傳統(tǒng)的繼電保護(hù)專業(yè)性很強(qiáng)，并以“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作、定期檢驗(yàn)”為其特征，很少觸及到裝置或系統(tǒng)的經(jīng)常自檢、遠(yuǎn)方監(jiān)控、信息共享、動(dòng)態(tài)修改定值的自適應(yīng)等問(wèn)題。
當(dāng)代繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，正在從傳統(tǒng)的模擬式、數(shù)字式探索著進(jìn)入信息技術(shù)(IT)領(lǐng)域，從而導(dǎo)致了上述傳統(tǒng)格局的變化。由于繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中所處的重要地位，這樣的發(fā)展必然是漸進(jìn)的。
當(dāng)前，繼電保護(hù)中信息技術(shù)的特征，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1) 自診斷和監(jiān)視報(bào)警；
(2) 遠(yuǎn)方投切和整定；
(3) 信息共享，多種保護(hù)集成；
(4) 促使綜合自動(dòng)化的發(fā)展；
(5) 波形識(shí)別，由穩(wěn)態(tài)發(fā)展到暫態(tài)；
(6) 提供動(dòng)態(tài)修改定值的可能。
1、繼電保護(hù)進(jìn)入IT領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程
繼電保護(hù)進(jìn)入信息技術(shù)領(lǐng)域，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。
早期，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行主要靠“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的各種繼電保護(hù)和自動(dòng)重合閘等當(dāng)?shù)氐淖詣?dòng)裝置來(lái)保證。即使遠(yuǎn)動(dòng)裝置的出現(xiàn)，承擔(dān)了遠(yuǎn)方監(jiān)視調(diào)度的“四遙”功能，甚至實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班變電站和水電站，但上述保證安全運(yùn)行的格局仍未改變。
計(jì)算機(jī)進(jìn)入調(diào)度以后，一度發(fā)生過(guò)計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)兩個(gè)專業(yè)的交叉。在我國(guó)，差不多經(jīng)過(guò)一個(gè)年代的時(shí)間，才在監(jiān)視控制和管理系統(tǒng)SCADA/EMS/DMS的旗幟下，把調(diào)度所內(nèi)的“遠(yuǎn)動(dòng)”和“計(jì)算機(jī)”統(tǒng)一到“自動(dòng)化”上來(lái)。此時(shí)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置功能，不僅巍然不動(dòng)，而且還發(fā)展了“故障測(cè)距”、“故障錄波”等現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)裝置。
但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)格局受到了沖擊，慢慢地發(fā)生了變化。這個(gè)變化，首先是從遠(yuǎn)動(dòng)專業(yè)開始的。
80年代末90年代初，數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致免變送器RTU的問(wèn)世。而免變送器RTU的問(wèn)世，不僅使得隨一次設(shè)備分散布置的分散式RTU很快地發(fā)展起來(lái)，而且還提供了強(qiáng)有力的功能綜合優(yōu)化手段。如電壓、功率和電度的測(cè)量，以前需要通過(guò)三種不同的變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而免變送器的RTU直接從CT、PT采樣電流電壓波形，通過(guò)分析計(jì)算，不僅可以得出電壓、有功無(wú)功功率和有功無(wú)功電度，還可對(duì)基波與諧波進(jìn)行分析，進(jìn)一步計(jì)算出功率因數(shù)、頻率以及零序負(fù)序參數(shù)等的值。在變電站自動(dòng)化中，這種分散布置的RTU模塊通稱為測(cè)量控制單元或I/O單元。
與此同時(shí)，變電站站內(nèi)傳統(tǒng)的各種繼電保護(hù)和重合閘、故障測(cè)距、故障錄波等自動(dòng)裝置，同樣受到DSP的沖擊。直接從CT、PT采樣電流電壓波形，通過(guò)分析計(jì)算，不僅可以對(duì)各種繼電保護(hù)的運(yùn)行值和整定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能。而且，還可和重合閘、故障測(cè)距、故障錄波、小電流接地系統(tǒng)單相接地選線等功能綜合在一起，隨一次設(shè)備分散布置。在變電站自動(dòng)化中，這種分散布置的保護(hù)和自動(dòng)裝置模塊通稱為保護(hù)單元。
