微机保护算法综合仿真
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微机保护原理及算法仿真
微机保护原理及算法仿真微机保护原理及算法仿真是在控制、自动化和保护三者之间建立一个交互性的模拟，提出并实施可靠的保护技术。
此外，该技术还可以在合理的成本当中有效地提升保护系统的可靠性和灵活性。
在实现微机保护原理的基础上，通过使用算法仿真技术，可以将保护系统的安全性提升到更高的水平。
微机保护原理是一种将控制、自动化和保护相结合的保护技术，目的是对不同规格的机组进行保护，避免由于系统故障而对设备和电网造成伤害。
基本原理是：一旦发生故障，保护装置可以快速、准确地识别、定位故障，并根据故障类型采取相应的保护措施，从而避免或限制系统故障扩大，减少或避免人身伤亡和财产损失。
算法仿真技术对实现微机保护原理有着重要的作用。
算法仿真一般采用四步方法：输入信息→处理过程→结果输出→结果分析。
在处理过程中，根据模型的结果，选择实施有效的保护策略。
算法仿真中，使用计算机模拟技术可以实时反映不同条件下电力系统的状态，比如励磁失调、交流故障、瞬时停电等。
在这个过程中，保护装置也可以根据实时变化的系统状态立即采取保护措施，从而有效防止系统故障的扩大和危害的扩散。
在算法仿真中，模拟系统的响应特性，可以通过连续变量或离散变量的连续变化来模拟，从而实现系统对故障的及时应答。
如果想要实现更完善的保护，则需要把控制装置建模，使其能够判断出系统故障情况，并采取相应的保护措施。
总之，微机保护原理及算法仿真是一种通过将控制、自动化和保护相结合的保护技术实现可靠保护的技术，可以充分发挥微机的优势，提高保护系统的可靠性、灵敏性和适应性，从而最大限度地减少操作错误、降低运行风险，有效地保障电网及设备的安全运行。
微机保护中的数字信号处理算法综述
， ） 一 ＋ ，ｉｉｌ ） Ｏ＝ ∑ ｓ（ｏ＋ ＋ ｎｃ ｔ
ｆ —ｌ
其 Ａ 为ｒ ０ ｛ 。 ＝ 时非删期分 毓的数俊 ： Ｉ 期 分避幅值 ；
为接波 分繁 角频 率 ：． ． ４ ４ 拜蒯 ， 为 ７ ｌ ｉ期分 氍褒减 闳 ｆ； ， ， 里叶算法 、
该算法假 设输入 的电压 电流为周期性函数， 利用傅 氏级数可将其分解 为正弦函数和 余弦 函数 ， 由此提 出了傅氏算法和沃尔什函数算法等 ［］ 通 ２。 过频域分析可知 ， 这类算法 可 以有效地抑制 各高次谐波 ， 具有较好 的滤波 作用 ， 但对 于非整数倍的周期分量抑制 能力较差 。 按照采样周期的不同， 傅 氏算法可分为全波傅里叶算法和 半波傅里 叶算法 ［］ ３。 傅里叶算法的基本原理是建立一个傅里 叶数 字滤波 系统 ，滤取 电压、 电流 中的基频 分量， 假定被采样 的模 拟信号是一个 周期性时间函数 ， 除基 波外还有不衰减的直流分量和各次谐波 。 图 ３经 ＦＲ滤 波后 波形及 其频谱 Ｉ （ 上为 Ｆ Ｒ滤波器的频率 响应 ， Ｉ 中间为滤波后波形 ， 下面为滤波后波形 的频谱特性）
图 ２ Ｆ Ｒ滤 波 器 结 构 图 Ｉ 图 中 ： （） ， 为输 入 序 列 ， 是滤 波 器 系 数 ， Ｎ 是滤 波 器 阶 数 。 Ｊ
如 图 ３所示 为系统 Ｄ Ｐ芯 片采 用 １８阶 Ｆ Ｒ滤波器将 如图 １所示 输 Ｓ ２ Ｉ
入 电压 波 形滤 波 后 的 结 果 ：
由于 电力系统故 障的随机性和引起 故障的因素的复杂性 ， 用精确的 欲 数 学 表 达 式 来 描述 电力 系 统 故 障 时 的暂 态 电压 电流 信 号 是 比较 困难 的 。 在 实际过程中， 可根据工程需要做出不 同的假设 。将各 非周 期倍频 分量和 干 扰 用 ｗ来表 示 ， 电力 系 统 发 生 故障 时 ， 则 电压 电流 函 数 的解 析式 为 ：
ｆ —ｌ
其 Ａ 为ｒ ０ ｛ 。 ＝ 时非删期分 毓的数俊 ： Ｉ 期 分避幅值 ；
为接波 分繁 角频 率 ：． ． ４ ４ 拜蒯 ， 为 ７ ｌ ｉ期分 氍褒减 闳 ｆ； ， ， 里叶算法 、
该算法假 设输入 的电压 电流为周期性函数， 利用傅 氏级数可将其分解 为正弦函数和 余弦 函数 ， 由此提 出了傅氏算法和沃尔什函数算法等 ［］ 通 ２。 过频域分析可知 ， 这类算法 可 以有效地抑制 各高次谐波 ， 具有较好 的滤波 作用 ， 但对 于非整数倍的周期分量抑制 能力较差 。 按照采样周期的不同， 傅 氏算法可分为全波傅里叶算法和 半波傅里 叶算法 ［］ ３。 傅里叶算法的基本原理是建立一个傅里 叶数 字滤波 系统 ，滤取 电压、 电流 中的基频 分量， 假定被采样 的模 拟信号是一个 周期性时间函数 ， 除基 波外还有不衰减的直流分量和各次谐波 。 图 ３经 ＦＲ滤 波后 波形及 其频谱 Ｉ （ 上为 Ｆ Ｒ滤波器的频率 响应 ， Ｉ 中间为滤波后波形 ， 下面为滤波后波形 的频谱特性）
图 ２ Ｆ Ｒ滤 波 器 结 构 图 Ｉ 图 中 ： （） ， 为输 入 序 列 ， 是滤 波 器 系 数 ， Ｎ 是滤 波 器 阶 数 。 Ｊ
如 图 ３所示 为系统 Ｄ Ｐ芯 片采 用 １８阶 Ｆ Ｒ滤波器将 如图 １所示 输 Ｓ ２ Ｉ
入 电压 波 形滤 波 后 的 结 果 ：
