进行分析、判断，以决定是否发出跳闸命令或信号，以实现各种继电保护功能。

这种对数据进行处理、分析、判断以实现保护功能的方法称为微机保护。

二、常见微机保护算法介绍1. 算法微机保护装置中采用的算法分类：（1）直接由采样值经过某种运算，求出被测信号的实际值再与定值比较。

例如，在电流、电压保护中，则直接求出电压、电流的有效值，与保护的整定值比较。

（2）依据继电器的动作方程，将采样值代入动作方程，转换为运算式的判断。

分析和评价各种不同的算法优劣的标准是精度和速度。

2. 速度影响因素（1）算法所要求的采样点数。

（2）算法的运算工作量。

3. 算法的计算精度指用离散的采样点计算出的结果与信号实际值的逼近程度。

4. 算法的数据窗一个算法采用故障后的多少采样点才能计算出正确的结果，这就是算法的数据窗。

算法所用的数据窗直接影响保护的动作速度。

例如，全周傅氏算法需要的数据窗为一个周波（20ms），半周傅氏算法需要的数据窗为一个半周波（10ms）。

半周波数据窗短，保护的动作速度快，但是它不能滤除偶次谐波和恒稳直流分量。

一般地算法用的数据窗越长，计算精度越高，而保护动作相对较慢，反之，计算精度越低，但是保护的动作速度相对较快。

尽量提高算法的计算速度，缩短响应时间，可以提高保护的动作速度。

但是高精度与快速动作之间存在着矛盾。

计算精度与有限字长有关，其误差表现为量化误差和舍入误差两个方面，为了减小量化误关基保护中通常采用的A/D芯片至少是12位的，而舍入误差则要增加字长。

不管哪一类算法，都是算出可表征被保护对象运行特点的物理量。

5. 正弦函数的半周绝对值积分算法假设输入信号均是纯正弦信号，既不包括非周期分量也不含高频信号。

（第一部分是考试要点的总结，第二部分是各章考试重点的总结。

）第一部分：1、微机保护的特点：维护调试方便，可靠性高，易于获得附加功能，灵活性高，保护性能得到了很好的改善。

2、采样定理及其要求：采用低通滤波器，可以消除频率混叠问题，从而降低采样频率；次奥出频率混叠后，采样频率的选择基本取决于保护的原理和算法。

f S 》 2 f max3、 模数转换器逐次逼近法原理：并行接口的PB15~PB0用作输出，有微型机通过该口往16为A/D 转换器试探性地送数。

每送一次数，微型机通过读取并行口的PA0（作为输入）的状态（0或1）来观察试送的16位数位相对于模拟输入量是偏大还是偏小。

如果偏大，即D/A 转换器的输出Usc 大于待转换的模拟输入电压，则比较器输出0，否则为1.通过软件的方法如此不断地修正送往D/A 转换器的16位二进制数，直到找到最近的二进制数值，这个二进制数就是A/D 转换器的转换结果。

4、 两点乘积算法：假定原始数据为纯正弦量的理想采样值()()I s s nT I nT i 0sin 2αω+= ()212πω=-s s T n T n ()()II s s I T n I T n i i 10111sin 2sin 2ααω=+==()I I I s s I I T n I T n i i 110122cos 22sin 22sin 2απαπαω=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++==222122i i I +=211i i tg I =α21122212 2u u tg u u U u =+=α22212221i i u u I U Z ++==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-=--21121111i i tg u u tg I U z αααsr（导数法差不多，看书）5、 零极点法设计数字滤波器例：设Ts=5/3ms(即N=12)，用零点设计法设计出能同时滤除3次和5次谐波分量的数字滤波器传递函数解: (1)滤3次的因子H3(Z)=1+Z-2(2)滤5次的因子H5(Z)=1+ Z-1+Z-2（这个通过书上（2-54）可以推出来，考试不给直接H （z ）的） ()()()4321533231----++++==Z Z Z Z Z H Z H Z H()()()()()()42332213-+-+-+-+=n x n x n x n x n x n y6、 软件上提高保护可靠性的措施1> 抗干扰措施 （1）对输入采样的抗干扰纠错，利用默写输入量之间错在的规律（2）运算过程的校核纠偏：复算，或数据窗移位或复算（3）出口的闭锁：不允许一条指令就出口；中间加入核对程序（4）程序出格的自恢复。