I/O單元和保護(hù)單元的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的集中控制的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)除變電站級(jí)的中央單元外，增加了一層由I/O和保護(hù)單元組成的間隔級(jí)（bay level）。因此，I/O和保護(hù)單元有時(shí)也統(tǒng)稱為間隔級(jí)單元。不同的是，I/O單元主要是面向正常運(yùn)行方式，而保護(hù)單元?jiǎng)t是用于故障環(huán)境。因此，兩者對(duì)CT變比的要求是不同的。
中央單元和間隔級(jí)單元之間一般采用光纜連接, 并通過(guò)信息共享實(shí)現(xiàn)諸如“室內(nèi)五防、室外四防”的軟件閉鎖，取代或簡(jiǎn)化傳統(tǒng)上較為復(fù)雜的二次閉鎖回路。此外，中央單元還承擔(dān)少量公用的I/O和管理任務(wù)，如接入對(duì)時(shí)用的全球定位系統(tǒng)(GPS)信息、無(wú)人值班時(shí)的入門監(jiān)視和煙霧報(bào)警，以及和環(huán)網(wǎng)上的FTU配合實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)發(fā)、環(huán)網(wǎng)控制和接地選線等。這樣，通過(guò)高一層次的綜合優(yōu)化，組成了變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)。
由于這種分散式的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)具有節(jié)約投資和安全可靠的特點(diǎn)，在配電到輸電變電站的無(wú)人值班設(shè)計(jì)中，得到了廣泛的應(yīng)用。如1994年10月，華北電力集團(tuán)公司輸變電訪日代表團(tuán)去日本考察的東山梨500 kV變電站、新西廣島500 kV變電站和九州電力公司500kV中央變電站，都是采用分散布置的自動(dòng)化系統(tǒng)。
應(yīng)該看到：由計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)帶動(dòng)的信息化方向，從遠(yuǎn)動(dòng)開始、經(jīng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置，正向傳統(tǒng)的能量計(jì)費(fèi)領(lǐng)域挺進(jìn)。
2、數(shù)字信號(hào)處理DSP技術(shù)的發(fā)展
計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)（含GPS）的發(fā)展，帶動(dòng)了信息產(chǎn)業(yè)，甚至導(dǎo)致信息時(shí)代的到來(lái)，已是人所盡知的了。但對(duì)于電力行業(yè)而言，還不可忽視數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展，特別是DSP對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的影響。沒(méi)有DSP技術(shù)的應(yīng)用，就難以出現(xiàn)象10 kV開關(guān)柜門上集測(cè)量、控制和保護(hù)，甚至電度表計(jì)于一體的綜合自動(dòng)化設(shè)備，500 kV線路上的行波測(cè)距和保護(hù)也將碰到難以克服的困難。
用于交流直接采樣的DSP，理論上并不復(fù)雜，但要作到速度快（至少每周采樣96點(diǎn)，抽樣16點(diǎn)計(jì)算出從基波到2～7各次諧波）、精度高（支持0.2級(jí)能量表計(jì)）、溫濕度范圍大（－40～+85℃，相對(duì)濕度95%），并能通過(guò)各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的抗振、抗干擾、抗腐蝕檢驗(yàn)，就很不容易。這要涉及硬件和軟件兩方面的問(wèn)題。
就硬件而言，除了上面所說(shuō)的采樣速度、采樣精度和環(huán)境條件外，還有兩個(gè)問(wèn)題。一是DSP的實(shí)現(xiàn)是采用分立元件或是集成的DSP芯片，而DSP芯片又有民用品、工業(yè)品和軍用品之分；二是將來(lái)自CT/PT或傳感器的電流/電壓波形信號(hào)送入DSP前的互感器隔離和線性變換。其整體費(fèi)用將隨精度的提高而非直線上升（如一塊進(jìn)口的、能切斷60～80 A電流的1級(jí)單相多功能數(shù)字分時(shí)電度表，含運(yùn)費(fèi)關(guān)稅在內(nèi)每只才300來(lái)元，而0.2級(jí)的三相表就將接近10000元）。電流/電壓的波形信號(hào)采樣完成后，就要由軟件進(jìn)行分析計(jì)算。