由于 电力系统故 障的随机性和引起 故障的因素的复杂性 ， 用精确的 欲 数 学 表 达 式 来 描述 电力 系 统 故 障 时 的暂 态 电压 电流 信 号 是 比较 困难 的 。 在 实际过程中， 可根据工程需要做出不 同的假设 。将各 非周 期倍频 分量和 干 扰 用 ｗ来表 示 ， 电力 系 统 发 生 故障 时 ， 则 电压 电流 函 数 的解 析式 为 ：
基于LabVIEW的微机继电保护算法仿真实验系统
程技术人员所熟悉的图标 、 术语和概念， 编写程序非常便捷 和形象 ， 使用它进行原理分析 、 设计 、 仿真和测试仪器系统 时， 非常方便并有效提高了效率。 仿真实验系统设计 实验教学仿真系统中的微机继电保护算法主要包括数
一
、
养学生理论与生产实践结合的能力以及尽快适应现场工作 都很重要。而微机继 电保护除了涉及继电保护知识外还包 括数据采集 、 数字信号处理 、 微控制器 、 网络等内容 ， 需考虑 多个知识点的综合 ， 且保护功能主要 以软件算法方式实现 ，
Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ 软 件 界 面上 选 定 不 同 的算 法 处 理 模 块并 设 定 相 关 系数参数 ， 启动硬件采集模块 ， 即能够对被测试参数进行数 据采 集 、 数字 滤波 并进 行参 数有 效值 、 相 角和 阻抗等 的计 算
方法和手段不够完善等问题 。多数高校只是开设了部分演 示性实验 ，或是在定 型的微机保护装置进行保护定值设置 等操作的实验 ，不能够开设各种微机保护算法及参数调整 的验证实验 。我们知道 ，微机保护采用的软件算法是微机 继电保护的核心 ，软件算法的优劣直接决定了微机继电保
２ ０ １ ４年 ２月 第 ９期
教 育 教 学 论 坛
ＥＤ Ｕ ＣＡ ＴＩ ＯＮ Ｔ ＥＡ ＣＨ Ｉ Ｎ Ｇ ＦＯ ＲＵ Ｍ
Ｆ ｅｂ ． ２Ｏｌ ４ Ｎ Ｏ． ９
基于Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ 的微机继 电保护算法仿真实验 系统
姚福强 ， 杜兆文
（ 山东科技大学 电气信息系， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ ３ １ ）
一＊— ‘ ”— 一— ＋ －“— ” — ’ ”— ’一 “ —＋ ．”— ”十 一十 ”十 ＊— － 一— ＋－ 一— 一— ” — ・ ＊十 ”＋ …－＋ － — ＊— 一— ・
基于MATLAB的微机保护算法及综合仿真研究
ｔ ｇ ａ ｌ ｏ ｔ ｍ ，ａ ｌ ａｕ ｎ ｅ ｉａｉ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ， ｎｄ ｓｎ ｕｒｅ ｆｔ ｎ ｌｏ ｔｍ ． ｈ ｎ ｓ ｏ ｉｓ ｓｍｕ ａｉｎ ｒ — ｅ ｒ ｌａｇ ｒｈ ｉ ｓｍｐ ｉ ｖ ｌｅ ａ ｄ ｄ ｒｖ ｔｖ ｌ ｏ ｈ ａ ｉｅ ｃ ｖ ｔ ｇ ａｇ ｒ ｈ Ｔ ｅ ｈ ｗ ｔ ｉ ｌｔｏ ｅ ｎｇ ｉ ｉ ｉ ｉ
（ 电气开关＞ ２ １． ｏ４ （００ Ｎ ． ）
文章编 号 ：０ — ８ Ｘ（０ ０ ０ ０ ３ ０ １０ ２ ９ ２ １ ）４－ ０ ４— ４ ４
基于 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ的微机保护算法及综合仿真研究
鄂恺 卢毅 范李平。 ， ，
（．长江水利委 员会 ， １ 湖北 武汉 ４ ０ １ ；． ３ ００ ２ 二滩水 力发 电厂 ， 成都 ６０ ０ ；．三峡 大 四川 １０ ０ ３ 学电气信息学院， 宜昌 ４３ ０ ） 湖北 ４ ０ ２
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｗ ｒｓ ｓ ｍ ｄ ｌ ｂａｙｉ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｏ ｅ ｙｔ ｍｏ ｕｅｌ ｒｒ ＭＡＴ ＡＢ ｓｆ ａｅｉ ｕ ｅ ａｒ ｕ ｒｇａ ｎ ｉ ｌｔ ｎ ｔ ｌ ｒａ ｄ ｅ ｉ ｎ Ｌ ｏｔ ｒ ｓ ｓｄｔ ｃ ｒｙｏ ｔ ｏ ｒｍｉｇｓ ｗ ｏ ｐ ｍｕａｉ ｆｔ ｎ ｏ ｏｉ ｅ
ｐ ｔ ｒ ｅｔ ｎ ａｊｓ ｔｅ ａ ｌ ｏ ｅ ｏ ｅ ｓ ｍ ｆ ｌｔ ｎｉ ｔｃｒ ｕ ｍ ｌ ｉ ａ ｕａｏ ａ ｅ ｏ — ｕ ｒ ｏ ｃｏ ，ｄｕｔ ｔ ｆｅ ｆ ｗ ｒ ｙｔ ｕｔｒ ｓ ｎ，ａ ｙｏｔ ｉ ｕ ｔ ｎｃｌ ｌ ｉ ｔ ｈｌｐ ｒ ｄｉ ｅｐｔ ｉ ｄ ａ ｔ ｐ ｈ ｉ ｈ ｓ ｅ ａ ａ ｅ ｒ ｓ ａｏ ｃ ｔｎ ｏ ｆ ｉ ｎ
Ｐ ｏｅ ｔ ｎ ａｇ ｒｔ ｒ ｔｃｉ ｌｏ ｈｍ ｆｔ ｅ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｃ ｏ ｏ ｕ ｅ ｒ ｔｃｉｎ． ｏ ｈｅ ｃｒ ｕ ｔｆ ｕ ｔ ｆｔ ｅ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｃ ｏ ｏ ｏ ｉ ｏ ｈ ｏ ｒｓ ｓｅ ｍｉｒ ｃ ｍｐ ｔｒｐ ｏ ｅ ｔ ｏ Ｆ ｒｔ ｉｃ ｉ ａ ｌ ｏ ｈ ｏ ｒｓ ｓｅ ｍｉｒｃ ｍ— ｓ
