【摘要】智能變電站的數據采集系統由傳統的實時模擬采樣變?yōu)閿底只蓸樱@將導致數據處理過程中可能存在不同步的問題，需要使用插值算法對來自不同裝置的采樣值進行同步處理。根據現場工作實際情況提出了插值算法的幾種實施方案：基于FT3、IEC61850-9-2規(guī)約傳輸的采樣值可以利用插值算法實現跨間隔合并單元數據采集同步；在智能變電站系統中光纖縱差保護中，基于鎖相環(huán)技術的插值算法可以靈活、可靠地完成的不同間隔間的采樣同步。

【關鍵詞】智能變電站；插值；同步；采集系統；優(yōu)化

引言

智能變電站中電氣設備的智能化、共享化以及程序化是現代智能化變電站的顯著特征。智能化變電站有其相應的不同于傳統變電站的顯著特點，具體的有以下幾種方式：（1）原來的銅芯電纜被大量的光纖代替，實現了沉重的金屬導線被輕便的光纖替換，進行大量的減少系統中元件的數量：（2）數字化的信息可以共享并且不會像電纜一樣老化，具有很高的可靠性和永久性；（3）數字化的信息可以通過交換機傳輸到各個接收端，實現多元化廣域化，為將來的站域間保護的實施奠定堅實基礎。本文章主要是通過討論采用的裝置或者是系統的冗余來提高數字化變電站系統的可靠性和安全性。這種情況下，電氣設備模擬量及開關量的采集將由原來的電纜集中連接的方式轉換為數字化信息的傳送和共享，在數字化信息傳送過程中采樣延時是否一致是一個有待解決的問題。變電站內設備一旦安裝，將不再增加預算，我們必須不改變原有設備的基礎上解決此問題。利用插值算法，以程序注入接收端設備的方式保證數據采集達到同步化。此種方案費用低、可操作性強，有效提高了數據采集的可靠性。把幾種插值算法進行對比，并提出在智能化變電站中的最優(yōu)的實現方案。

1、插值算法原理

根據香農定理，倘若采樣角頻率 大于模擬信號最高角頻率的2 倍，該模擬信號可以由其樣本完全恢復出來，我們把這種情況稱為重建。

1.1零階插值算法

零階插值算法又稱為零階保持插值。在這種插值算法中，樣本值一直保持有效性，直到獲得下一個樣本。

1.2一階插值算法

由于零階插值算法的輸出量能保證不連續(xù)性，采用高階插值的方法是解決的有效方式，通過最小二乘法在樣本值上獲得相應的插值處理數據。三次樣條插值也可以保證輸出信號本身及其導數保持連續(xù)，且具有波形平滑的特點，但是運算量巨大且功耗大并不適用于繼電保護、測控等精密系統。

2、具體應用方案

線性插值算法的核心是如何確定式t值，之后的運算過程很簡單，下面就幾種情況加以說明。

2.1不同設備的采樣數據通過插值算法保證采樣裝置之間的數據滿足同步性，此種做法是目前使用電子式互感器時的有效途徑，間隔的合并單元把不同相別提供的采樣數據進行同步化處理，是最有效的模式。現場可編程邏輯陣列器件（FPGA）由于具有快速性、并行性等諸多優(yōu)勢，在實現數據采樣同步性中得到了廣泛應用。但是從裝置應用層到物理層都要實現同步化，對于設備廠家來說，是一項艱巨的任務，并且不同廠家設計理念的差異更加大了任務的困難性。因此，目前廣泛采用的是基于IEC61850-9-2的模式，并作如下約定：

a.通信方式采用點對點把交換機排除在外實現數據的同步性優(yōu)化；

b.各間隔合并單元數據發(fā)送的抖動時間小于10μs。

滿足以上條件，IED設備便可利用IEC的61850-9-2模式完成采樣數據之間的插值同步，并且不增大設備的計算量有效降低了設備功耗。

2.2光纖縱差保護的采樣同步

采樣時刻調整法是以往的光線差動保護保證兩端數據同步的有效的廣泛的手段。兩端裝置一端是主裝置一端是從裝置，主端裝置內部存在產生一個時鐘，從端裝置利用頻率跟蹤算法保證與主端裝置時鐘一致。由于采用同一個系統時鐘作為時鐘源，因此保證了主端與從端的系統時鐘一致，從而完成了采樣數據的同步化。但是，智能化化變電站中，模擬量采樣來源于電子式互感器，便不能再利用于主端裝置的系統時鐘作為時鐘源，采用插值算法把最初的模擬數據采集與主端系統時鐘點保持一致，這樣就消除了采樣延時的缺陷。針對不同情況，采用相應的方案優(yōu)化采樣的同步化。若合并單元到IED裝置之間采用發(fā)送間隔抖動時間小于10μs的IEC61850-9-2作為連接模式時，保護裝置可以采用插值的算法完成數據的同步，保證數據的有效性和可靠性。趟若合并單元到保護裝置之間雖然使用了IEC61850-9-2規(guī)約，但是不對數據采集的抖動時間做任何限制，就要通過鎖相環(huán)算法來保證保護裝置對合并單元采樣時鐘的同步。

3、結論

在實際應用中，采用間隔時間抖動小的簡單串行規(guī)約，采用線性插值方案可以滿足變電站中的大部分功能的應用；即使采用IEC61850-9-2，只要發(fā)送抖動時間小于10μs，也能滿足各個間隔保護裝置采樣同步性的要求；基于鎖相環(huán)的采樣處理模式完全可以滿足光纖縱差保護的采樣要求，同時也不需要對合并單元的上送數據做其他要求，變速率插值的使用中，一定要解決好頻率混疊的問題，防止波形失真[1]，在目前的情況下得到的廣泛的使用；插值算法在實際工程中也得以廣泛使用，涵蓋各個電壓等級。

參考文獻

[1]徐廣輝，李友軍，王文龍，熊慕文.數字化變電站IED采樣數據同步插值的設計.電力系統自動化，2009，

[2]OPPENHEIM A V，WILLSKY A S. Signals and systems[M].2nd ed. Englewod Cliffs，USA：Prentice鄄Hall，Inc，1997：376鄄380.

作者簡介

趙守信（1986-），男，河南濮陽人，安徽省電力公司滁州供電公司變電檢修班，助理工程師。

董國慶（1989-），男，安徽天長人，安徽電力公司滁州供電公司變電運維班值班員，助理工程師。