軟件分析計(jì)算的速度和精度，主要取決于所采用的分析計(jì)算方法。分析計(jì)算實(shí)際上包括三個(gè)部分：一是對(duì)波形進(jìn)行分析，得出基波和各次諧波；二是根據(jù)電工原理，計(jì)算出基波和各次諧波的電流/電壓值；三是按照部件的功能要求，計(jì)算出所需的電工參數(shù)或繼電保護(hù)的動(dòng)作值。對(duì)波形信號(hào)的分析則是影響分析計(jì)算速度和精度的關(guān)鍵。
當(dāng)前，普遍采用傅立葉變換來(lái)進(jìn)行波形分析。對(duì)于正常運(yùn)行狀態(tài)下的電力系統(tǒng)，主要是對(duì)穩(wěn)態(tài)下的基波和諧波進(jìn)行分析，傅立葉變換顯然是一個(gè)十分有效的工具。這就是為什么DSP技術(shù)首先在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并迅速發(fā)展起來(lái)的原因。但對(duì)面向提取和識(shí)別電力系統(tǒng)故障信息的繼電保護(hù)而言，僅滿足于當(dāng)前利用故障分量中的工頻或穩(wěn)態(tài)分量來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，就將會(huì)在實(shí)現(xiàn)諸如行波和超高速保護(hù)時(shí)，為解決快速動(dòng)作與可靠性的矛盾而碰到困難。因?yàn)椋盗⑷~變換對(duì)建立在反應(yīng)故障暫態(tài)分量基礎(chǔ)上的行波和超高速保護(hù)，已顯得無(wú)能為力。這時(shí)，就要用到80年代末發(fā)現(xiàn)90年代興起的一種稱為小波(wavelet)變換的分析方法。
3、小波變換
傅立葉變換和小波變換的主要差別是：傅立葉變換是把一個(gè)信號(hào)波形分成不同頻率的正弦波之和，而小波變換則是把一個(gè)信號(hào)波形分成不同尺度和位置的小波之和。小波是一個(gè)振蕩波形，最多持續(xù)幾個(gè)周期。但小波各式各樣，而且還會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)新的小波及其函數(shù)。
可見(jiàn)，傅立葉變換是一個(gè)純頻域的分析方法，在時(shí)域上沒(méi)有任何分辨能力。而輸電線路故障后的暫態(tài)行波是一個(gè)突變的信號(hào)，用純頻域的傅立葉變換是難以分析的，它既不能得出暫態(tài)行波到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確時(shí)刻，也不能確定行波的幅度和極性。因此，對(duì)利用故障暫態(tài)行波實(shí)現(xiàn)保護(hù)和故障測(cè)距來(lái)說(shuō)，傅立葉變換可以說(shuō)是無(wú)能為力的。小波變換這個(gè)新的數(shù)學(xué)分支，是數(shù)學(xué)界和信號(hào)分析界在尋求純頻域和純時(shí)域兩者接合的分析方法中，出現(xiàn)的一個(gè)時(shí)頻局部化分析的思想，即同時(shí)提供一個(gè)信號(hào)的時(shí)域和頻域的局部化（持續(xù)幾個(gè)周波）信息。理論和實(shí)踐表明，小波變換是分析非平穩(wěn)變化信號(hào)或突變信號(hào)的最有效的分析方法。
由于小波變換具有良好的時(shí)、頻局部化分析能力，能對(duì)信號(hào)或圖象的任何微小細(xì)節(jié)進(jìn)行分析。如用小波變換對(duì)一個(gè)突變的鋸齒形波進(jìn)行分析，在每秒采樣256次的條件下，可用16個(gè)小波來(lái)表示；如采用傅立葉變換，由于很難分析信號(hào)中間的突變部分，則需用256個(gè)正弦波才行，這就限制了它的實(shí)際應(yīng)用。因此，小波變換是利用故障暫態(tài)行波實(shí)現(xiàn)保護(hù)和故障測(cè)距的最有效的分析方法。盡管小波變換在繼電保護(hù)中的應(yīng)用尚處于起步階段，但已在行波測(cè)距中取得了令人鼓舞的結(jié)果，目前已達(dá)到僅100 m的測(cè)距誤差，顯示出誘人的前景。
4、繼電保護(hù)進(jìn)入IT領(lǐng)域后的幾個(gè)問(wèn)題
當(dāng)前，我國(guó)電力工業(yè)正發(fā)展到一個(gè)重要的歷史階段：國(guó)家電力公司的成立，標(biāo)志著“公司化改組、商業(yè)化運(yùn)營(yíng)、法制化管理”的開始；同時(shí)，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的SCADA/EMS剛站穩(wěn)腳根，城網(wǎng)建設(shè)改造、配電系統(tǒng)自動(dòng)化和電力市場(chǎng)隨之提上了日程；此外，無(wú)人值班變電站自動(dòng)化是否影響安全的擔(dān)心才放下不久，電力市場(chǎng)是否會(huì)沖擊安全的陰影又悄悄襲來(lái)。
在對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)入IT領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程作了如上回顧之后，結(jié)合當(dāng)前形勢(shì)，應(yīng)當(dāng)注意下列發(fā)展中的幾個(gè)問(wèn)題：
(1) 信