（ 电气开关＞ ２ １． ｏ４ （００ Ｎ ． ）
文章编 号 ：０ — ８ Ｘ（０ ０ ０ ０ ３ ０ １０ ２ ９ ２ １ ）４－ ０ ４— ４ ４
基于 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ的微机保护算法及综合仿真研究
鄂恺 卢毅 范李平。 ， ，
（．长江水利委 员会 ， １ 湖北 武汉 ４ ０ １ ；． ３ ００ ２ 二滩水 力发 电厂 ， 成都 ６０ ０ ；．三峡 大 四川 １０ ０ ３ 学电气信息学院， 宜昌 ４３ ０ ） 湖北 ４ ０ ２
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｗ ｒｓ ｓ ｍ ｄ ｌ ｂａｙｉ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｏ ｅ ｙｔ ｍｏ ｕｅｌ ｒｒ ＭＡＴ ＡＢ ｓｆ ａｅｉ ｕ ｅ ａｒ ｕ ｒｇａ ｎ ｉ ｌｔ ｎ ｔ ｌ ｒａ ｄ ｅ ｉ ｎ Ｌ ｏｔ ｒ ｓ ｓｄｔ ｃ ｒｙｏ ｔ ｏ ｒｍｉｇｓ ｗ ｏ ｐ ｍｕａｉ ｆｔ ｎ ｏ ｏｉ ｅ
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基于DSP的微机保护算法研究
基于DSP的微机保护算法研究摘要：本文讨论了一种基于数字信号处理技术（DSP）的微机保护算法。
DSP技术可以有效地监控微机的系统参数，实时检测微机的故障，以便采取必要的保护措施。
首先，研究团队分析了DSP技术的特点，并讨论了DSP在微机保护中的应用，特别是运用DSP的采样、滤波、数据处理等处理过程。
接下来，本文提出了一种基于DSP的保护算法，该算法通过比较系统参数，在发生故障时及时发出保护信号。
本文还将讨论使用DSP进行微机保护算法研究的实验结果，以验证算法的有效性。
关键词：数字信号处理（DSP），微机保护，保护算法正文：1. 简介：近年来，随着信息技术的发展，微机已经广泛应用于工业控制及自动化领域。
然而，微机也受到许多故障的威胁，如硬件故障、温度变化、过载等，可能导致微机失效，给当地经济发展带来负面影响。
因此，研究微机保护技术显得尤为重要。
2. DSP技术：数字信号处理技术（DSP）是一种采用数字信号处理方式来进行信号处理的技术。
它主要利用数字信号的采样、滤波、数据处理等处理过程，可以有效地监控微机的系统参数，实时检测微机的故障，以便采取必要的保护措施。
3. 基于DSP的保护算法：本文提出了一种基于DSP的保护算法，该算法利用系统参数进行比较，针对系统参数变化，及时发出保护信号。
这种算法对重要参数及时进行监测，能够及时检测微机故障，及时采取预防措施，有效保护微机，以减少故障发生率。
4. 实验结果：本文利用实验测试了基于DSP的保护算法。
实验结果表明，该算法能够有效地检测微机故障并及时采取保护措施，可以有效改善微机的运行状况，从而实现微机的安全运行。
5. 总结：综上所述，基于数字信号处理技术的微机保护算法具有较高的实用性和可靠性，在微机安全运行方面具有重要作用。
6. 未来工作：本文的研究仅涉及DSP技术在微机保护中的应用，仍有许多其他技术措施可供研究。
下一步的研究可以从以下方面进行：首先，基于不同DSP系统，探索更有效的保护算法；其次，运用深度学习和机器学习技术改进算法，提升微机保护的准确率；最后，利用人工智能技术开发自动化的微机保护控制系统，构建完整保护网络，以更好地保护微机安全运行。
变电站微机保护的仿真实现
数 较 少 ， 代时 间较 长 。潮 流 计算 模 块 的主 要 作 用 迭 是 对该 系统进 行稳 态 分 析 计算 ， 计 算 所 得 的 电压 将
１ 系统总体设计
该微机保护仿真系统 以图形界面和数据库为基 础， 通过图形界面可以完成所有功能的实现 ， 并通过 数据库读取和存储信息 ， 使用户可以非 常便捷地使 用系统的各项功能 ， 也保证 了仿真数据 的安全性和
第２ ７卷
第 ３期
甘肃 科技
Ｇａ ｕ Ｓｃｅ ｃ ｎｄ Ｔｅ ｈｎ １ ｎｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｃ ｏ
２ Ｎｏ ３ ７ ．
２１ ０ １年 ２月
Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０ １
变 电 站 微 机 保 护 的 仿 真 实 现
丁 霞梅
（ 兰州 交通大学 自动化 与电气工程学 院， 肃 兰州 ７ ０ ７ ） 甘 ３０ ０ 摘 要 ： 出了一种基于面 向对象技术 的变 电站 微机 保护仿 真系统 的实 现思想 和设计 方法。采用 了模块化 的设计 提
关键 词 ： 微机保 护 ； 图形界 面； 面向对象技术 中图分 类号 ：Ｐ １ Ｔ ３１
电力 系统 的安 全运行 在 当今社 会 中具有 十分 重 要 的作用 … ， 障停 电将 会 造 成 巨 大 的 经 济 损 失 。 故 微机 保护 是 电力 系统 的重 要组 成部 分 。 由于 电力 系
析带来 了很 大 的 困难 ， 而使 得 电力 系统 故 障分 析 从
