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摘要：讨论了几种测量和保护的算法，并采用了一种改进的傅里叶算法，仿真结果表明，对衰减非周期分量具有一定的抑制作用，使计算误差更小，结果更准确。
关键词：智能断路器；傅里叶；改进；算法
0 前言
绝大部分保护的算法的计算都只是对交流信号中参数的估算，判断各种算法准确性的重要指标为计算的精度、相应时间的长短以及运算量。但是这三者之间却存在着矛盾，因此应根据保护的功能与性能指标的不同，采用不同的算法。
由于在反映工频电气量的通道有滤波环节，导致保护算法都需要时间，因此，在其他条件都相同的情况下，提高算法的计算速度，缩短响应时间，可以有效的提高保护的动作速度。
1 常用电量的计算方法
智能断路器对电量的测量通常是采样被测电压、电流信号，根据采样的结果计算出被测量的当前值，包括监控保护和保护对象的电压有效值、电流有效值、有功功率和无功功率。
2.基本保护的算法
2.1 短路保护
断路器的保护动作值是由基波电流有效值与额定电流之比超过设定阈值来整定的。因此，监控器必须快速的从非正弦的短路电流中提取出基波分量，并求出有效值与额定电流的比值，以此来决定断路器是否应该进行分断操作。提取短路电流的基波分量的方法通常采用基于快速傅里叶变换的傅里叶滤波算法，它能分解并滤除掉其中的非周期分量和高次谐波。
2.2 过载保护
（1）按实际电流有效值计算
由于该种方法在处理电流时不容易实现，因此基本不采用这种方法，在此不再累述。
（2）累计热效应判断
电网中线路和用电负载过载反时限保护的依据是发热（升温）超过极限值。可以理解为，在保证热保护装置散热良好的条件下，温升与其热元件中的电流及通电时间的关系为：
由于电流可能发生波动，所以在计算热量累加值时，应当先判断当前的周期电流有效值是否已经达到过载电流值。这种算法对电流波动的处理比较灵活，断路器的处理速度也比直接有效值的判断方法快。
2.3 瞬动保护
当供电线路和某些用电负载（如电动机）中的电流超过其过载保护特性上的最大电流值时，则要求断路器立即开断，切除故障，这就是瞬动保护，保护特性上相应的电流值就是瞬动电流阈值。对于瞬动保护来说，必然引起操作响应时间的延迟，这在断路器中是不被允许的。下面介绍的“窗口移动”的有效值计算方法，可以在满足实时性的条件下有效的提高抗干扰能力[5]。
把这种算法应用于瞬动保护，每次采样完成后即可计算电流的有效值，跟传统的算法相比，具有更高的实时性，又可避免用峰值电流判断时可能引起噪音干扰所引起的误动作。
2.4 差动保护
差动保护的保护范围是电流互感器边界以内的设备，故障的识别是依据流入和流出保护区各引线端的电流之和来判断，具有很高的反应速度，是电力系统中识别和区分线路区段内外故障及发电机内部故障的重要措施。若保护对象输入和输出侧的电压值相等，则直接由流入和流出的电流之和来判断是否发生故障。
3 提高保护精度的措施
从以上的分析可以看出，智能断路器在完成测量和保护时的计算方法，会导致结果不能满足精度要求的误差，应采取相应的措施。
当电网出现故障时，输入的电压和电流信号中，不仅有保护所需的部分，还会有一部分多余的分量，比如衰减非周期分量和各种高频分量。因此，为了提高计算的精度，要先对电压、电流信号进行预处理，滤除掉多余的分量。采用快速傅里叶变换对谐波进行处理，并计算各次谐波的有效值，来作为判断故障的依据，可以明显的提高断路器动作的可靠性[6-8]。
3.1 改进傅式算法滤除非周期分量
综上对比，可以看出改进算法的误差小于±5%，比传统傅式算法更精确。
4 结束语
改进的傅里叶算法具有很好的稳定性，但是数据窗相对较长，这会导致其响应速度过慢，经过上面的仿真结果分析可以得到下列结论：
（1）与同一故障进行对比，改进傅式算法的结果比传统傅式算法的更精确；
（2）在含有相同故障谐波分量时，衰减非周期分量的初始值越小，衰减时间越长，衰减非周期分量对基波和其他各次谐波的影响越小；
参考文献
[1]罗理鉴．智能变电站一次设备智能化的研究[D]．北京：华北电力大学．2011．22~36
[2]王汝文，宋政湘，张国钢．电器智能化原理及应用[M]．电子工业出版社．2009．
论文作者:周文姝,王云飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/11
标签：电流论文; 算法论文; 有效值论文; 分量论文; 断路器论文; 基波论文; 谐波论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;