智能变电站中插值算法的应用探析

刘青

摘 要：由于智能变电站的采样方式由传统方式变为分布式采样，所以，需要插值法对不同采样值做进一步处理，才能满足供电需求。本文就智能变电站中插值算法的应用进行分析探究，以供參考。

关键词：智能变电站；插值法应用研究；零阶

智能变电站最主要的特征是一次设备智能化、二次设备网络化及自动化。为适应该特征，电气量的采集方式应发生改变，由传统采集方式变为分布式采集，以此，需要解决采样同步化的问题。本文就智能变电站中插值算法的应用进行分析，以供参考。

1 插值算法的使用原理

差值算法具有很多种，但常用的并不多，以下就常用的几种进行一一介绍。

1.1 零阶插值算法的应用原理

该算法也称作零阶保持插值算法。也就是说在插值计算中，第一次采集的样本值在另外一个样本值采集之前，始终保持有效，具有以下单位冲击响应：

幅频特性为

1.2 一阶插值算法的应用原理

由于零阶差值算法的计算值不连续，给插值造成不便，为了取得更好的插值效果，通常采用更为高级的插值方式，而最常使用的为一阶插值算法。该算法利用采样点的直线代替曲线形式，从而实现了插值方便。一阶插值算法的冲击响应公式为：

幅频特性表示为：

一阶插值算法实现了采样值的连续性，但其导数却并没不具备连续的特性，而是断续的，但还是不会影响插值效果。由于该插值方法简单可行，并且准确性较高，在变电系统运行中仍被广泛使用。

1.3 三次样条插值法的应用原理

前面两种插值方式只能得到直线插值效果，并不能得到平滑插值结果，所以可以采用最小二乘法处理，得到三次样条插值方式，公式为：

这种插值方式不仅具有一定的波形，采集数值也是连续分布的，并具有平滑性，所以在变电系统中应用较为广泛。但由于运算量大，在继电器保护中不能使用。

2 智能变电站中插值算法的应用分析

插值算法在智能变电站中应用时，最重要的环节为公式中t值的确定，以下就结合几种情况进行说明。

2.1 跨间隔设备采样同步

通常采用软件插值算法实现采样的同步性，其中最常见的就是利用合并单元对不同的采样数据进行同步处理，如果将这种模式做进一步处理，可以应用到不同合并单元中，同样可以实现采样数据的同步性。如在母线保护、变压器保护等设备应用中，可以实现采样的同步性。

在供电数据样值采集时，如果需要按照IEC60044-8规定的FT3规约时，可以实现数据传输的稳定性及快速等优势，并能够借助阵列器件，实现样值采取的快速性及准确性，进一步实现发送时间的等间隔性。再根据FT3接受报文时间和读取时间之间的差值，从而确定变电系统的间隔时间值，也就是所要求取的t值。这说明，可以通过插值算法，可以实现非同步点之间数据的同步关系，同时将不同间隔数值在同一时间经进行接收。同步点可以设置为采样时钟，也可以设置为间隔装置本身的时钟。

需要指出的是，FT3规约目前并不通用，而是由不同厂家生产的，所以具有不同规格，这无形中给互联互通带来重大困难。以此，国家专门颁布了《智能变电站继电保护技术规范》，并对FT3规约做了如下规定。

首先，采样值的通讯设备连接方式必须是点对点，不能采用其他装置，如交换机。其次，合并单元应对间隔时间进行控制，为了保证数据传输的准确性，将该间隔时间设置为10us。这两个规定提出之后，供电数据采样数值可以实现同步，也可以实现了FT3规约的通用性，对于提高变电运行质量具有重要意义。

2.2 光纤纵差保护同步采样

在光纤纵差同步保护采样方法在数据采集时，通常采用时刻调整法，以实现数据采集同步。系统两端通常安装两个时钟，一个为主钟，另一个为从钟。两个时钟在采样时的同步源是系统自带的，所以当主钟在运行时，从钟便会根据所发出的的频率进行跟踪，从而实现采样同步。但在智能化变电站中，采样数据被传输到电子互感器中，采样时钟也发生了变化，所以需要插值算法，才能保证样值处理的准确性。

在光纤纵差同步保护采样时，如果合并单元采用ICE61850-9-2规约，并对间隔时间不采取任何约束，则需要采用软件锁相环算法来实现时钟跟踪。锁相环由三部分组成，分别为鉴相器、环路滤波器、压控振荡器。以太网可以通过E1到来时刻和T1跟踪时刻之间的差值，得到二者之间的偏差。在样值采集时，由于以太网存在着报文抖动，所以应利用滤波器进行处理，之后根据处理值对寄存器或者处理器做进一步调整，使它们和合并单元之间的时钟相一致。最后，通过以太网中的额定延迟时间，对T1计数器进行调整，使之和合并单元的采样时钟具有同步性。

2.3 变速率插值

变速率插值在智能化变电站运行中的应用范围也不断增加。在变电运行中，需要电压及电流信号准确的从第一设备传输到第二设备，才能保证变电运行的稳定性。所以，在电子互感器的回路中，采样频率通常比较高。继电保护装置在样值采集时，为了实现连续性，需要降低采样点数目。二次数字采样也称作变速信号处理，包括三个数据处理步骤。由于在样值采集时存在着速率变换，当二次采样之后，互感器的截止频率已经无法满足香农定理，这时需要用到数字滤波，才能保证数据在传输过程中不发生重叠。由于数据窗类型不同，数据滤波也分成两个类别，分别为有限冲击响应和无限冲击响应。

3 结语

由于变电站运行方式转变为智能化，所以采样方式也发生变化，由传统方式变为分布式采样方式，以满足现阶段供电需求。

参考文献：

[1]郭乐.插值算法在智能变电站中的应用[J].电力自动化设备，2010，30（10）：103-109.

[2]孙蓓俊.智能变电站插值算法研究[J].华电技术，2013，35（11）：72-74.