微机综保整定计算方法摘要：继电保护整定专业性较强，然而在实践工作中，又是每名电气相关专业必须掌握的专业知识。

关键词：微机综保整定计算定值保护随着自动控制技术的，采用计算机技术实现其基本原理的微机智能型综合保护装置在公司得到了广泛应用，既不同于传统的电磁继电器，又不同于采用模拟技术的集成电路形式的继电器，因而有些功能的实现方式较以往也有不同，并且增加了一些传统继电器（如GL、DL）所不具备的功能。

这样一来，使用新型综合保护装置在计算保护定值时遇到许多困惑，因为目前没有完整的保护整定计算的书。

为了使大家对综合保护装置的整定计算有所了解和掌握，我结合过去整定计算的经验和有关综合保护装置的功能及保护整定计算的有关规定，对保护整定计算进行了形成此扁文章，不同厂家的保护装置对保护功能设置及各参数选择也许不同，但基本上大同小异。

本文只对常用设备保护进行了论述及未对短路电流进行计算，仅供大家参考。

降压变电所引出10KV电缆线路,线路接线如下图所示:已知条件:最大运行方式下,降压变电所母线三相短路电流为5500A,配电所母线三相短路电流为5130A，配电变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流为820A。

最小运行方式下,降压变电所母线两相短路电流为3966A,配电所母线两相短路电流为3741A，配电变压器低压侧两相短路时流过高压侧的电流为689A。

电动机起动时的线路过负荷电流为350A，10KV电网单相接地时最小电容电流为15A，10KV电缆线路最大非故障接地时线路的电容电流为。

系统中性点不接地。

A、C相电流互感器变比为300/5，零序电流互感器变比为50/5。

整定计算（计算断路器DL1的保护定值）1、瞬时电流速断保护瞬时电流速断保护按躲过线路末端短路时的最大三相短路电流整定，保护装置的动作电流，取110A保护装置一次动作电流灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验：由此可见瞬时电流速断保护不能满足灵敏系数要求，故装设限时电流速断保护。

基于MATLAB的微机保护算法和负序电流算法随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。

在这种情况下，许多大型的电力科研试验很难进行，同时对数据的处理要求越来越精确。

由于电力系统是一个相对复杂的、维数很高的系统，需要像控制理论界那样，将MATLAB作为分析电力系统问题的有效工具。

利用MATLAB软件中的电力系统模块库, 对电力系统微机保护中的滤波和保护算法进行了编程仿真实现.针对电力系统微机保护中的线路故障等情况,分别对半周积分算法、采样值和导数算法、正弦曲线拟合算法进行了仿真计算, 并以图形方式显示其仿真结果; 最后对其数字滤波和保护算法的准确性和快速性进行了分析和比较。

同时对传统的负序电流近似计算法进行了分析和探讨，针对其不足，提出了基于MATLAB语言的负序电流计算程序。

采用此程序计算负序电流，可提高计算精度和计算效率，程序还可同时绘出正序电流、负序电流、不对称三相电流的相量图。

目录引言 (1)1 MATLAB简介 (1)2 微机保护算法 (4)2.1 概述 (4)2.2 基于正弦函数模型的算法 (5)2.2.1 半周积分算法 (5)2.2.2 采样值和导数算法 (8)2.2.3 正弦曲线拟合算法 ............................................................. 错误!未定义书签。

2.3 小结 ............................................................................................... 错误!未定义书签。

3 基于MATLAB语言的负序电流通用计算法....................................... 错误!未定义书签。

3.1 负序电流通用计算法 ................................................................... 错误!未定义书签。

