劉青

摘 要：由于智能變電站的采樣方式由傳統(tǒng)方式變?yōu)榉植际讲蓸?，所以，需要插值法?duì)不同采樣值做進(jìn)一步處理，才能滿足供電需求。本文就智能變電站中插值算法的應(yīng)用進(jìn)行分析探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能變電站；插值法應(yīng)用研究；零階

智能變電站最主要的特征是一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化及自動(dòng)化。為適應(yīng)該特征，電氣量的采集方式應(yīng)發(fā)生改變，由傳統(tǒng)采集方式變?yōu)榉植际讲杉?，以此，需要解決采樣同步化的問題。本文就智能變電站中插值算法的應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

1 插值算法的使用原理

差值算法具有很多種，但常用的并不多，以下就常用的幾種進(jìn)行一一介紹。

1.1 零階插值算法的應(yīng)用原理

該算法也稱作零階保持插值算法。也就是說在插值計(jì)算中，第一次采集的樣本值在另外一個(gè)樣本值采集之前，始終保持有效，具有以下單位沖擊響應(yīng)：

幅頻特性為

1.2 一階插值算法的應(yīng)用原理

由于零階差值算法的計(jì)算值不連續(xù)，給插值造成不便，為了取得更好的插值效果，通常采用更為高級(jí)的插值方式，而最常使用的為一階插值算法。該算法利用采樣點(diǎn)的直線代替曲線形式，從而實(shí)現(xiàn)了插值方便。一階插值算法的沖擊響應(yīng)公式為：

幅頻特性表示為：

一階插值算法實(shí)現(xiàn)了采樣值的連續(xù)性，但其導(dǎo)數(shù)卻并沒不具備連續(xù)的特性，而是斷續(xù)的，但還是不會(huì)影響插值效果。由于該插值方法簡(jiǎn)單可行，并且準(zhǔn)確性較高，在變電系統(tǒng)運(yùn)行中仍被廣泛使用。

1.3 三次樣條插值法的應(yīng)用原理

前面兩種插值方式只能得到直線插值效果，并不能得到平滑插值結(jié)果，所以可以采用最小二乘法處理，得到三次樣條插值方式，公式為：

這種插值方式不僅具有一定的波形，采集數(shù)值也是連續(xù)分布的，并具有平滑性，所以在變電系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。但由于運(yùn)算量大，在繼電器保護(hù)中不能使用。

2 智能變電站中插值算法的應(yīng)用分析

插值算法在智能變電站中應(yīng)用時(shí)，最重要的環(huán)節(jié)為公式中t值的確定，以下就結(jié)合幾種情況進(jìn)行說明。

2.1 跨間隔設(shè)備采樣同步

通常采用軟件插值算法實(shí)現(xiàn)采樣的同步性，其中最常見的就是利用合并單元對(duì)不同的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，如果將這種模式做進(jìn)一步處理，可以應(yīng)用到不同合并單元中，同樣可以實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的同步性。如在母線保護(hù)、變壓器保護(hù)等設(shè)備應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)采樣的同步性。

在供電數(shù)據(jù)樣值采集時(shí)，如果需要按照IEC60044-8規(guī)定的FT3規(guī)約時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及快速等優(yōu)勢(shì)，并能夠借助陣列器件，實(shí)現(xiàn)樣值采取的快速性及準(zhǔn)確性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)發(fā)送時(shí)間的等間隔性。再根據(jù)FT3接受報(bào)文時(shí)間和讀取時(shí)間之間的差值，從而確定變電系統(tǒng)的間隔時(shí)間值，也就是所要求取的t值。這說明，可以通過插值算法，可以實(shí)現(xiàn)非同步點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的同步關(guān)系，同時(shí)將不同間隔數(shù)值在同一時(shí)間經(jīng)進(jìn)行接收。同步點(diǎn)可以設(shè)置為采樣時(shí)鐘，也可以設(shè)置為間隔裝置本身的時(shí)鐘。

