數(shù)字化變電站采樣技術(shù)研究

摘要：數(shù)字化變電站是以后的趨勢(shì)，但是由于在改造的過程中，很多地方會(huì)出現(xiàn)較大的變化，這就給我們的采樣帶來一定的難度，因此做好這一研究意義重大。本文重點(diǎn)分析了數(shù)字化變電站采樣技術(shù)的原理，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析與探討，希望能夠給這方面的研究起到一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；采樣技術(shù)；電子式互感器；合并單元

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 15-0000-02

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，數(shù)字化變電站已經(jīng)由以往的理論階段逐步走向了時(shí)間階段，而且當(dāng)前的數(shù)字化變電站有向著智能化方向前進(jìn)的趨勢(shì)。相對(duì)于以往的變電站，這種變電站在結(jié)構(gòu)和通信模型上的變化并不大，但是在過程層上則變化較大。針對(duì)這些變化，當(dāng)前在我們的工作中還有很多問題需要解決，因此，做好相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)研究對(duì)于促進(jìn)數(shù)字化變電站采樣技術(shù)研究具有非常重要的指導(dǎo)意義。

2 數(shù)字化變電站采樣原理

在我們一般的變電站中，二次回路的電壓和電流是通過互感器得到的，然后再過相關(guān)的電路輸送到智能電子設(shè)備中。在這個(gè)過程中，模擬信號(hào)是無法當(dāng)作微機(jī)保護(hù)裝置判定依據(jù)的，必須要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將老式變電器轉(zhuǎn)化為數(shù)字化變電器的過程中，一般來說，如果為110KV或者35KV則仍舊使用常規(guī)互感器，然后配置采集器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，至于10KV的電壓等級(jí)我們則需使用電子式互感器，它的原理是將輸出的二次信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后通過傳輸光纖將其傳輸?shù)胶喜卧诤喜卧獙?duì)電壓、電流進(jìn)行過處理之后再由光纖通過過程層網(wǎng)絡(luò)輸送到智能電子設(shè)備。

3 數(shù)字化變電站采樣工作中的重要設(shè)備

一般來說，數(shù)字化變電站采樣系統(tǒng)的重要設(shè)備主要有電子式互感器、合并單元以及數(shù)字化變電站測(cè)試使用的新設(shè)備。

3.1 電子式互感器

在一般的變電站中，我們較多使用的是電磁式電流、電壓互感器等，這一類設(shè)備非常容易出現(xiàn)電磁飽和、鐵磁諧振以及暫態(tài)特性比較差等問題，加上高壓條件下的絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，使得這類設(shè)備的控制和保護(hù)比較難集成。為了我們的工作效率，我們使用非常規(guī)互感器來解決傳統(tǒng)互感器的不足，而非常規(guī)互感器又可以分為有源和無源這兩類。一般來說，有源非常規(guī)互感器被稱為電子式互感器，它需要向傳感頭供給電源，而無源非常規(guī)互感器則主要是指電流互感器，也被我們稱之為光電式電流/電壓互感器，這一類的特點(diǎn)是不需要向傳感頭供給電源。普遍來說，電子式互感器都有模擬、數(shù)字兼有的信號(hào)輸出方式，而且大多數(shù)擁有數(shù)字輸出方式，因此這就使其很少受到負(fù)載變化的影響，極大地降低了系統(tǒng)的誤差。當(dāng)然，系統(tǒng)誤差依然是存在的，主要來自于傳感頭自身。這種設(shè)備在使用的過程中可以消除將信號(hào)傳送到二次設(shè)備過程中出現(xiàn)的附加誤差，對(duì)于保護(hù)、測(cè)量以及儀器的準(zhǔn)確性都有非常大的改善效果，是未來數(shù)字化變電站的一大標(biāo)志。

3.2 合并單元

合并單元一般來說是數(shù)字化變電站所特有的，它主要的功能是將采集器所采集的數(shù)字量進(jìn)行合并處理，并通過一定的標(biāo)準(zhǔn)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，然后將光纖傳送到相應(yīng)的智能電子設(shè)備。以DMU-800系列為例，它的性能、結(jié)構(gòu)以及可靠性都會(huì)給數(shù)字化變電站采樣系統(tǒng)的性能帶來很大的影響。一般來說，合并單元會(huì)并行處理多重任務(wù)，其與外部連接的端口也比較多，因此對(duì)于其運(yùn)算能力以及控制能力的要求都會(huì)比較高。合并單元一般包括同步、數(shù)據(jù)采集與處理以及數(shù)字通道輸出這三個(gè)模塊，同步功能主要用以提供同步轉(zhuǎn)換信號(hào)；多路數(shù)據(jù)采集及處理模塊是合并單元的主要模塊，針對(duì)不同的電子式互感器，這一模塊能夠使合并單元機(jī)連接帶模擬輸出電子互感器，也可以連接帶數(shù)字輸出電子互感器。

3.3 數(shù)字化變電站測(cè)試使用的新設(shè)備

數(shù)字化變電站采樣系統(tǒng)的變化，會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)提出了新的要求：首先，需要引進(jìn)新的設(shè)備，比如由于電子式互感器的變化導(dǎo)致了機(jī)電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)很大的變化，而電子式互感器直接使用光纜傳輸信號(hào)，就不再需要檢驗(yàn)互感器的極性，這種極性只需要安裝位置就可以決定。而且在數(shù)字化變電器中，不再需要二次回路的接線檢查，這就使得其整個(gè)回路都是完全絕緣的。這樣雖然在一定程度上減少了我們現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工作量，但是對(duì)電子式互感器也多了一些新的要求，因此需要重新設(shè)置部分新的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)設(shè)備。其次，隨著保護(hù)、測(cè)控裝置的應(yīng)用，數(shù)字化變電站的接口相較于以往的變電站會(huì)有很大的變化，以前各種校驗(yàn)儀滿足不了現(xiàn)場(chǎng)需求，需要進(jìn)行很多相關(guān)的測(cè)試，因此，為了適應(yīng)新的需求，我們應(yīng)配置新的校驗(yàn)儀器。

