智能變電站中插值算法的應(yīng)用探析

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(yīng)用進行分析探究，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(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(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(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，但還是不會影響插值效果。由于該插值方法簡單可行，并且準(zhǔn)確性較高，在變電系統(tǒng)運行中仍被廣泛使用。

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(yīng)用分析

插值算法在智能變電站中應(yīng)用時，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現(xiàn)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(shù)據(jù)進行同步處理，如果將這種模式做進一步處理，可以應(yīng)用到不同合并單元中，同樣可以實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的同步性。如在母線保護、變壓器保護等設(shè)備應(yīng)用中，可以實現(xiàn)采樣的同步性。

在供電數(shù)據(jù)樣值采集時，如果需要按照IEC60044-8規(guī)定的FT3規(guī)約時，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及快速等優(yōu)勢，并能夠借助陣列器件，實現(xiàn)樣值采取的快速性及準(zhǔn)確性，進一步實現(xiàn)發(fā)送時間的等間隔性。再根據(jù)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(tǒng)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(xiàn)非同步點之間數(shù)據(jù)的同步關(guān)系，同時將不同間隔數(shù)值在同一時間經(jīng)進行接收。同步點可以設(shè)置為采樣時鐘，也可以設(shè)置為間隔裝置本身的時鐘。

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，國家專門頒布了《智能變電站繼電保護技術(shù)規(guī)范》，并對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對點，不能采用其他裝置，如交換機。其次，合并單元應(yīng)對間隔時間進行控制，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，將該間隔時間設(shè)置為10us。這兩個規(guī)定提出之后，供電數(shù)據(jù)采樣數(shù)值可以實現(xiàn)同步，也可以實現(xiàn)了FT3規(guī)約的通用性，對于提高變電運行質(zhì)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(shù)據(jù)采集時，通常采用時刻調(diào)整法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集同步。系統(tǒng)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(tǒng)自帶的，所以當(dāng)主鐘在運行時，從鐘便會根據(jù)所發(fā)出的的頻率進行跟蹤，從而實現(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采樣時，如果合并單元采用ICE61850-9-2規(guī)約，并對間隔時間不采取任何約束，則需要采用軟件鎖相環(huán)算法來實現(xiàn)時鐘跟蹤。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(wǎng)存在著報文抖動，所以應(yīng)利用濾波器進行處理，之后根據(jù)處理值對寄存器或者處理器做進一步調(diào)整，使它們和合并單元之間的時鐘相一致。最后，通過以太網(wǎng)中的額定延遲時間，對T1計數(shù)器進行調(diào)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(yīng)用范圍也不斷增加。在變電運行中，需要電壓及電流信號準(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。繼電保護裝置在樣值采集時，為了實現(xiàn)連續(xù)性，需要降低采樣點數(shù)目。二次數(shù)字采樣也稱作變速信號處理，包括三個數(shù)據(jù)處理步驟。由于在樣值采集時存在著速率變換，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

由于變電站運行方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑圆蓸臃绞揭舶l(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：

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

[2]孫蓓俊.智能變電站插值算法研究[J].華電技術(shù)，2013，35（11）：72-74.