需要指出的是，F(xiàn)T3規(guī)約目前并不通用，而是由不同廠家生產(chǎn)的，所以具有不同規(guī)格，這無形中給互聯(lián)互通帶來重大困難。以此，國(guó)家專門頒布了《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，并對(duì)FT3規(guī)約做了如下規(guī)定。

首先，采樣值的通訊設(shè)備連接方式必須是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，不能采用其他裝置，如交換機(jī)。其次，合并單元應(yīng)對(duì)間隔時(shí)間進(jìn)行控制，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，將該間隔時(shí)間設(shè)置為10us。這兩個(gè)規(guī)定提出之后，供電數(shù)據(jù)采樣數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)同步，也可以實(shí)現(xiàn)了FT3規(guī)約的通用性，對(duì)于提高變電運(yùn)行質(zhì)量具有重要意義。

2.2 光纖縱差保護(hù)同步采樣

在光纖縱差同步保護(hù)采樣方法在數(shù)據(jù)采集時(shí)，通常采用時(shí)刻調(diào)整法，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集同步。系統(tǒng)兩端通常安裝兩個(gè)時(shí)鐘，一個(gè)為主鐘，另一個(gè)為從鐘。兩個(gè)時(shí)鐘在采樣時(shí)的同步源是系統(tǒng)自帶的，所以當(dāng)主鐘在運(yùn)行時(shí)，從鐘便會(huì)根據(jù)所發(fā)出的的頻率進(jìn)行跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)采樣同步。但在智能化變電站中，采樣數(shù)據(jù)被傳輸?shù)诫娮踊ジ衅髦?，采樣時(shí)鐘也發(fā)生了變化，所以需要插值算法，才能保證樣值處理的準(zhǔn)確性。

在光纖縱差同步保護(hù)采樣時(shí)，如果合并單元采用ICE61850-9-2規(guī)約，并對(duì)間隔時(shí)間不采取任何約束，則需要采用軟件鎖相環(huán)算法來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘跟蹤。鎖相環(huán)由三部分組成，分別為鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器。以太網(wǎng)可以通過E1到來時(shí)刻和T1跟蹤時(shí)刻之間的差值，得到二者之間的偏差。在樣值采集時(shí)，由于以太網(wǎng)存在著報(bào)文抖動(dòng)，所以應(yīng)利用濾波器進(jìn)行處理，之后根據(jù)處理值對(duì)寄存器或者處理器做進(jìn)一步調(diào)整，使它們和合并單元之間的時(shí)鐘相一致。最后，通過以太網(wǎng)中的額定延遲時(shí)間，對(duì)T1計(jì)數(shù)器進(jìn)行調(diào)整，使之和合并單元的采樣時(shí)鐘具有同步性。

2.3 變速率插值

變速率插值在智能化變電站運(yùn)行中的應(yīng)用范圍也不斷增加。在變電運(yùn)行中，需要電壓及電流信號(hào)準(zhǔn)確的從第一設(shè)備傳輸?shù)降诙O(shè)備，才能保證變電運(yùn)行的穩(wěn)定性。所以，在電子互感器的回路中，采樣頻率通常比較高。繼電保護(hù)裝置在樣值采集時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)性，需要降低采樣點(diǎn)數(shù)目。二次數(shù)字采樣也稱作變速信號(hào)處理，包括三個(gè)數(shù)據(jù)處理步驟。由于在樣值采集時(shí)存在著速率變換，當(dāng)二次采樣之后，互感器的截止頻率已經(jīng)無法滿足香農(nóng)定理，這時(shí)需要用到數(shù)字濾波，才能保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不發(fā)生重疊。由于數(shù)據(jù)窗類型不同，數(shù)據(jù)濾波也分成兩個(gè)類別，分別為有限沖擊響應(yīng)和無限沖擊響應(yīng)。

3 結(jié)語

由于變電站運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑?，所以采樣方式也發(fā)生變化，由傳統(tǒng)方式變?yōu)榉植际讲蓸臃绞?，以滿足現(xiàn)階段供電需求。

參考文獻(xiàn)：

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