态显示保护的动作信息。系统总体结构框图如图 １
所示。
数 据库管理平台
０
图形界面
和微机保护仿真显得特别重要 ， 因而得到了广Βιβλιοθήκη 的 应用。 Ｔ－
微 机 保 护仿 真 是 变 电站仿 真 的重 要 组成 部 分 ，
１ 系统总体设计
该微机保护仿真系统 以图形界面和数据库为基 础， 通过图形界面可以完成所有功能的实现 ， 并通过 数据库读取和存储信息 ， 使用户可以非 常便捷地使 用系统的各项功能 ， 也保证 了仿真数据 的安全性和
第２ ７卷
第 ３期
甘肃 科技
Ｇａ ｕ Ｓｃｅ ｃ ｎｄ Ｔｅ ｈｎ １ ｎｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｃ ｏ
２ Ｎｏ ３ ７ ．
２１ ０ １年 ２月
Ｆ ｂ ２ １ ｅ． ０ １
变 电 站 微 机 保 护 的 仿 真 实 现
丁 霞梅
（ 兰州 交通大学 自动化 与电气工程学 院， 肃 兰州 ７ ０ ７ ） 甘 ３０ ０ 摘 要 ： 出了一种基于面 向对象技术 的变 电站 微机 保护仿 真系统 的实 现思想 和设计 方法。采用 了模块化 的设计 提
关键 词 ： 微机保 护 ； 图形界 面； 面向对象技术 中图分 类号 ：Ｐ １ Ｔ ３１
电力 系统 的安 全运行 在 当今社 会 中具有 十分 重 要 的作用 … ， 障停 电将 会 造 成 巨 大 的 经 济 损 失 。 故 微机 保护 是 电力 系统 的重 要组 成部 分 。 由于 电力 系
析带来 了很 大 的 困难 ， 而使 得 电力 系统 故 障分 析 从
态显示保护的动作信息。系统总体结构框图如图 １
所示。
数 据库管理平台
０
图形界面
和微机保护仿真显得特别重要 ， 因而得到了广Βιβλιοθήκη 的 应用。 Ｔ－
微 机 保 护仿 真 是 变 电站仿 真 的重 要 组成 部 分 ，
微机保护算法仿真研究
２ ０ ０ Ｏ Ｏ ０ ．１ ．２ ｏ ｏ Ｏ ｏ ０ ．ｌ ．２
篓印 善柏
２ ０
２ 微机保 护 的硬件 装置
微机保护的硬 件装置 主要 由数据 采集 系统 、 算主机 系统 、 计 开关量 Ｉ０系统三部分组成 。其中 ， ／ 数据采集 系统 的功能 是将线 路上的模拟量经过 硬 件装 置 的转 换 ， 其成 为数 字 量进 入计 算 使
３ 微 机保 护的数 字滤 波
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
它们 根据傅里叶级数计 数字滤波器在微 机保护 中应用 广泛 。由于 电力 系统故 障期 的有 全波傅里 叶算 法和半波傅里 叶算 法 ， 算出信 号的有效值 。为 了考查傅里 叶算法 的滤波性 能 ， 使用 四个 间， 线路中的信号往往 不是单 纯 的基频信 号 ， 一般在 基频信 号 的
１ —
１ ｉ ｔ ＝ ３ ｓ （ ）＋５ｉ（ ｗｔ 一４ｉ（ ｗｔ ）＋２ｉ ） （ ） ６ｉ ｗｔ ｎ ｓ ２ ） ｓ ３ ＋ ｎ ｎ ｓ ｎ
Ｊ
（ ｗｔ ＋６ ５ ） ；
数字滤波器的实质是对 基频信 号最 大限度 保 留的同 时对特
传递 函数表示 。常用 的数字滤 波器有 加法滤 波器 、 减法 滤波器 、 积分滤波器以及 由多种基本滤波器 串联组成 的级联 滤波器 ， 它们
微 机 保 护 算 法 仿 真 研 究
刘 华
摘 要： 针对微机保护的硬件装置及数 字滤 波作 了阐述 ， 就工 程 中常用的微机保护算法从原理层 面进行 了分析 ， 并通过 算例模型对算法的性能进行 了仿 真研 究， 对微机保 护的发展 具有重大意义 。 关键词 ： 微机保护 ， 微机保 护算法， 数字滤波， 微机保护仿真
， ’一
２ （ ＝２－ －６ （ ）５ （＿一ｓ（ｅ 譬） ） ￡ １ Ｉ ｓ ｚ ＋ｓ ２￣ ４ ３￣ ） ｅ － ｉ ａ ｉ ｖ） ｉ ｚ＋ ＋ ３ｎ ｎ ｎ
篓印 善柏
２ ０
２ 微机保 护 的硬件 装置
微机保护的硬 件装置 主要 由数据 采集 系统 、 算主机 系统 、 计 开关量 Ｉ０系统三部分组成 。其中 ， ／ 数据采集 系统 的功能 是将线 路上的模拟量经过 硬 件装 置 的转 换 ， 其成 为数 字 量进 入计 算 使
３ 微 机保 护的数 字滤 波
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
它们 根据傅里叶级数计 数字滤波器在微 机保护 中应用 广泛 。由于 电力 系统故 障期 的有 全波傅里 叶算 法和半波傅里 叶算 法 ， 算出信 号的有效值 。为 了考查傅里 叶算法 的滤波性 能 ， 使用 四个 间， 线路中的信号往往 不是单 纯 的基频信 号 ， 一般在 基频信 号 的
１ —
１ ｉ ｔ ＝ ３ ｓ （ ）＋５ｉ（ ｗｔ 一４ｉ（ ｗｔ ）＋２ｉ ） （ ） ６ｉ ｗｔ ｎ ｓ ２ ） ｓ ３ ＋ ｎ ｎ ｓ ｎ
Ｊ
（ ｗｔ ＋６ ５ ） ；
数字滤波器的实质是对 基频信 号最 大限度 保 留的同 时对特
传递 函数表示 。常用 的数字滤 波器有 加法滤 波器 、 减法 滤波器 、 积分滤波器以及 由多种基本滤波器 串联组成 的级联 滤波器 ， 它们
微 机 保 护 算 法 仿 真 研 究
