基于GPS技术的电力系统同步相量测量装置
GPS在同步电压相角测量装置中的应用
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基于发电厂同步相量测量装置的设计
基于发电厂同步相量测量装置的设计
刘 伟
（吉林电子信息职业技术学院，吉林 吉林 132021）
摘 要：同步相量测量装置可以完成在电力系统内进行动态实时监测及运行状态检测，观测系统的稳定裕度，在动 态过程中记录电压失稳等，从而实现电力安全报警，并逐步完成电力控制分析等高级应用。
关键词：电压；监控系统；记录
八、结语 本文对同步相量测量装置的总体方案及设计依据的标准等 内容，重点阐述了发电厂PMU信息量的相关设计，PMU配置帧 的参数描述和赋值、接入量、布置方案、通讯相关的设计等， 并在设计中增加以配置帧为核心的传输校验机制。
参考文献 [1] 王少荣.电力系统分布式广域同步并行处理平台研究[D].华
中科技大学，2004. [2] 沙占友.集成化智能传感器在环境监测中的应用[J].国外电
最大量程
转换因子 =
×× 10105-5
满码数值
2.A/D测量范围与实际输入范围匹配不一致：如A/D量程为
0—20mA而实际输入为4—20mA。 显示值=（PMU传输码－6553）×转换因子×10-5
转换因子 = 最大量程 − 对应4mA的量值 ××10105-5 满码数值 − 6553
量纲：V或A 计算周期：40ms （二）频率偏移量 实际频率显示值f=+PMU传输码×10-3＋50 转换因子=1 量纲：Hz 计算周期：10ms （三）相量幅值 显示幅值=PMU传输码×转换因子×10-5
（二）通信功能
第一，传送实时监测数据、系统状态信息、数据记录以及
请求向装置发出的信息。
第二，根据主站下达的命令进行接收。 三、同步相量装置模拟主站软件
在测试现场调试程序时，主站单元向各站内PMU装置进行 召唤配置帧、运行的信息。其主要实现接受到的IEEE std 13441995（R2001）通道报文解析；接受各装置的1秒数据帧、整点 数据；比较相量角，并通过图形显示，矢量图及触发与同步信 息的显示，完成系统通讯流量等功能。
基于GPS的同步数据采集装置的设计与实现的开题报告
基于GPS的同步数据采集装置的设计与实现的开题报告1. 题目基于GPS的同步数据采集装置的设计与实现2. 研究背景和意义随着科技的不断进步，许多行业对于数据的需求越来越高，尤其是在农业、气象、交通等领域，需要实时、准确地采集和监测数据。
其中，GPS 技术作为一种高效的定位技术，可以实现对于地理位置的精确定位，因此被广泛应用于数据采集领域。
然而，目前市场上的GPS采集器通常只能采集位置信息，而无法实现多种数据的同步采集。
因此，本研究旨在设计并实现一种基于GPS的同步数据采集装置，解决现有产品无法同时采集多种数据的问题，实现对于地理位置、气象、环境等多种因素数据的准确采集，为相关行业的数据监测提供更为全面、准确的数据支持。
3. 研究内容和方法本研究的主要内容为设计并实现一款基于GPS的同步数据采集装置，包括硬件设计和软件开发。
具体步骤如下：（1）硬件设计：通过调研市场上已有的GPS采集器，确定设计方案，并制作硬件原型。
（2）软件开发：开发数据采集程序，实现对于多种数据的同步采集，并进行数据处理和存储。
（3）测试和优化：对于制作出的硬件原型进行测试，并根据测试结果进行优化，确保采集器的稳定性和准确性。
本研究将采用调研、仿真、实验等方法进行研究，旨在设计出更为稳定、准确的基于GPS的同步数据采集装置。
4. 预期成果和意义本研究的预期成果是设计并制作出一款基于GPS的同步数据采集装置，实现对于多种数据的同步采集，并进行准确的数据处理和存储。
同时，该采集器具有稳定性高、精度高等优点，能够满足农业、气象、交通等领域对于数据的多方面需求，提供更全面、准确的数据支持。
