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摘要：智能变电站通过合并单元集中完成传统变电站中保护、测控等装置的电气量采集，通过标准通信接口发给保护、测控等装置，实现数据的共享和数据来源的唯一。阐述了传统变电站和智能变电站采样的基本过程，分析了智能变电站采样延时的产生原因、延时产生的影响以及目前常用的消除采样延时使用的方法，提出了一种基于延时校正的补偿方法，推倒出了延时校正的公式，对发送至保护等装置的电压电流数字信号进行延时补偿，使其与采样时刻二次模拟量的大小和相位尽量一致，减少由于合并单元环节采样延时造成的影响。
关键字：智能变电站 互感器 合并单元 同步采样 延时补尝
1引言
智能变电站作为坚强智能电网的重要组成部分，采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能[1][2]。智能变电站采用互感器+合并单元的模式对电压电流信号采样，进行合并和同步处理后，将数字信号按照特定格式通过光缆转发给保护、测控等装置。这种方式用光缆代替了传统变电站使用的电缆，大大减少了采样信号传输过程中的电磁干扰、传输损耗等问题，提高了采样值的准确性和可靠性。
合并单元是电流、电压互感器的接口装置。合并单元在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的智能间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。但是合并单元需要将互感器的二次电压电流模拟量进行采样、同步、再将数字量发送至保护、测控等装置，增加了整个采样过程的延时，使得保护、测控等装置不能及时收到当前时刻的采样值，可能会影响继电保护装置正确动作。
2采样环节
传统变电站采用电磁式互感器通过电缆直接将电压电流送至保护和测控等装置中对电压电流信号进行采集，在整个模拟量采集过程中产生的延时非常小，可以忽略不计。目前大多数智能变电站采用互感器+合并单元的模式对二次电压电流模拟量进行采集。
电压、电流采样主要分为5个步骤。
(1)一次电压、电流经过电磁式互感器转变为二次电压、电流，并传输到合并单元。
(2)间隔合并单元将电流模拟量进行隔离变换、低通滤波后送入CPU进行AD采样，将模拟信号转换成数字信号，如图4所示。
(3)电压合并单元通过级联方式将电压信号传递间隔合并单元。
(4)合并单元将二次电压、电流数字信号进行同步重采样。
(5)合并单元将合并后的数字量以点对点或组网的方式传输至保护测控等装置。
3采样延时的组成和影响
与传统的变电站相比，智能变电站二次回路中的数据转换和数据信息传输的环节增多了，而且每个环节都会产生一定的延时，延时随着环节的增加而叠加明显不利于信息快速、及时地传输[3]。例如合并单元采样需要经过模数转换、数据同步处理、数据传输等环节，需要一定的时间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆数字采样延时td一般由二次电流、电压从电磁式互感器传输到合并单元的时间t1、AD采样模块的延时t2、母线合并单元与间隔合并单元级联所需的等待时间t3、合并单元处理数据的时间t4、合并单元SV发送及传输时间t5。在整个采样过程中，电压电流模拟量从电磁式互感器到合并单元是以光速传输的，产生的延时t1非常小，可以忽略不计。合并单元SV发送及传输时间t5是微妙级的，也可以忽略不计。采样过程中主要的延时由AD采样模块的延时t2、母线合并单元与间隔合并单元级联所需的等待时间t3、合并单元处理数据的时间t4组成，可以达到毫秒级。合并单元的采样、等待、数据处理环节一般基于定时中断完成，定时中断一般是采样周期的整数倍，因此这些环节所需的时间是可知的。目前单个合并单元的采样额定延时在1ms左右，级联合并单元的采样额定延时在1.5ms～2ms左右[4]。模拟量输入合并单元的采样值精度主要体现在输入量与输出量的之间的比值差和相位差。
