基于插值算法的IED優(yōu)化

【摘要】目前，智能化變電站中存在不同廠家的IED設(shè)備，造成采樣數(shù)據(jù)不同步以及采樣觸發(fā)機(jī)理不一致，本文對(duì)IED設(shè)備的采樣數(shù)據(jù)的同步性、數(shù)據(jù)延時(shí)等關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，研究出解決IED設(shè)備數(shù)據(jù)采樣不同步及采樣延時(shí)不一致的有效解決方案，該方案提高了智能化變電站數(shù)據(jù)處理的有效性及可靠性。

【關(guān)鍵詞】智能電子設(shè)備（IED）；同步插值；采樣值；優(yōu)化

引言

當(dāng)下電力系統(tǒng)正在向大規(guī)模，高電壓和特高壓趨勢(shì)靠近，小體積化、高智能化的一次、二次電氣裝備是未來發(fā)展的趨勢(shì)。體積更小、重量更輕、防止干擾能力更強(qiáng)、不易飽和、絕緣性能更好、數(shù)字化的電子式互感器應(yīng)用而生，滿足了電氣裝備的未來需求，將來會(huì)廣泛使用。傳統(tǒng)變電站的IED設(shè)備依靠各種電纜采集電壓、電流等物理信號(hào)，再經(jīng)各種相關(guān)保護(hù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后滿足需要。這種方式的獲得的采樣數(shù)據(jù)有相對(duì)穩(wěn)定的延時(shí)特性。數(shù)字化變電站所使用的IED設(shè)備以前是通過電纜的方式獲取采樣值，現(xiàn)在則憑借通信的方式收到數(shù)字量。數(shù)字式互感器、合并單元、交換機(jī)等環(huán)節(jié)由于不同制造廠家處理數(shù)據(jù)方式不一和采樣頻率不同等原因，造成時(shí)序特性不能保持一致，所以，站內(nèi)IED獲取的不同廠家通道傳來是我采樣數(shù)據(jù)在時(shí)序上會(huì)不同步。再有，間隔層的IED設(shè)備有固定的采樣算法，先進(jìn)行二次采樣，再使用設(shè)備所需要的采樣值。數(shù)字化變電站新建的速度越來越快，將來，傳統(tǒng)的變電站也要進(jìn)行數(shù)字化改造，站內(nèi)IED設(shè)備肯定會(huì)遇到匹配其他廠家裝置的問題。因此，我們要利用插值法研究采樣不同步的問題，并且提出優(yōu)化裝置配置的方法，保障采樣值在不同裝置間傳遞的有效性和實(shí)時(shí)性。

1、數(shù)字化變電站間隔層

在數(shù)字化變電站中，主要通過2種方式向間隔層提供采樣數(shù)據(jù)：一、電壓互感器、電流互感器將模擬量發(fā)送到合并單元，再經(jīng)合并單元實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，通過IEC 61850—9—1/2協(xié)議完成數(shù)據(jù)處理，發(fā)送至相應(yīng)的IED設(shè)備；二、數(shù)字化TV/TA將采集到的采樣值以數(shù)字信號(hào)的方式發(fā)送到合并單元，再由合并單元送至相應(yīng)IED裝置。對(duì)于老站改造，系統(tǒng)中可能會(huì)有部分TV/TA的模擬量需要發(fā)送至保護(hù)裝置。

2、IED采樣數(shù)據(jù)同步插值設(shè)計(jì)

采樣時(shí)間間隔、采樣速度和采樣啟動(dòng)在不同通道是不盡相同的，IED設(shè)備在同一時(shí)間很可能獲取的是不同時(shí)間段離散化處理后的采樣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是否能夠保持同步是一個(gè)相當(dāng)重要的問題，包括電子式互感器和合并單元A/D處理是否可以同時(shí)完成，采集到數(shù)據(jù)在進(jìn)行處理時(shí)能否保證有效性以及采樣值是否面臨不同的延時(shí)。

