主要任務是如何從包含有噪聲分量的輸入信號中，快速、準確地計算出所需要的各種電氣量參數。
衡量各種算法的優缺點：主要指標是：計算精度、響應時間和運算量。
參數計算的準確性關係到裝置的動作行爲是否正確。要消除噪聲分量的影響，提高參數計算的精度主要由以下兩種基本途徑：首先採用性能完善的濾波器對輸入信號進行濾波處理，然後根據濾波後得到的有效信號進行參數計算；其二是將濾波與參數計算算法相融合，通過合理設計，使參數計算算法本身具有良好的濾波性能。在必要的情況下，再輔以其他簡單濾波。
算法的計算速度：1、算法的數據窗長度，即需要採用多少個採樣數據才能計算出所需的參數值；2、算法的計算量，算法越複雜，運算量也越大，在相同的硬件條件下，計算時間也越長。在實際應用中，算法的計算精度與計算速度之間總是相互矛盾的，若要計算結果準確，往往需要利用更多的採樣值，即增大算法的數據窗。因此如何在二者之間取得平衡，是算法研究的關鍵。
保護和監控對算法的不同要求
監控需要計算機得到的是反映正常運行狀態的有功功率P、無功功率Q、電壓U、電流I等物理量，進而計算出功率因數cosφ＝有功功率/視在功率、有功電能量和無功電能量；而繼電保護更關心的是反映故障特徵的量，所以繼電保護中除了要求計算U、I、cosφ等以外，有時還要求計算反映信號特徵的其他一些量，例如頻譜、突變量、負序或零序分量、以及諧波分量等。
其次，監控在算法上的準確上要求更高一些，希望計算出的結果儘可能準確；而繼電保護則更看重算法的速度和靈敏度，必須在故障後儘快反應，以便快速切除故障。
監控算法主要是針對穩態時的信號，而保護算法主要針對故障時的信號。相對於前者，後者含有更嚴重的直流分量及衰減的諧波分量等。
變電站綜合自動化系統常用算法
研究算法的實質是如何在算法速度和精度兩方面進行權衡。
基頻分量的幅值和相位
一、假設輸入爲正弦量的算法
在實際的電力系統中，由於各種不對稱因素及干擾的存在，電流、電壓的波形並不是理想的50HZ正弦波形，而是存在多次諧波，尤其在故障時，還會產生衰減直流分量。但對於一些裝置或設備要求精度不高時，爲了減少計算量，增加計算速度，往往會假設提供給算法的電流、電壓數據爲純正弦波。
1、採樣值積算法
2、半周積分算法 採用積分計算，算法本身對高頻分量有一定的抑制能力，但不能完全消除其影響，所以仍需要與數字濾波器配合使用。
二、周期函數模型算法---傅氏算法
將數字濾波與參數計算合爲一體
假設輸入信號爲一週期性函數信號，即輸入信號彙總除基頻分量外，只包含恆定的直流分量和各種整次諧波分量。
數據窗爲一基頻週期，故也稱爲全周傅氏算法。當輸入信號爲週期性信號時，採用該算法可以準確求出信號中的基頻分量。但在實際故障情況下，故障信號通常不呈週期性變化，對於輸電線路保護，故障暫態信號中的高頻分量與故障點至保護安裝之間的距離有關，也不一定是整次諧波分量，並且這些高頻分量也都是隨時間不短衰減的。因此，採用傅氏算法進行參數計算時仍會產生一定的誤差。
對高頻分量的濾波能力相當強。而對於低頻分量（主要由衰減的非週期分量產生），算法的濾波效果相對較差。
傅氏算法由於原理簡單，計算精度高，因此廣泛應用，主要問題是數據窗較長，需要用一週期數據才能完成參數計算，從而降低了微機裝置動作速度。通過實時調整算法的數據窗的長度來滿足對參數計算精度和計算速度的不同要求。對於近區故障，可採用短數據窗算法，以加快保護的動作速度；對於保護末端附近的故障，則通過延長算法的數據窗長度來提高參數計算的準確性。
誤差主要來自離散化代替積分運算。採用補償方法和擬合的方法可以使計算值與實際系統的運行值較接近。這是由於衰減型直流分量雖說不是周期函數，但這一假定仍屬於精確模型，可以補償因其存在所產生的誤差。電力系統實驗表明，在中壓和低壓網絡以及輸電距離較短的高壓網絡上，輸電線路發生短路故障時，上述對電壓和電流的組成分量的假設基本成立。但對於超高壓輸電線路，在輸電距離較長的線路上發生短路故障時，或者輸電線路上有並聯電容補償的線路發生短路故障時，故障的電壓和電流信號中，將會出現一些非整數倍數的高頻分量，這些非整數倍頻的高頻分量的頻率和幅值大小都是隨機的。針對這一問題，提出一些隨機模型算法。
