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摘要：继电保护装置按期实现技术可分为机电型、整流型、晶体管型、集成电路型保护装置以及数字式保护装置等五大类型。其中前四种是通过模拟电路直接对输入模拟电量或者模拟信号进行处理，被称为模拟式保护装置。数字式模拟装置建立在数字技术基础之上，使得数字式保护具有无可比拟的技术和经济优势，从它诞生之日起就得到快速的发展和广泛的应用。本文介绍数字式保护技术原理方面的基础知识，主要包括硬件原理、数据采集、数字滤波、特征量的算法、保护动作判据的算法以及软件流程方面的内容。
关键词：数字式继电保护；数据采集；数字运算
1、数字式保护装置硬件构成
数字式保护装置的硬件以数字核心部件为中心，围绕着数字核心部件的是各种外围接口部件，下面分别介绍各部件的功能和特点。
1.1数字核心部件
数字式保护装置的数字核心部件实质上是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连城一个系统，实现数据交换和操作控制。继电保护程序在数字核心部件内运行，完成数字信号处理任务，指挥各种外围接口部件运转，从而实现继电保护的原理和各项功能。
1.2模拟量输入（AI）接口部件
继电保护的基本输入电量是模拟性质的信号。一次系统的模拟电量可分为交流电量、直流电量以及各种非电量。他们经过各种电力传感器转变为二次电信号，再由引线端子进入数字式保护装置。这些由电力传感器输入的模拟电信号还要正确的变换成离散化的数字量。这个过程也就是通常所说的数据采集，因此模拟量输入接口部件也称为模拟量数据采集部件或数据采集系统，简称为AI接口。
1.3开关量输入（DI）接口部件
继电保护装置常常需要确知相关开关量的状态才能正确地动作，外部设备一般通过其辅助继电器触点的“闭合”与“断开”来提供开关量状态信号。由于开关量状态正好对应二进制数字的“1”或“0”，所以开关量可作为数字量读入，开关量输入接口简称为DI接口。其作用是为开关量提供输入通道，并在数字保护装置内外之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子线路的安全和减少外部干扰。
1.4开关量输出（DO）接口部件
数字保护装置通过开关量输出的“0”或“1”状态来控制执行回路，因此开关量输出接口简称为DO接口，其作用是为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在数字式保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰。
1.5人机对话接口（MM）部件
人机对话接口简称为MMI，其作用是建立起数字保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。
1.6外部通信接口（CI）部件
外部通信接口简称为CI，其作用是提供与计算机通信网络以及远程通信网的信息通道。CI可分为两大类：一类CI为实现殊保护功能的专用通信接口；另一类CI为通用计算机网络接口。
2、数字式保护的数据采集与数字滤波
2.1数据采集
数字式保护的基本特征是由软件对数字信号进行计算和逻辑处理来实现继电保护的原理，而所依据的电力系统的主要电量却是模拟性质的信号，因此，首先需要通过数字信号采集系统将连续的模拟信号转变为离散的数字信号，这个过程称为离散化。离散化包含了两个过程：第一步为采样过程，第二步为模数变换过程。
2.2数字滤波
目前大多数数字式继电保护是以故障信号中的基频分量或某种整次谐波分量为基础构成。而在实际故障情况下，输入的电流、电压信号中，除了保护所需的有用成分外，还包含有许多无效的“噪声”分量，如衰减直流分量和各种高频分量等。为了消除噪声分量的影响，有两种基本途径：一是首先采用数字滤波器对输入信号采样序列进行滤波，然后再使用算法对滤波后的有效信号进行运算处理；二是设计算法时使其本身具有良好的滤波性能，直接输入信号采样序列进行运算处理。
3、数字运算
数字运算习惯上简称数字算法，其目的是从数字滤波器的输出采样序列或直接从输入采样序列中求取电气信号的特征参数，并且进而实现保护动作判据或动作方程。在数字式保护中算法可分为两大类：一类是特征量算法，用来计算保护所需的各种电气量的特征参数，如交流电流和电压的幅值及相位、功率、阻抗、序分量等；另一类是保护动作判据或动作方程的算法，与具体的保护功能密切相关，并需要利用特征量算法的结果。最后还需要完成各种逻辑处理及时序配合的计算和处理，才能最终实现故障判定。
3.1数字式保护的特征量算法
（1）正弦信号的特征量算法
（2）非正弦信号的特征量算法
（3）移相算法及序分量算法
（4）基于输电线路简化物理模型的阻抗算法
（5）故障分量的算法
3.2数字式保护的基本动作判据的算法
（1）启动判据的算法
（2）相位比较和复制比较判据的算法
（3）功率方向判据的算法
（4）实现距离元件动作特性的算法
（5）电流差动判据的算法
4、数字式保护装置的软件构
数字式保护装置由硬件电路和软件程序共同构成，而保护装置的原理、特性及性能特点更多地由软件来体现，而且数字式保护装置许多特有的优良辅助功能也主要是由软件来实现的。从某种角度上说，软件才真正代表了数字式保护装置的内涵和特点。为同一套硬件配上不同的软件，就能构成不同特性的或者不同功能的保护装置。正是这一优点使数字式保护装置具有超越模拟式保护装置的灵活性、开放性和适应性。
结语
数字式保护装置不仅能够实现其他类型保护装置难以实现的复杂保护原理、提高继电保护性能，而且能提供诸如简化调试及整定、自身工作状态监视、事故记录及分析等高级辅助功能，还可以完成电力自动化要求的各种智能化测量、控制、通信及管理等任务，同时也具有优良的性价比。它代表了现代继电保护发展的方向。
参考文献：
[1]张保会，尹项根，电力系统继电保护[M]，中国电力出版社，2009.11
[2]王士政，电力系统继电保护原理及应用[M]，机械工业出版社，2010.11