基于GPS的电力系统功角测量装置（PMU）的研制
摘要
随着现代电力系统的发展，电力系统的暂态问题越来越严重。相角(包括发电机的功角和母线电压相角)是反映系统稳定性的最主要的状态量，如果它能够被实时测量，可以根据相角信息采取有效的控制措施，从而使得发电机群仍然能够保持同步。为此，必须测量各发电机的功角，并把此信息送到调度中心。而且，这些发电机的功角必须在同一时刻下测量，必须有相同的参考基准。这些都促使我们进行功角测量装置(PMU)的研制。
我们研究了发电机测速脉冲和其A相空载电势相位的关系，提出了只需测量与发电机同轴的测速发电机发出的测速脉冲的分频信号，经过计算就可以得出发电机相角的测量方法。
我们采用了过零检测来测量发电机的功角。采用GPS的秒脉冲作为同步参考基准，从而保证了所测的各发电机的相角具有相同的参考基准。同时这些相角信息也贴上了相应的时间标签。我们在此基础上实现了相应的软硬件。
With the development of modern power systerm, the transient stability problem becomes more and more serious. Phaser including phasor of generators and phasor of bus voltage are most important state variables that reflect stability of power systerm .If it can be measured at real time, dispatcher adopts in effect controlling step based on phasor such that all generators can still be synchronously operated To do this, it is necessary to messure the phasor of generators and to send.them to the power system control center. However, these phasor of generators should be messured at the same time and with the same reference.These urge us to research phasor measurement unit.
After investigating the relationship between generator measuring speed pulse and its on-load voltage at phase A, it is proposed in the thesis that we can obtained phasor of generators through messuring dividing frequency signal of generator measuring speed pulse.
Zero-crossing detecting approach is used to detect the phasor of generators. And the 1PPS of the GPS receiver is used as the synchronous signal and reference to ensure that the messured phasor of generator is the same reference. Also the phasors of generators are labeled with the corresponding standard time. The hardware and the software of PMU are designed and implemented based on those.
我们研究了发电机测速脉冲和其A相空载电势相位的关系，提出了只需测量与发电机同轴的测速发电机发出的测速脉冲的分频信号，经过计算就可以得出发电机相角的测量方法。
我们采用了过零检测来测量发电机的功角。采用GPS的秒脉冲作为同步参考基准，从而保证了所测的各发电机的相角具有相同的参考基准。同时这些相角信息也贴上了相应的时间标签。我们在此基础上实现了相应的软硬件。
With the development of modern power systerm, the transient stability problem becomes more and more serious. Phaser including phasor of generators and phasor of bus voltage are most important state variables that reflect stability of power systerm .If it can be measured at real time, dispatcher adopts in effect controlling step based on phasor such that all generators can still be synchronously operated To do this, it is necessary to messure the phasor of generators and to send.them to the power system control center. However, these phasor of generators should be messured at the same time and with the same reference.These urge us to research phasor measurement unit.
After investigating the relationship between generator measuring speed pulse and its on-load voltage at phase A, it is proposed in the thesis that we can obtained phasor of generators through messuring dividing frequency signal of generator measuring speed pulse.
Zero-crossing detecting approach is used to detect the phasor of generators. And the 1PPS of the GPS receiver is used as the synchronous signal and reference to ensure that the messured phasor of generator is the same reference. Also the phasors of generators are labeled with the corresponding standard time. The hardware and the software of PMU are designed and implemented based on those.
引文
[1]DS80C320 High-Speed/Low-Power Micro Datasheet Reference
[2]MAX125 (7816) 2x4-Channel, Simultaneous-Sampling 14-Bit DAS Oatasheet Reference