三、隨機函數模型法
最小二乘法是誤差分析理論中的一個重要的方法。解決算法中的隨機誤差的問題。基本原理是將數據採集系統輸入的暫態電氣量與一個預先設計好的含有非週期分量和某些諧波分量的函數按最小二乘法原理進行擬合。從中求出輸入信號中所包含的基頻分量和各種諧波分量的幅值和幅角，爲自動化裝置提供動作依據。應用時，需要顧及到精度和速度兩方面合理的折衷，否則可能造成精度雖然高，但響應速度太慢，計算量太大等不可取的局面。
四、解微分方程算法
僅用於計算阻抗。實際是解二元一次代數方程。R-L串聯模擬法。忽略了輸電線路的分佈電容。由此帶來的誤差只要用一個低通濾波器預先濾除電壓和電流中的高頻分量就可以基本消除。因爲分佈電容的容抗只有對高頻分量纔是不可忽略的。
一條具有分佈參數的輸電線路，在短路時保護裝置所感受到的阻抗爲：Z(f) = Zc1th(rd) 式中Zc1輸電線路的正序波阻抗；r每公里的正序傳輸常數；d短路點到保護安裝處的距離，km。在rd較小時，th(rd)約等於rd，簡化成Z(f)約等於R1+jwL1。說明只要簡化條件成立，則在相當寬的一個頻率範圍內，忽略分佈電容是容許的。
解微分方程算法可以不必濾除非週期分量，因而算法數據窗較短，且不受電網頻率變化的影響。但若和低通濾波器配合使用，將受信號中噪聲影響比較大。？？？這句話應該是需要低通濾波器
五、基於繼電器動作特性的採樣值算法
1、功率方向元件的算法
過電流保護、距離保護等得到廣泛應用。在區別正方向故障和反方向故障中起着重要作用。
（轉載）如果是帶方向的保護，正方向故障就是他應該動作的地方故障了。反方向的話就該閉鎖。舉例：
同接於一條母線的兩條線路，線路A和線路B，兩端都有電源的線路。線路A故障後，母線上的所有線路均有短路電流流過，通過母線流向線路A，這是，線路A的保護就檢測出是正方向故障，因爲電流方向是從母線經過斷路器流向線路，斷路器應該動作跳閘，切除故障。
其他線路的斷路器也會流過故障電流，不過方向是從線路流向母線再流向線路A，方向是反的，所以保護可以檢測出不是本線路故障，不應該跳閘。
保護反方向一個意思。
對於正弦交流電路，電源提供的有功功率P = UIcosφ
當電壓和電流之間的相角之差在-90~90°之間時，有功功率是正值。在相角爲90~270°，P爲負值，根據功率的方向，可以判斷故障時輸電線路的正方向故障還是反方向故障。對於提高輸電線路繼電保護裝置的選擇性和靈敏度具有重要意義。
如果採用電壓和電流在三個不同時刻且等採樣間隔的採樣值的乘積之和（或差）來計算有功功率時，能有效克服系統頻率的變化對計算結果的影響。
通過調整電壓和電流之間的採樣間隔，很容易改變功率方向元件的動作區域，實現具有不同動作特性的功率方向元件。但同時，間隔越大，算法所需要的數據窗越長，將影響功率方向元件的動作時間。
2、突變量電流元件的算法
在目前使用的高壓輸電線路的微型機保護中，使用突變量電流元件來啓動微型機繼電保護的故障處理元件，使保護裝置在系統發生故障時，把保護的工作軟件程序轉移到故障處理部分，經過分析和計算來決定微型機繼電保護裝置是否動作。
1）啓動元件算法
在高壓輸電線路的微型機繼電保護裝置中採用兩相電流差的突變量作爲啓動元件DI1。啓動元件反映了故障電流突變量。
利用兩相電流差即線電流突變量啓動方法有以下好處：
提高了啓動元件對於各相間故障動作的靈敏度；
提高了抗工模干擾的能力，即兩相電流差可抵消在兩相的模擬量數據採集通道上的共模干擾。
在系統剛開始發生故障時，啓動元件動作，而在故障發生後，啓動元件不一定動作，即不一定滿足動作條件。
2）非全相運行時，健全相電流差的突變量算法
在高壓輸電線路微機型繼電保護裝置中，稱爲DI2啓動元件，它是判斷系統非全相運行時，健全相是否又發生了故障。