刘 华
摘 要： 针对微机保护的硬件装置及数 字滤 波作 了阐述 ， 就工 程 中常用的微机保护算法从原理层 面进行 了分析 ， 并通过 算例模型对算法的性能进行 了仿 真研 究， 对微机保 护的发展 具有重大意义 。 关键词 ： 微机保护 ， 微机保 护算法， 数字滤波， 微机保护仿真
， ’一
２ （ ＝２－ －６ （ ）５ （＿一ｓ（ｅ 譬） ） ￡ １ Ｉ ｓ ｚ ＋ｓ ２￣ ４ ３￣ ） ｅ － ｉ ａ ｉ ｖ） ｉ ｚ＋ ＋ ３ｎ ｎ ｎ
微机保护算法仿真示例
a2=1;b2=[ones(1,32)];
%设置积分滤波单元的传递函数系数 k=31
a3=1;b3=[ones(1,48)];
%设置积分滤波单元的传递函数系数 k=47 重新运行m文件，结果如下： （参考c4e2.m）
滤波效果比较
原始输入信号
y0=sin(2*pi*f0*t)+0.5*sin(2*2*pi*f0*t)+0.5* sin(3*2*pi*f0*t)+0.3*sin(4*2*pi*f0*t)+0.3* sin(5*2*pi*f0*t);
Figure %级联差分、积分滤波器幅频特性 subplot(221);plot(f,H11); xlabel('f/Hz');ylabel('H1'); subplot(223);plot(f,H22); xlabel('f/Hz');ylabel('H2'); subplot(222);plot(f,HH); xlabel('f/Hz');ylabel('H'); subplot(224);plot(f,20*log10(HH+10e-10)); axis([0,fs/2,-60,0]);xlabel('f/Hz)');ylabel('H/dB');
m=3 阶次 : k=N/m–1=31
考虑积分滤波单元2消除l•2 次谐波的影响:
m=2 阶次 : k=N/m – 1=47
H2 (z) =（1 – Z–31) （1 – Z–47) / （1 – Z–1) 2
仿真m文件作以下修改： N=96;f0=50;fs=N*f0; a1=1;b1=[1 zeros(1,23) -1]; %设置差分滤波单元的传递函数系数 k=24
%设置积分滤波单元的传递函数系数 k=31
a3=1;b3=[ones(1,48)];
%设置积分滤波单元的传递函数系数 k=47 重新运行m文件，结果如下： （参考c4e2.m）
滤波效果比较
原始输入信号
y0=sin(2*pi*f0*t)+0.5*sin(2*2*pi*f0*t)+0.5* sin(3*2*pi*f0*t)+0.3*sin(4*2*pi*f0*t)+0.3* sin(5*2*pi*f0*t);
Figure %级联差分、积分滤波器幅频特性 subplot(221);plot(f,H11); xlabel('f/Hz');ylabel('H1'); subplot(223);plot(f,H22); xlabel('f/Hz');ylabel('H2'); subplot(222);plot(f,HH); xlabel('f/Hz');ylabel('H'); subplot(224);plot(f,20*log10(HH+10e-10)); axis([0,fs/2,-60,0]);xlabel('f/Hz)');ylabel('H/dB');
m=3 阶次 : k=N/m–1=31
考虑积分滤波单元2消除l•2 次谐波的影响:
m=2 阶次 : k=N/m – 1=47
H2 (z) =（1 – Z–31) （1 – Z–47) / （1 – Z–1) 2
仿真m文件作以下修改： N=96;f0=50;fs=N*f0; a1=1;b1=[1 zeros(1,23) -1]; %设置差分滤波单元的传递函数系数 k=24
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图3输电线路R-L模型
当线路中某点发生故障，可用微分方程表示
（2-1）
R和L为未知数，令 ， 为第i时刻的算子。在时刻 、 有等式：
（2-2）
将（2-2）式写成线性方程组：
（2-3）
计算中,可采用采样值差分法求出导数,然后求解L1和R1。
三相故障模块被设置为AB两相接地短路故障，暂态仿真时间为0.1s开始故障，0.2s结束故障，采样时间间隔为 ，即每工频周期采样12点（对应工频频率为50Hz）。保存到文件模块采样时间参数与三相故障模块采样时间参数相同。完成电力系统暂态仿真模型的实际仿真后，得到仿真数据文件ab1.mat。
T=0.02;N=round((x*T)/(tmax-tmin));
m=k(:,2:7);
va=m(:,1);vb=m(:,2);vc=m(:,3);
ia=m(:,4);ib=m(:,5);ic=m(:,6);
i=(ia-ib);v=(va-vb);
%Tukey低通滤波
a=1;b=[0 1 3 4 3 1 0];
附：ab1.m
close all
load xiti1.mat;
k=m’%将m阵转置
t=k(:,1);
va=k(:,2);vb=k(:,3);vc=k(:,4);%分别提取k阵的第2,3,4列