4.3 微机保护的特征量算法微机保护算法的实质，就是实现某种保护功能的数学模型。

按该数学模型编制微机应用程序，对输入的实时离散数字信号量进行数学运算，从而获得保护动作的判据。

或者简单地说，微机保护的算法就是从采样值中得到反应系统状态的特征量的方法。

算法的输出是继电保护动作的依据。

现有的微机保护算法种类很多，按其所反应的输入量情况或反应继电器动作情况分类，基本上可分成按正弦函数输入量的算法、微分方程算法、按实际波形的复杂数学模型算法、继电器动作方程直接算法等几类。

4.3.1 数字滤波微机保护的算法是建立在正弦基波电气参量基础上的。

所以有必要将输入电流、电压信号中谐波和非周期分量滤掉，并消除正常负荷分量的影响，从而得到只反应故障分量的保护。

在微机保护中，为适应保护算法的需要，普遍采用数字滤波。

因此，数字滤波器已成为微机保护的重要组成部分。

f/2以上的高频分量，以防止混叠现象前面提到的模拟低通滤波器的作用主要是滤掉s产生，而数字滤波器的用途是滤去各种特定次数的谐波，特别是接近工频的谐波。

数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能。

数字滤波器与模拟滤波器相比，有如下优点：(1) 数字滤波器不需增加硬设备，所以系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题；(2) 使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数；(3) 数字滤波器是靠软件来实现的，没有物理器件，所以不存在特性差异；(4) 数字滤波器不存在由于元件老化及温度变化对滤波性能的影响；(5) 精度高。

（图4.11 数字滤波器框图）4.3.2 正弦函数的算法4.3.2.1 半周绝对值积分算法半周绝对值积分算法依据是一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一个常数S(即正比于信号的有效值)。

(4.8)从而可求出电压有效值（4.9）由式(4.8)用梯形法则近似求得(4.10)式（4.8）、（4.9）、（4.10）中，s T ——采样间隔；m U ——电压最大值；U ——电压有效值；α —— 采样时刻相对于交流信号过零点的相角；0u 、k u 、2/N u —— 第0、K 、N /2 次的采样值。

第八章微机保护第一节微机保护系统简介一、微机保护的应用和发展概况近四十年来，计算机技术发展很快，其应用广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域。

有关计算机保护的研究及开发就是电力系统计算机在线应用的重要组成部分。

我国在这方面的起步相对较晚，但进展却很快。

1984年上半年，华北电力学院研制的第一套以6809(CPU)为基础的距离保护样机投入试运行。

1984年底在华中工学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。

进入90年代，我国已陆续推出了不少成型的微机保护产品。

二、微机保护的基本构成数据采集系统CPU主系统硬件开关量输出输入系统外围设备等微机保护的基本构成初始化模块数据采集管理模块软件故障检出模块故障计算模块自检模块等三、微机保护的特点微机保护主要优点有以下几个方面。

1．易于获得附加功能2．微机保护具有灵活性3．微机保护具有高可靠性微机保护可以对其硬件和软件进行连续的自检，有很强的综合分析和判断能力。

它能自动检测出硬件故障的同时发出报警信号并闭锁其跳闸出口回路。

同时软件也具有自检功能，可以对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别和排除干扰。

总之，作为一个系统而言，微机保护的可靠性比传统保护高。

第二节微机保护的硬件框图简介一、电压形成回路微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、电压互感器或其他变换器上取得信息，但这些互感器的二次数值、输入范围对典型的微机电路却不适用，故需要降低和变换。

在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10V的电压信号，具体决定于所用的模数转换器。

电压变换常采用小型中间变压器。

电流变换有两种方式，一种是采用小型中间变流器，其二次侧并电阻以取得所需电压的方式，另一种是采用电抗变压器。

这些中间变换器还起到屏蔽和隔离的作用，以提高保护的可靠性。

二、采样保持电路与模拟低通滤波器1．采样保持器（S/H）采样就是将连续变化的模拟量通过采样器加以离散化。