在实际应用中，该采集器可用于农业作物监测、气象数据采集、交通流量分析等领域，也可用于对于环境污染、资源调查等领域的数据采集。
因此，本研究具有重要的研究价值和实际应用价值。
同步相量测量装置说明书
同步相量测量装置说明书
同步相量测量装置是一种用于测量电力系统中电压、电流和相位
等参数的设备。
其主要功能是实现电气网络综合监测和故障诊断，为
电力系统运行提供数据支持。
该装置由采集单元、处理单元、通讯单元和控制单元等组成。
采
集单元负责采集电力系统中的电压、电流等参数；处理单元对采集到
的数据进行处理和分析，并进行相位测量；通讯单元可与计算机等外
部设备进行数据传输和交互；控制单元则用于装置的控制和管理。
使用同步相量测量装置，可以实现对电力系统中各个节点的电参
数进行实时监测和测量，有助于提高电力系统的运行效率和安全性。
同时，该装置还可应用于配电网、光伏发电和风力发电等领域，充分
发挥其测量和监控功能。
在进行同步相量测量时，需要注意检查装置的接地情况和采集单
元的放置位置，以确保测量结果的准确性和稳定性。
同时，也需要注
意保养和维护装置的各个部件，延长其使用寿命。
总之，同步相量测量装置是一种重要的电力系统监测和管理设备，可提供精准的数据支持和故障分析，对电力系统的稳定性和可靠性具
有重要作用。
同步相量测量装置
装置应用
20世纪90年代以来，pmu陆续安装于北美及世界许多国家的电网，针对同步相量测量技术所进行的现场试验， 既验证了同步相量测量的有效性，也为pmu的现场运行积累了经验。其中包括1992年6月，乔治亚电力公司在 scherer电厂附近的500 kv输电线上进行了一系列的开关试验，以确定电厂的运行极限并验证电厂的模型；1993 年3月，针对加利福尼亚—俄勒冈输电项目所进行的故障试验等。试验中应用pmu记录的数据结果与试验结果相当 吻合。
谢谢观看
装置原理
基于gps时钟的pmu能够测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，通过通信网把数据传到监测 主站．监测主站根据不同点的相位幅度．在遭到系统扰动时确定系统如何解列、切机及切负荷．防止事故的进一 步扩大甚至电网崩溃。根据功能要求．pmu应包括同步采样触发脉冲的发生模块、同步相量的测量计算模块和通 信模块。同步采样触发脉冲的发生部分主要功能是提供秒脉冲和当前标准时间(精确到秒)。为了降低对gps的依 赖性．在gps丢失卫星后一段时间内．由本机自身晶振提供相当精确的秒脉冲。相量测量运算部分输入模拟交流 信号．a/d由外部产生的同步采样脉冲触发．转换完成后发送“中断”给信号处理模块(dsp)．dsp每读取一点的 数据就和前面的采样数据进行数字傅里叶变换(dff)运算，求出该交流信号基波的幅值和相位。主dsp在计算相位 后同时加上相应的时标从通信接口将相量数据发送到监测主站或保存在本地共控机上．同步串口通信数据除了采 样点时刻的时标外．还有测量cpu发出的当前交流信号频率。
沈阳工业大学科技成果——同步向量测量装置的研制
沈阳工业大学科技成果——同步向量测量装置的研制
项目简介
沈阳工业大学经过多年研究，研制出基于GPS同步时钟的同步相量测量装置，可实现对发电机功角和母线电压相量的精确实时测量，它是构建电网广域动态实时监控系统的基础和核心部分。
该成果经国家电网公司鉴定认为，填补国内外空白、国内领先。
应用范围
电力系统同步相量测量装置可安装在发电厂、变电站，作为电力系统同步相量的测量装置，也可作为实时相量数据以及暂态录波数据的记录分析装置，还可与各级电网实时动态监视系统的主站进行配合以实现电网动态稳定监控系统。
技术特性
同步相量测量装置以精确的GPS同步时钟信号作为采样信号的基准，使各个远方异地节点的相量之间存在确定的统一相位关系。