ia=k(:,5);ib=k(:,6);ic=k(:,7);%分别提取k阵的第5,6,7列
figure
subplot(211);%绘制三相的电压波形
经仿真计算，结果如下表所示
表二两相接地短路时仿真计算结果表
计算结果
计算值/
实际值/
相对误差/%
R
2.4066
1.273
89.05
L
28.4932
29.32
2.81
表三仿真误差分析表
算法类型
R/
X/
仿真值/
误差/%
仿真值/
误差/%
未经滤波器
2.0593
61.77
26.5711
9.31
经滤波器
2.4066
%R0=0.1273/km,L0=0.9337mh/km
%X0=2*pi*f*L0=0.293/km；
%L=100kM；Zk=[(R0+jX0)*100]=1.273+j29.3
Tukey低通滤波器具有较短的暂态时延，所以在微机距离保护中得到了应用。其设计过程如下：
（1）Tukey模拟低通滤波器的冲击响应为
（2-4）
（2-5）
用序量表示的边界条件为
（2-6）
得 (2-7)
因为 ,由（1-2）式得
（2-8）
且 ,将（1-4）式代入（1-5）式中可化简为
（2-9）
以C相为参考量，由（2-7）可知正序和负序是并联的，（2-9）得零序和 串联，故K点AB相接地短路复合序网如图6所示
图6 K点AB相接地短路等效复合序网
i1=filter(b,a,i)/4;
v1=filter(b,a,v)/4;
i=i1;v=v1;
%R-L模型算法
[a,b]=size(i);
i1=[0
i(1:a-1)];
i2=[0
0
i(1:a-2)];
v1=[0
v(1:a-1)];
v2=[0
0
v(1:a-2)];
r=((i-i1).*(v1+v2)-(v+v1).*(i1-i2))./((i-i1).*(i1+i2)-(i+i1).*(i1-i2));
图8 MATLAB模型图
2.31绘制M端电压电流曲线
图9基于MATLAB仿真电流电压波形图
从图9中可以看出该系统在第0.1秒时发生故障，B相C相电流电压波动较大，且并无明显衰减趋势，可粗略判断是BC相发生故障。下面做具体分析:
图10 BC两相短路示意图
图10中，BC两相短路。边界条件为：
(2-14)
2.21绘制M端电压电流曲线
图4基于MATLAB仿真电流电压波形图
从图4中可以看出该系统在第0.1秒时发生故障，A相B相电流电压波动较大，且并无明显衰减趋势，可粗略判断是AB相发生故障，过渡电阻很小。下面做具体分析：
图5 AB两相接地短路示意图
图5中， 为接地过渡电阻，仿真中设为金属性短路。边界条件为
%R0=0.1273/km,L0=0.9337mh/km
%X0=2*pi*f*L0=0.293/km；
%L=100kM；Zk=[(R0+jX0)*100]=12.73+j29.3
2.3富氏算法综合仿真
三相故障模块被设置为距N母线100km处发生BC相间短路故障，暂态仿真时间为0.1s开始故障，0.2s结束故障，采样时间间隔为 ，即每工频周期采样12点（对应工频频率为50Hz）。保存到文件模块采样时间参数与三相故障模块采样时间参数相同。
k=m';
t0=k(:,1);t=t0;tmax=max(t);tmin=min(t);
[x y]=size(k);
T=0.02;N=round((x*T)/(tmax-tmin));
m=k(:,2:7); %提取矩阵k第2列到第7列元素
va=m(:,1);vb=m(:,2);vc=m(:,3);
ia=m(:,4);ib=m(:,5);ic=m(:,6);
i=(ia-ib);v=(va-vb);
%R-L模型算法（微分方程算法）
[a,b]=size(i);
i1=[0
i(1:a-1)];
i2=[0
0
i(1:a-2)];
v1=[0
v(1:a-1)];
v2=[0
0
v(1:a-2)];
r=((i-i1).*(v1+v2)-(v+v1).*(i1-i2))./((i-i1).*(i1+i2)-(i+i1).*(i1-i2));
t=m1(:,1);r=m1(:,2);x=m1(:,3);
figure
subplot(221);
plot(t,r,'k-o');
ylabel('r(t)');
subplot(223);
plot(t,x,'k-o');
ylabel('x(t)'); xlabel('t/ms');
subplot(222);
用序分量表示为
(2-15)
由序分量（2-15）式可知，两相短路是没有零序电流出现的，所以复合序网没有零序网络。
图11 K点BC相间短路等效复合序网
附：xiti21.m
clear
load xiti2.mat;
k=m';
t=k(:,1);
va=k(:,2);vb=k(:,3);vc=k(:,4);%分别提取k阵的第2,3,4列
plot(t,va,'r',t,vb,'b',t,vc,'g');
xlabel('t/ms');ylabel('v/V');legend('va','vb','vc');
subplot(212);%绘制三相的电压波形
plot(t,ia,'r',t,ib,'b',t,ic,'g');
xlabel('t/ms');ylabel('i/A');legend('ia','ib','ic')
