电气设备是生产系统中的关键元件。通过继电保护技术对其运行状态进行监护，实现设备运行故障的快速诊断和保护，防止其进一步恶化从而影响整个系统，以及对设备进行故障定位和维修，是保证生产系统安全运行的十分重要的工作。本文针对大、中型电动机和变压器的微机继电保护，对数字保护算法及其保护系统的实现方法进行了研究，运用小波分析方法对故障信号进行了分析和故障特征量的提取，研究和提出了基于FPGA技术的保护算法的新型实现方法，设计实现了基于FPGA的两种典型算法的高速运算芯片；在此基础上，研究并提出了基于Nios的新型嵌入式保护系统的实现方法。主要完成了以下几方面的工作： 1.提出了基于FPGA的保护算法的新型实现方法。分析了FPGA的硬件技术特性，研究了FPGA设计实现中的计算机算法理论及其与硬件逻辑结构之间的关系，针对DSP算法的基本功能模块——高速加法器和乘法器的设计实现，研究了运用计算机算法理论优化模块逻辑结构、提高模块运算速度的方法。 2.设计实现了两种典型保护算法在FPGA上的高速运行。研究了算法的运算特性和为使算法符合DSP算法特性而进行的算法预处理方法，研究了基于DSP算法流程的功能模块的规划和基于VHDL的实现方法，详细论述了FPGA运算芯片设计方法和步骤，并通过仿真验证了所设计的运算芯片的出色性能。 3.提出了基于Nios的新型保护系统的实现方法。研究了Nios的技术特点及其构成嵌入式保护系统的技术基础，分析了常规基于MCU和DSP的继电保护系统固有的缺陷。研究了运用Nios的卓越性能实现新型保护系统的方法，详细论述了系统整体结构的规划和各功能模块的设计方法。 4.研究了小波变换检测故障信号奇异性的方法和模极大值与突变信号幅值的特性关系，提出了基于模极大值与信号幅值特性的故障信号幅值预测方法；根据励磁涌流的间断角原理和频带能量的分布特点，提出了基于频带能量比特性的涌流波形的识别方法。 5.运用小波变换多尺度分析的方法，通过将信号分解到不同的尺度上，研究了故障信号对应频带的能量与故障信号幅值的关系，提出了基于频带能量-幅度特性的故障信号幅度的检测方法。 6.研究了电动机和变压器的故障形式、起因、故障特征及其保护方法，分析了影响变压器差动保护可靠性的主要因素励磁涌流的波形特征。针对电动机和变压器的保护原理，研究和比较了几种典型算法的收敛性能和稳定性，掘此对算法选择方法进行了归纳，并研究了算法的收敛特性对精度的影响和算法的动态特性对运算可靠性的影响。