智能變電站中插值算法的應用探析

劉青

摘 要：由于智能變電站的采樣方式由傳統方式變為分布式采樣，所以，需要插值法對不同采樣值做進一步處理，才能滿足供電需求。本文就智能變電站中插值算法的應用進行分析探究，以供參考。

關鍵詞：智能變電站；插值法應用研究；零階

智能變電站最主要的特征是一次設備智能化、二次設備網絡化及自動化。為適應該特征，電氣量的采集方式應發生改變，由傳統采集方式變為分布式采集，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用進行分析，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行一一介紹。

1.1 零階插值算法的應用原理

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

幅頻特性為

1.2 一階插值算法的應用原理

由于零階差值算法的計算值不連續，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。該算法利用采樣點的直線代替曲線形式，從而實現了插值方便。一階插值算法的沖擊響應公式為：

幅頻特性表示為：

一階插值算法實現了采樣值的連續性，但其導數卻并沒不具備連續的特性，而是斷續的，但還是不會影響插值效果。由于該插值方法簡單可行，并且準確性較高，在變電系統運行中仍被廣泛使用。

1.3 三次樣條插值法的應用原理

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，采集數值也是連續分布的，并具有平滑性，所以在變電系統中應用較為廣泛。但由于運算量大，在繼電器保護中不能使用。

2 智能變電站中插值算法的應用分析

插值算法在智能變電站中應用時，最重要的環節為公式中t值的確定，以下就結合幾種情況進行說明。

2.1 跨間隔設備采樣同步

通常采用軟件插值算法實現采樣的同步性，其中最常見的就是利用合并單元對不同的采樣數據進行同步處理，如果將這種模式做進一步處理，可以應用到不同合并單元中，同樣可以實現采樣數據的同步性。如在母線保護、變壓器保護等設備應用中，可以實現采樣的同步性。

在供電數據樣值采集時，如果需要按照IEC60044-8規定的FT3規約時，可以實現數據傳輸的穩定性及快速等優勢，并能夠借助陣列器件，實現樣值采取的快速性及準確性，進一步實現發送時間的等間隔性。再根據FT3接受報文時間和讀取時間之間的差值，從而確定變電系統的間隔時間值，也就是所要求取的t值。這說明，可以通過插值算法，可以實現非同步點之間數據的同步關系，同時將不同間隔數值在同一時間經進行接收。同步點可以設置為采樣時鐘，也可以設置為間隔裝置本身的時鐘。

需要指出的是，FT3規約目前并不通用，而是由不同廠家生產的，所以具有不同規格，這無形中給互聯互通帶來重大困難。以此，國家專門頒布了《智能變電站繼電保護技術規范》，并對FT3規約做了如下規定。

首先，采樣值的通訊設備連接方式必須是點對點，不能采用其他裝置，如交換機。其次，合并單元應對間隔時間進行控制，為了保證數據傳輸的準確性，將該間隔時間設置為10us。這兩個規定提出之后，供電數據采樣數值可以實現同步，也可以實現了FT3規約的通用性，對于提高變電運行質量具有重要意義。

2.2 光纖縱差保護同步采樣

在光纖縱差同步保護采樣方法在數據采集時，通常采用時刻調整法，以實現數據采集同步。系統兩端通常安裝兩個時鐘，一個為主鐘，另一個為從鐘。兩個時鐘在采樣時的同步源是系統自帶的，所以當主鐘在運行時，從鐘便會根據所發出的的頻率進行跟蹤，從而實現采樣同步。但在智能化變電站中，采樣數據被傳輸到電子互感器中，采樣時鐘也發生了變化，所以需要插值算法，才能保證樣值處理的準確性。

在光纖縱差同步保護采樣時，如果合并單元采用ICE61850-9-2規約，并對間隔時間不采取任何約束，則需要采用軟件鎖相環算法來實現時鐘跟蹤。鎖相環由三部分組成，分別為鑒相器、環路濾波器、壓控振蕩器。以太網可以通過E1到來時刻和T1跟蹤時刻之間的差值，得到二者之間的偏差。在樣值采集時，由于以太網存在著報文抖動，所以應利用濾波器進行處理，之后根據處理值對寄存器或者處理器做進一步調整，使它們和合并單元之間的時鐘相一致。最后，通過以太網中的額定延遲時間，對T1計數器進行調整，使之和合并單元的采樣時鐘具有同步性。

2.3 變速率插值

變速率插值在智能化變電站運行中的應用范圍也不斷增加。在變電運行中，需要電壓及電流信號準確的從第一設備傳輸到第二設備，才能保證變電運行的穩定性。所以，在電子互感器的回路中，采樣頻率通常比較高。繼電保護裝置在樣值采集時，為了實現連續性，需要降低采樣點數目。二次數字采樣也稱作變速信號處理，包括三個數據處理步驟。由于在樣值采集時存在著速率變換，當二次采樣之后，互感器的截止頻率已經無法滿足香農定理，這時需要用到數字濾波，才能保證數據在傳輸過程中不發生重疊。由于數據窗類型不同，數據濾波也分成兩個類別，分別為有限沖擊響應和無限沖擊響應。

3 結語

由于變電站運行方式轉變為智能化，所以采樣方式也發生變化，由傳統方式變為分布式采樣方式，以滿足現階段供電需求。

參考文獻：

[1]郭樂.插值算法在智能變電站中的應用[J].電力自動化設備，2010，30（10）：103-109.

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