在对电压电流信号的采样过程中，由于延时的影响，导致电压电流采样值无法准确到达保护、测控等设备，从而影响测量精度。随着传输延时的增大，会导致保护动作跳闸时间的增大，使电网切除故障的时间延长，严重时会使系统暂态稳定、动态稳定水平降低，甚至可能导致电网失去稳定[5][6]。
4合并采样延时补偿
减小合并单元采样延时的方法有很多，最直接的方法就是选择速度较快的AD转换器和运算较快的CPU，尽量缩短由于AD转换和信号处理所产生的延时。提高硬件电路的信号处理速度和精度虽然可以减小系统中所存在的延时，但是却增大了系统的成本，而且并不能从根本上消除采样延时。目前，智能变电站中为了消除采样延时，一般都采用采样数据同步方式，由于本间隔合并单元对电流信号的采样与母线合并单元对电压信号的采样并不同步，为了能够给保护等装置提供同步的数据输出，需要合并单元对原始的采样数据进行数据的二次重构，即重采样过程，以保证输出同步的数据。
对于电子式互感器有插值和脉冲同步两种同步方法。插值是各个电子互感器独立采样，各采样模块独立采样，没有同步信号的联系，并将电压、电流采样值以固定的延时发送至合并单元，合并单元通过延时补偿将多组异步的采样数据平移到同一时刻，然后根据自身时钟信号以插值计算方式对数据进行重采样，形成新的同步采样序列，其采样序号依据自身时钟信号而定，与原有采样模块的采样序号无关，从而实现了多个采样模块之间的数据同步。脉冲同步方法由合并单元向电子式互感器发送采样脉冲，不同采样模块都基于同步信号在同 一时刻进行采样，电子式互感器经过一定延时后将采样值发送给合并单元[7]。
本文采用基于算法的延时补偿方法。主要是对合并单元输出的数字量信号进行延时校正，因为合并单元具有延时，其发送给保护等装置的采样与互感器二次模拟量并不是同一时刻的采样值，所以对合并单元发送的数据进行校正，使发送给保护装置的数据还原成采样时刻的数据，使保护接收的数字量尽量与二次模拟量相一致，以提高保护采样的准确性。
5 小结
智能变电站中，合并单元式采样数据的来源，由于合并单元本身具有延时，使得保护测控装置并不能及时采集电压电流信号。传统的合并单元同步方式只是将各个互感器的采样信号进行同步。针对合并单元固有延时，本文提出了一种能够减小采样数据延时的算法，可以将从合并单元发送到保护测控的采样值尽量接近采样时刻的电压电流值，从而提高采样的准确度。
参考文献：
[1] Q/GDW383 智能变电站技术导则[S].北京：国家电网公司，2009.
[2] Q/GDW393 110(66)kV～220kV智能变电站设计规范[S].北京：国家电网公司，2010.
[3] 袁宇波，卜强生等.智能变电站数字采样延时特性分析与试验[J].电力系统自动化，2013，
37(24):76-80.
[4] 张泰磊，李光辉.重采样在合并单元延时治理中的应用[J].湖南电力，2015，35(4):60-63.
[5] 苟怀强，熊凯新等.基于改进小波突变点检测的合并单元额定延时测试方法研究[J].陕西电力，2015，43(12)：38-42.
[6] 黄灿，肖驰夫等.智能变电站中采样值传输延时的处理[J].电网技术，2011，35(1)：5-10.
[7] 王立辉，许扬，陆于平等．数字化变电站过程层采样值时间同步性分析及应用[J]．电力自动化设备，2010，30(8)：37-40．
作者简介：
史新华（1975.3）男，大学本科 高级工程师 电力系统及自动化
郑 峰 (1988.4) 男，研究生， 继电保护，
张建军（1965.8）男，大学本科。高级政工师
赵星仓（1980.7）男，大学本科 工程师 电力系统及自动化
贾 珍（1990.6）女， 大学本科助工 电力系统及自动化
论文作者:史新华,郑峰,张建军,贾珍,赵星仓
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
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