2.1A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)性設(shè)計(jì)

數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)的開始階段就應(yīng)該考慮采樣值能否保證固定統(tǒng)一的延時(shí)。不同裝置A/D采樣啟動(dòng)方式不同，合并單元在接受二次采樣數(shù)據(jù)時(shí)也存在不同步的問題。在數(shù)字化變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開始階段就應(yīng)把不同設(shè)備A/D采樣、合并單元采樣等問題提出來，未雨綢繆解決采樣值不同生產(chǎn)廠家不同步的問題。利用站內(nèi)全球定位系統(tǒng)的脈沖信號(hào)可以有效控制站內(nèi)不同設(shè)備的采樣延時(shí)。

2.2采樣數(shù)據(jù)處理時(shí)數(shù)據(jù)的有效性設(shè)計(jì)

不同通道的采樣延時(shí)、采樣時(shí)間間間隔和采樣啟動(dòng)將會(huì)造成IED設(shè)備同一時(shí)刻所接收的采樣值不一定是同一時(shí)刻的。如果IED設(shè)備依靠接收的時(shí)標(biāo)作為基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，這樣分析出來的數(shù)據(jù)肯定是錯(cuò)誤的。特別是變壓器保護(hù)、母差保護(hù)等對(duì)采樣延時(shí)特別敏感，容不得有一點(diǎn)差錯(cuò)，一旦采樣不同步很有可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)。所以，確定同步插值運(yùn)算的基準(zhǔn)時(shí)刻是保障采樣同步的先決條件。選擇正確的插值運(yùn)算基準(zhǔn)時(shí)刻，確定裝置所允許的最大數(shù)據(jù)延時(shí)，綜合不同廠家裝置的數(shù)據(jù)延時(shí)從而固定了同步插值運(yùn)算的基準(zhǔn)時(shí)刻。

3、結(jié)語(yǔ)

選擇正確的同步插值時(shí)刻是IED設(shè)備不同通道獲取采同步采樣的重中之重。一方面，IED設(shè)備為了獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就必須要求同步插值時(shí)刻的延時(shí)達(dá)到極小的值；另一方面，同步插值時(shí)刻的延時(shí)需要遠(yuǎn)離各個(gè)通道的最大延時(shí)，從而保障采樣數(shù)據(jù)的有效性。廠家設(shè)計(jì)保護(hù)測(cè)控裝置時(shí)，要對(duì)方案進(jìn)行論證，保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案是最優(yōu)的，有效消除同步插值時(shí)刻不合理的問題。目前?，F(xiàn)場(chǎng)使用的合并單元、遠(yuǎn)端模塊數(shù)據(jù)采樣頻率高，基本上達(dá)到4kHz以上，因此，設(shè)計(jì)保護(hù)裝置時(shí)，采用拉格朗日插值的3點(diǎn)拋物線插值方法，既能確保想到高的插值精度，又能控降低運(yùn)算量和提高采樣的穩(wěn)定性。隨著數(shù)字化變電站的不斷推廣和電子式互感器廣泛應(yīng)用，站內(nèi)IED采樣將會(huì)更加的多樣化。處理好不同采樣頻率、不同延時(shí)的采樣值是IED設(shè)計(jì)人員必須要解決的一個(gè)迫在眉睫的關(guān)鍵問題。

參考文獻(xiàn)

[1]徐雁，葉妙元，張慶等.光電互感器的應(yīng)用及接口問題.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，25（24）：45—48.

[2]徐廣輝，李友軍，王文龍，熊慕文.數(shù)字化變電站IED采樣數(shù)據(jù)同步插值的設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介

張猛（1975-），男，安徽明光人，安徽省電力公司滁州供電公司調(diào)控中心監(jiān)控班值班長(zhǎng)，助理工程師。

李紅杰（1987-），女，河南輝縣人，安徽電力公司滁州供電公司變電運(yùn)維班值班員，助理工程師。