[3]IDT7134 Memory—Datasheet Reference
[4]MAX813 Supervisory Circuits Datasheet Reference
[5]PHOSOR MEASUREMENT APPLICATIONS IN SCANDINAVIA Magnus Akke ABB, Sweden magnus, akke@se, abb. com Daniel Karlsson ABB, Sweden daniel, h. karlsson@se,abb.com
[6]Model1690 说明书
[7]卢志刚，华北电力大学博士论文，电力系统实时相角测量，1998
[8]丁仁杰，清华大学博士论文，电力系统同步向量动态测量技术的研究与实现，1995
[9]陈志鹏，西安交通大学硕士论文，基于GPS的发电机转子位置测量，2001
[10]卢志刚，郝玉山，康庆平，杨以涵，电力系统相角测量和应用，电力系统自动化，1997．4，41～44
[11]熊敏，施慧，两地功角相量监测系统在电力系统中的应用，中国电力，1998．2，7～10
[12]屠强，周迎秋，白铮，田伟，贾伟，闵勇，韩英铎，黑龙江东部电网区域稳定控制系统的研制开发，电力系统自动化，1997．7，106～108
[13]吴京涛，闵勇，丁仁杰，徐飞，崔文进，杨滨，田伟，王义伟，才洪全，贾伟，屠强，黑龙江省东部电网区域稳定控制系统的二期开发，电力系统自动化，2001．6，49～51
[14]王少荣，孙海顺，同步发电机功角高精度测量方法及其实现，中国机械工程，1999．10，667～669
[15]董清，单波，同步发电机功角转速测量装置，华北电力大学学报，1999．7，7～11
[16]赵凤山，王旭东，用单片机测量同步发电机功角的方法，黑龙江电力技术，1995．10，279～281
[17]刘佩芬，焦莉，用单片机实现同步发电机的功角测量，电脑学习，1998．2，10～13
[18]聂桂根，刘经南，GPS测时在电力系统中的应用汉大学学报·信息科学版，2000．2，154～157
[19]苗世洪，王少荣，基于GPS的电网状态监测系统的设计与实现，电力系统自动化，2000．6，52～56
[20]严登俊，鞠平，吴峰，韩敬东，基于GPS时钟信号的发电机功角实时测量方法，研制与开发，20002．4，38～42
[21]杨世勇，GPS定时技术在电力系统电压相角测量中的应用，陕西天文台台刊，1998．12，27～31
[22]卢志刚，穆永民，GPS技术在实时相角测量中的应用，电力自动化设备，2000．12，20～24
[23]章育群，大型发电机功角的微机测量系统，微处理机，2001．5，54～57
[24]李鹏，陆于平，大型发电机微机失步保护的研究，1999．11，电力系统自动化，24～27
[25]闫苏莉，电力系统功角测量方案的研究西安石油学院学报，1999．5，31～32
[26]闵勇，丁仁杰，任勇，王仲鸿，电力系统全网同步监测系统，清华大学学报(自然科学版)，1997．7，86～88
[27]郭茂，彭白杨，冯旭，电力系统实时相角测量新方法，电测与仪表，2000．11，21～24
[28]金基圣，南德哲，姜佰峰，牛夏牧，电网动态稳定监测系统，电力系统自动化，1998．8，26～29
[29]汪建，代仕勇，发电机功角的微机测量系统，仪器与仪表，2001．1 17～21
[30]郑太一，功角特性的同步发电机失磁静稳判据，电力自动化设备，1999．8，50～51
[31]严伟，陆于平，李鹏基于功角直接测量及预测的发电机失步预测保护，继电器，2001．3，20～23
[32]聂桂根，刘经南，GPS测时在电力系统中的应用，武汉大学学报·信息科学版，2002．2，154～157
[33]赵文韬，王树民，朱桂萍，潘隐萱，基于GPS的电能质量监测与分析系统的研制，新技术新产品，2002．3，69～72
[34]周捷，郑玉平，PC总线GPS同步时钟卡的新设计方法，工业仪表与自动化装置，1999．5，20～23
[35]王元虎，卫星时钟在电网中应用的若干技术问题，中国电力，1998．2，10～13
[36]www.navchina.com
[37]曾祥君，尹项根，GPS同步暂态录波仪的研制，高电压技术，2000．2，56～60
[38]曾祥君，尹项根，电力系统暂态过程同步记录的研究，电力系统及其自动化学报，2001．2，1～4
[39]罗毅，分布式故障录波系统，电力系统自动化，2001．10，59～62
[40]张承学，龚庆武，基于GPS同步采样装置的研制及其应用，电力系统自动化，2000．5，49～52
[41]余晓龙，丁仁杰，胡炯，闵勇，区域稳控装置内部数据传输体系的改进与实现，2001．12，41～44
[42]余晓龙，丁仁杰，胡炯，闵勇，全网同步监测装置GPS接口模块的改进设计与实现，通讯与电视，2001．12，41～44
[43]顾和荣，史增洪，电力系统实时相角测量装置，燕山大学学报，1997．7，256～259
[44]卢志刚，韩岩 电力系统实时相角测量装置的研制，电力自动化设备，1998．8，40～43
[45]卢志刚，郝玉山，康庆平，郝育黔，杨以涵，电力系统实时相角监控系统结构研究，电网技术，1998．5，18～21
[46]孟昭勇，梁军，功角测量系统及其在动模实验室中的应用，继电器，1998．4，27～31
[47]阎苏莉，利用电力系统同步时钟测量功角，陕西水力发电，1997．9，47～50
[48]袁萍生，新型发电机功角测量装置的设计，广东电力，1997．3，43～47
[49]刘浩，蔡月明，郑建勇，基于DS80C320的GPS卫星同步时钟，电力自动化设备，2001．9 22～25
[50]刘浩，郑建勇，应用于电力系统中的GPS同步时钟，继电器，2001．1，47～50
[51]厉荣卫，袁静萍，用DS80C320实现数据的高速传送，常州技术师范学院学报，1996．5，32～34
[52]傅周兴，郭颖娜，基于GPS同步采样技术在电子系统中的应用，西安科技学院学报2001．9，249～251
[53]龚庆武，刘美观，GPS同步采样装置中防止干扰GPS秒脉冲信号的措施，2000．1，45～47
[54]任勇，闵勇，徐飞，丁仁杰，王仲鸿，全网同步监测系统的实时数据传输清华大学学报，(自然科学版)，1997．7，82～85
[55]苗世洪，王少荣，利用双口RAM实现主机与远方多个子机的实时数据交换问题，计算
机工程与应用，1999．11，120～121
[56]王幸之，王雷，翟成，王闪，单片机应用系统抗干扰技术：北京航空航天大学出版社，2000．2
[2]MAX125 (7816) 2x4-Channel, Simultaneous-Sampling 14-Bit DAS Oatasheet Reference
[3]IDT7134 Memory—Datasheet Reference
[4]MAX813 Supervisory Circuits Datasheet Reference
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[7]卢志刚，华北电力大学博士论文，电力系统实时相角测量，1998
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[49]刘浩，蔡月明，郑建勇，基于DS80C320的GPS卫星同步时钟，电力自动化设备，2001．9 22～25
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[52]傅周兴，郭颖娜，基于GPS同步采样技术在电子系统中的应用，西安科技学院学报2001．9，249～251
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机工程与应用，1999．11，120～121
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