随着自动化变电站中一次设备的数字化和集成化,间隔层的一些功能下放到过程层去实现,使得过程层的结构日趋复杂和重要。由于过程层中二次设备需要对变电站的实时信息进行分析处理,合并单元从采集数据到发送数据的同步延时不仅要短,而且要固定。然而,目前数字化变电站中的校时功能往往并不精确,如何保持采样数据同步是一个需要解决的关键问题。针对采样数据不同步的问题,本文利用FPGA设计并实现了变电站数据同步系统,对实现变电站内资源共享和系统集成具有重要的理论意义和实用价值。本文首先阐述了数字化变电站的发展及目前国内外在采样数据同步方面的研究现状,对具有数字化接口功能的合并单元进行了分析。根据同步合并单元在系统中需要实现的具体功能,本文介绍了数据同步系统的设计方案,将系统分为多路数据采样模块、数据同步处理模块、以太网数据通讯模块等。通过对同步问题的深入研究分析,系统采用牛顿插值算法对采样数据进行了同步处理。该方法利用合并单元采样信息的准确到达时刻、报文的延迟时间来推算合并单元对应于本地时刻的采样样本,然后通过插值计算获取不同合并单元对应同一本地时刻的采样样本信息。与目前数字化变电站主要的同步方式时钟同步相比,其不需要外接同步时钟源即可实现采样值同步由于同步合并单元需要完成多路并行数据的采集并进行实时处理,要求有较多的输入/输出端口。而且合并单元接收处理转换后的数字电流、电压信号对于保护设备来说处理的数据最大误差不得超过4μs,对于计量装置不得超过1μs。单个单片机很难完成此任务,目前该同步方案多是利用多个单片机进行联机处理,虽然能够解决这个问题,但系统的集成度不好,且性能也会降低。因此本系统利用FPGA作为处理器,完成硬件平台的设计与实现。设计时将系统分成几个子模块,各子模块可独立的、并行执行,执行速度为纳秒级。经过软件仿真和硬件平台测试,证明该系统准确有效,并且精度满足数字化变电站二次设备对采样数据同步的要求,对电网自动化水平的提高及发展具有重要意义。