微机保护算法综合仿真
尹慧阳
第一节概述
微机保护算法是微机保护研究的重点,微机保护不同功能的实现,主要依靠其软件算法完成。微机保护的一个基本问题便是寻找适当的算法,使运算结果的精度能满足工程要求并尽量减少计算所耗的机时。而利用MATLAB软件包进行电力系统故障仿真、数字滤波器设计及微机保护算法仿真则非常简单。例如，MATLAB 7.0软件包自带电力系统电磁暂态仿真程序，即电力系统工具箱SimPowerSystems，利用它完成电力系统故障暂态仿真后，进行微机保护算法综合仿真时可以直接调用暂态故障电流电压仿真数据。
89.05
28.4932
2.81
经波形和数据比较，经过Turkey数字滤波器后，电抗误差明显降低，电阻误差上升。
附：AB3.m
clear
close all
load xiti1.mat;
k=m';
t0=k(:,1);t=t0;tmax=max(t);tmin=min(t);
[x y]=size(k);
利用MATLAB7.0POWERLIB工具箱搭建模型，见图2.
图2 MATLAB模型图
三相故障模块中的暂态仿真时间被设置为0.1s开始故障，0.2s结束故障，因此在电力系统暂态仿真模型窗口的Simulink菜单下的Simulation Parameters中可设置仿真开始时间为0s，仿真结束时间为0.2s，即0~0.1s时间段为仿真系统正常运行阶段，0.1~0.2s时间段为仿真系统故障阶段。
仿真操作既可在MATLAB命令窗口中运行相应的仿真命令完成，也可以直接在电力系统暂态仿真模型窗口执行Simulation菜单下的Start命令完成。更简单的方法是，在暂态仿真模型窗口执行工具条上的图标 完成电力系统暂态仿真模型的仿真。
2.2R - L模型解微分方程算法
当忽略线路的分布电容时,从故障点到保护安装处的线路可用一个电阻R1和电感L1的串联电路来近似。见图3
plot(t,r,'k-o'); ylabel('r(t)');
当线路中某点发生故障，可用微分方程表示
（2-1）
R和L为未知数，令 ， 为第i时刻的算子。在时刻 、 有等式：
（2-2）
将（2-2）式写成线性方程组：
（2-3）
计算中,可采用采样值差分法求出导数,然后求解L1和R1。
三相故障模块被设置为AB两相接地短路故障，暂态仿真时间为0.1s开始故障，0.2s结束故障，采样时间间隔为 ，即每工频周期采样12点（对应工频频率为50Hz）。保存到文件模块采样时间参数与三相故障模块采样时间参数相同。完成电力系统暂态仿真模型的实际仿真后，得到仿真数据文件ab1.mat。
T=0.02;N=round((x*T)/(tmax-tmin));
m=k(:,2:7);
va=m(:,1);vb=m(:,2);vc=m(:,3);
ia=m(:,4);ib=m(:,5);ic=m(:,6);
i=(ia-ib);v=(va-vb);
%Tukey低通滤波
a=1;b=[0 1 3 4 3 1 0];
附：ab1.m
close all
load xiti1.mat;
k=m’%将m阵转置
t=k(:,1);
va=k(:,2);vb=k(:,3);vc=k(:,4);%分别提取k阵的第2,3,4列
ia=k(:,5);ib=k(:,6);ic=k(:,7);%分别提取k阵的第5,6,7列
figure
subplot(211);%绘制三相的电压波形
经仿真计算，结果如下表所示
表二两相接地短路时仿真计算结果表
计算结果
计算值/
实际值/
相对误差/%
R
2.4066
1.273
89.05
L
28.4932
29.32
2.81
表三仿真误差分析表
算法类型
R/
X/
仿真值/
误差/%
仿真值/
误差/%
未经滤波器
2.0593
61.77
26.5711
9.31
经滤波器
2.4066
%R0=0.1273/km,L0=0.9337mh/km
%X0=2*pi*f*L0=0.293/km；
%L=100kM；Zk=[(R0+jX0)*100]=1.273+j29.3
Tukey低通滤波器具有较短的暂态时延，所以在微机距离保护中得到了应用。其设计过程如下：
（1）Tukey模拟低通滤波器的冲击响应为
（2-4）
（2-5）
用序量表示的边界条件为
（2-6）
得 (2-7)
因为 ,由（1-2）式得
（2-8）
且 ,将（1-4）式代入（1-5）式中可化简为
（2-9）
以C相为参考量，由（2-7）可知正序和负序是并联的，（2-9）得零序和 串联，故K点AB相接地短路复合序网如图6所示
图6 K点AB相接地短路等效复合序网
i1=filter(b,a,i)/4;
v1=filter(b,a,v)/4;
i=i1;v=v1;
%R-L模型算法
[a,b]=size(i);
i1=[0
i(1:a-1)];
i2=[0
0
i(1:a-2)];
v1=[0
v(1:a-1)];
v2=[0
0
v(1:a-2)];
r=((i-i1).*(v1+v2)-(v+v1).*(i1-i2))./((i-i1).*(i1+i2)-(i+i1).*(i1-i2));
图8 MATLAB模型图
2.31绘制M端电压电流曲线
图9基于MATLAB仿真电流电压波形图