在系統輸電線路發生單相接地故障時，爲了防止系統解列，保護裝置切除了故障線路的故障相，此時故障線路非全相運行，針對健全相可能還會出現發展性故障，微機型繼電保護裝置採取的再次啓動對策是用啓動元件即非全相運行，健全相電流差突變量啓動元件的算法。當線路再次發生發展性故障時，啓動元件可靠地動作，啓動微機型繼電保護的故障處理程序，提高微機型繼電保護動作的可靠性、速動性和選擇性。
（轉載）系統解列：爲了防止系統失步和事故擴大，將完整的電力系統分解爲幾個不再同步運行的獨立系統的一種措施。解列後某些局部系統可能會發生功率不足，頻率和電壓的下降因此需要切除部分負荷，來防止整個系統的穩定遭到破壞。
數字濾波器的原理與應用
直接對輸入信號的離散採樣值進行濾波計算，形成一組新的採樣序列，然後根據新採樣值進行參數計算。故障發生後的最初瞬變過程中，電壓和電流信號由於混有衰減直流分量和複雜的成分而發生嚴重的畸變，目前大多數保護裝置的原理是建立在反映正弦基波或者某些整次諧波基礎之上，所以濾波器一直是繼電保護裝置的關鍵器件。
數字濾波器與模擬濾波器相比：
濾波精度高。通過加大計算機所使用的字長，可以很容易提高濾波精度；
具有高度的靈活性。通過改變濾波算法或某些諧波參數，可靈活調整數字濾波器的濾波特性，易於適應不同應用場合的要求；
穩定性高。模擬器件受環境和溫度的影響較大，而數字系統受這種影響要小得多，因而具有高度的穩定性和可靠性。
便於分時複用。一套數字濾波器可以完成所有通道的濾波任務，並能保證各個通道的濾波性能完全一致。模擬濾波器每個輸入通道都要裝設一個濾波器。
所謂數字濾波器通常是指一種程序或算法，在微機保護子系統中，數字濾波器的運算過程可用係數線性差分方程來描述。
過去的輸出對現在的輸出有直接影響，稱爲遞歸濾波器。數字濾波器的運算結構主要包括遞歸型和非遞歸型兩種基本形式。
數字濾波器的濾波特性通常可用它的頻率響應特徵來表徵，包括幅頻特性和相頻特性。幅頻特性反映的是不同頻率輸入信號經過濾波計算後，引起幅值的變化情況；相頻特性反映的是輸入和輸出信號之間的相位的變化大小。
對大多數的微機保護來說，由於保護原理只用到基頻或某次諧波，因此最關心的是濾波器的幅頻特性，只要參加比相的各量採用相同的濾波器，它們的相對相位總是不變的。
非遞歸型濾波器
最簡單的一種常用的濾波器是所謂的差分（相減）濾波器，輸入信號的直流分量以及頻率爲fm和fm的整次倍頻諧波分量將完全濾除。
主要用於：
1）抑制故障信號中的衰減直流分量的影響。但是對故障信號中的高頻分量有一定的放大作用，因此不能單獨使用，需與其他如傅氏算法配合。
2）提取故障信號中的故障分量。常用來實現故障的檢測元件、選相元件以及其他利用故障分量原理構成的保護。
差分濾波器結構很簡單，計算量小，但各自獨立使用，濾波特性難以滿足要求。實際應用中，可以把具有不同特性的濾波器進行組合，以進一步提高濾波性能。濾波器單元級聯時，整個系統的幅頻特性等於各個濾波單元幅頻特性的乘積。
若需要提取故障信號中的基頻分量，可將差分濾波單元與積分濾波單元級聯，利用差分濾波器減少非週期分量的影響，藉助積分濾波器來抑制高頻分量作用。對於非遞歸型數字濾波器，優點是由於採用有限個輸入信號的採樣值進行濾波計算，不存在濾波器不穩定的問題，也不存在因計算過程中的舍入誤差的累積造成濾波器特性惡化。此外，由於濾波器的數據窗明確，便於確定它的濾波速度，因此，易於在濾波特性與濾波速度之間進行協調。非遞歸濾波器存在的主要問題是，要獲得較理想的濾波特性，通常要求濾波算法的數據窗較長，所以在某些場合可考慮採用遞歸性濾波器。
遞歸型濾波器
濾波器的輸出不僅與當前和過去的輸入值有關，還取決於多去的輸出值。
設計方法分爲三種：零極點配置法；藉助模擬濾波器的設計方法進行設計；採用最優技術進行濾波器設計。採用遞歸型的數字濾波器可以獲得相當理想的濾波特性，並且計算簡單，便於實時應用。