4 數(shù)字化變電站采樣技術(shù)要點(diǎn)

在數(shù)字化變電站系統(tǒng)的建設(shè)中，需要考慮的問題有很多，比如：準(zhǔn)確度、經(jīng)濟(jì)性以及抗干擾性等，只有符合了這些要求，在實(shí)踐中才有意義。而在這些要求中，最為重要的是準(zhǔn)確度方面的要求，在對(duì)其準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，非常關(guān)鍵的因素是電子式互感器以及合并單元等一次電氣設(shè)備的準(zhǔn)確度等級(jí)、參數(shù)的準(zhǔn)確度以及一次設(shè)備和二次設(shè)備的連接等。而在抗干擾這一要求上，主要是指一次設(shè)備在實(shí)際的運(yùn)行中，可以不受環(huán)境、溫度變化的影響而保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。至于經(jīng)濟(jì)性，數(shù)字化變電站本身就有一定的優(yōu)勢(shì)，比如我們不需要敷設(shè)電纜，這就既避免了重復(fù)建設(shè)的浪費(fèi)，有使設(shè)備方便維護(hù)。

針對(duì)數(shù)字化變電站采樣技術(shù)要點(diǎn)，本文主要闡述電子式互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)以及采用同步問題這兩個(gè)方面：

4.1 電子式互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)

電子式互感器的準(zhǔn)確度等級(jí)在數(shù)字化變電站中非常重要，對(duì)數(shù)字化變電站系統(tǒng)的采樣性能起著決定作用。在這種互感器內(nèi)，由于傳輸?shù)臑閿?shù)字信號(hào)，所以不會(huì)像傳統(tǒng)變電站一樣受負(fù)載變化的影響，數(shù)字化變電站系統(tǒng)的誤差一般來說只存在于傳感頭自身。在有源電子式互感器中，它的主要問題在于需要附加電源，當(dāng)這種電源對(duì)傳感器進(jìn)行供能的過程中，由于會(huì)長期使用大功率激光供能，這就會(huì)嚴(yán)重的影響光器件的壽命，加上羅氏線圈輸出信號(hào)與結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性以及各種溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，這都會(huì)給電子線路測(cè)量的準(zhǔn)確度帶來不利的影響。

此外，很多光學(xué)方面的原因也會(huì)給準(zhǔn)確性帶了影響，比如光學(xué)傳感材料、微弱信號(hào)的檢測(cè)、傳感頭組裝等原因，這些原因會(huì)使物源電子式互感器的測(cè)量精度出現(xiàn)偏差，而基于不同光學(xué)原理建立的電子式互感器必然會(huì)或多或少的存在這種問題，這是不可避免的。

4.2 采樣同步問題

為了減小相位以及幅值上的誤差，我們的二次設(shè)備所學(xué)的采樣數(shù)據(jù)一般來說要保證是在同一時(shí)刻采到得，這也就是我們所說的時(shí)間同步?；谶@一要求，電子式互感器系統(tǒng)中的輸出信號(hào)必須要包含時(shí)間信息，使用站內(nèi)統(tǒng)一的GPS時(shí)鐘信號(hào)。

而合并單元作為ECT/EVT與保護(hù)等設(shè)備機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要的構(gòu)成部分，它的主要作用是對(duì)多路電子式互感器的輸出信號(hào)進(jìn)行同步采集，然后把這些數(shù)字信號(hào)依據(jù)規(guī)定的格式發(fā)送到保護(hù)設(shè)備和測(cè)控設(shè)備。從這一點(diǎn)看來，采樣值同步在一定程度上和合并單元同比是完全等同的。那么，采用同步問題就是指合并單元下電子式互感器的數(shù)據(jù)采集同步時(shí)鐘存在的差異等。

舉例子來說明這一問題，一個(gè)110KV變電站過程層在使用IEEE1588對(duì)的時(shí)候，合并單元這個(gè)時(shí)候選取了DMU-800系列裝置，并使用雙對(duì)是脈沖或門輸入，裝置對(duì)各采集器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣的時(shí)候，使用二元拉格朗日算法以及晶振誤差自適應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)來滿足我們工作中對(duì)于精確度的要求。

因此，只有當(dāng)合并單元在采樣的過程中做到了同步，才能滿足我們系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)性的要求，進(jìn)而才能確保采樣數(shù)據(jù)具有參考價(jià)值并可以應(yīng)用到以后到分析、處理工作之中。當(dāng)然，關(guān)于同步問題方面的研究還比較落后，未來會(huì)有實(shí)現(xiàn)可靠性更高且準(zhǔn)確度更好的合并單元同步實(shí)現(xiàn)方案。

5 結(jié)語

數(shù)字化變電站由于其很多優(yōu)勢(shì)必將在未來獲得更為廣泛的應(yīng)用，但是為了保證其采樣的準(zhǔn)確性，我們需要做的工作還有很多，加之此技術(shù)研究本身難點(diǎn)較多，這都會(huì)給我們的工作帶來一定的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問題，我們應(yīng)加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)，我相信隨著我們技術(shù)水平的不斷提升，采樣技術(shù)以及采樣設(shè)備一定會(huì)越來越成熟，我們的變電站也將真真正正的進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。

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