从图9中可以看出该系统在第0.1秒时发生故障，B相C相电流电压波动较大，且并无明显衰减趋势，可粗略判断是BC相发生故障。下面做具体分析:
图10 BC两相短路示意图
图10中，BC两相短路。边界条件为：
(2-14)
2.21绘制M端电压电流曲线
图4基于MATLAB仿真电流电压波形图
从图4中可以看出该系统在第0.1秒时发生故障，A相B相电流电压波动较大，且并无明显衰减趋势，可粗略判断是AB相发生故障，过渡电阻很小。下面做具体分析：
图5 AB两相接地短路示意图
图5中， 为接地过渡电阻，仿真中设为金属性短路。边界条件为
%R0=0.1273/km,L0=0.9337mh/km
%X0=2*pi*f*L0=0.293/km；
%L=100kM；Zk=[(R0+jX0)*100]=12.73+j29.3
2.3富氏算法综合仿真
三相故障模块被设置为距N母线100km处发生BC相间短路故障，暂态仿真时间为0.1s开始故障，0.2s结束故障，采样时间间隔为 ，即每工频周期采样12点（对应工频频率为50Hz）。保存到文件模块采样时间参数与三相故障模块采样时间参数相同。
k=m';
t0=k(:,1);t=t0;tmax=max(t);tmin=min(t);
[x y]=size(k);
T=0.02;N=round((x*T)/(tmax-tmin));
m=k(:,2:7); %提取矩阵k第2列到第7列元素
va=m(:,1);vb=m(:,2);vc=m(:,3);
ia=m(:,4);ib=m(:,5);ic=m(:,6);
i=(ia-ib);v=(va-vb);
%R-L模型算法（微分方程算法）
[a,b]=size(i);
i1=[0
i(1:a-1)];
i2=[0
0
i(1:a-2)];
v1=[0
v(1:a-1)];
v2=[0
0
v(1:a-2)];
r=((i-i1).*(v1+v2)-(v+v1).*(i1-i2))./((i-i1).*(i1+i2)-(i+i1).*(i1-i2));
t=m1(:,1);r=m1(:,2);x=m1(:,3);
figure
subplot(221);
plot(t,r,'k-o');
ylabel('r(t)');
subplot(223);
plot(t,x,'k-o');
ylabel('x(t)'); xlabel('t/ms');
subplot(222);
用序分量表示为
(2-15)
由序分量（2-15）式可知，两相短路是没有零序电流出现的，所以复合序网没有零序网络。
图11 K点BC相间短路等效复合序网
附：xiti21.m
clear
load xiti2.mat;
k=m';
t=k(:,1);
va=k(:,2);vb=k(:,3);vc=k(:,4);%分别提取k阵的第2,3,4列
plot(t,va,'r',t,vb,'b',t,vc,'g');
xlabel('t/ms');ylabel('v/V');legend('va','vb','vc');
subplot(212);%绘制三相的电压波形
plot(t,ia,'r',t,ib,'b',t,ic,'g');
xlabel('t/ms');ylabel('i/A');legend('ia','ib','ic')
微机保护算法综合仿真
尹慧阳
第一节概述
微机保护算法是微机保护研究的重点,微机保护不同功能的实现,主要依靠其软件算法完成。微机保护的一个基本问题便是寻找适当的算法,使运算结果的精度能满足工程要求并尽量减少计算所耗的机时。而利用MATLAB软件包进行电力系统故障仿真、数字滤波器设计及微机保护算法仿真则非常简单。例如，MATLAB 7.0软件包自带电力系统电磁暂态仿真程序，即电力系统工具箱SimPowerSystems，利用它完成电力系统故障暂态仿真后，进行微机保护算法综合仿真时可以直接调用暂态故障电流电压仿真数据。
89.05
28.4932
2.81
经波形和数据比较，经过Turkey数字滤波器后，电抗误差明显降低，电阻误差上升。
附：AB3.m
clear
close all
load xiti1.mat;
k=m';
t0=k(:,1);t=t0;tmax=max(t);tmin=min(t);
[x y]=size(k);
利用MATLAB7.0POWERLIB工具箱搭建模型，见图2.
图2 MATLAB模型图
三相故障模块中的暂态仿真时间被设置为0.1s开始故障，0.2s结束故障，因此在电力系统暂态仿真模型窗口的Simulink菜单下的Simulation Parameters中可设置仿真开始时间为0s，仿真结束时间为0.2s，即0~0.1s时间段为仿真系统正常运行阶段，0.1~0.2s时间段为仿真系统故障阶段。
仿真操作既可在MATLAB命令窗口中运行相应的仿真命令完成，也可以直接在电力系统暂态仿真模型窗口执行Simulation菜单下的Start命令完成。更简单的方法是，在暂态仿真模型窗口执行工具条上的图标 完成电力系统暂态仿真模型的仿真。
2.2R - L模型解微分方程算法
当忽略线路的分布电容时,从故障点到保护安装处的线路可用一个电阻R1和电感L1的串联电路来近似。见图3
plot(t,r,'k-o'); ylabel('r(t)');