具有高速的内部数据总线和对外以太网通信接口，具有很高的测量精度，具备很高的运行稳定性和记录数据可靠性。
获奖情况辽宁省政府科技进步一等奖、国家机械工业局科技进步一等奖、国家自然科学基金主任基金资助成果。
专利情况辽宁省电力公司科技进步一等奖。
技术水平国内领先
所属领域能源与环保
生产及使用条件（含环保要求）
同步相量测量装置采用双CPU构架、模块化单元设计、插板式安装结构。
软件系统采用嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ开发，使本装置的软件开发和维护变得简单可靠。
市场及经济效益预测
推广应用到辽宁、黑龙江、贵州等地区的变电站和电厂，避免电网损失近亿元，实现利益近千万元，产生显著的经济效益和社会效益，为电网稳定可靠运行提供有效保证。
合作方式技术服务
已使用推广情况
本产品已应用在调度中心、变电站、发电厂，其运行可靠、性能良好。
电力GPS-K805用户手册
客户满意是我们的追求 K805卫星同步时钟用户手册1 概述K805卫星同步时钟是我公司开发研制的应用GPS技术授时的标准时间显示和发送的装置，该装置以美国全球定位系统（GLOBAL POSITIONING SYSTEM,缩写为GPS）为时间基准，选用美国原产的GPS接收器，进行二次研制开发而成，可以同时跟踪12颗卫星，对时精度达0.5μS。
装置采用SMT表面贴装技术生产，大规模集成电路设计，以高速芯片进行控制，具有精度高、稳定性好、功能强、无积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单等特点，全自动智能化运行，免操作维护，适合无人值守。
装置采用全模块化结构设计，其输入、输出、电源等均可灵活配置，并具有丰富的各类模块及板卡供选择（特殊需求可提供定制服务），对时信号的种类和数量都可根据需要灵活选择配置。
装置有标准RS232、RS422/485、脉冲、IRIG-B、DCF77、NTP协议时间输出等接口形式，可以适应各种不同设备的对时需要，广泛应用于电力、金融、通信、交通、广电、石化、冶金、国防、教育、公共服务设施等领域。
2 安全须知2.1使用本装置之前，请您仔细阅读用户手册和装置随带的其它用户说明。
2.2非专业人员请勿随意打开机箱，不能改动任何跳线设置，以免影响装置的正常工作。
2.3 避免金属线头（丝）或其它金属物体落入机箱内，以防止短路或其它故障的发生。
2.4装置运行过程中，非专业人员不可随意按动装置前面板的按键。
2.5 装置使用之前，请将装置后面板上的接地端可靠接地。
2.6在接电源之前，请确认用户手册上的电源要求，按要求接入电源。
2.7 在脉冲空接点上所加的电压、电流应满足接点要求，接点容量见具体接点说明。
2.8不同类型信号输出卡输出的信号电压、电流幅值不同，在将信号接入被对时设备前请确认所接对时信号类型是否正确，以免损坏被对时设备接口。
3 装置的用途K805卫星同步时钟主要应用于以下方面：3.1 将时间显示给运行人员观察或作人工记录的时间显示屏。
同步相量测量装置(PMU)培训教材
向量测量装置（PMU）基础知识（2010-5-13）一、同步测量技术的基本原理同步相量测量是利用高精度的GPS 卫星同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量，通过通信系统传送到电网的控制中心或保护、控制器中，用于实现全网运行监测控制或实现区域保护和控制。
交流电力系统的电压、电流信号可以使用相量表示，相量由两部分组成，即幅值X（有效值）和相角φ，用直角坐标则表示为实部和虚部。
所以相量测量就必须同时测量幅值和相角。
幅值可以用交流电压电流表测量；而相角的大小取决于时间参考点，同一个信号在不同的时间参考点下，其相角值是不同的。
所以，在进行系统相量测量时，必须有一个统一的时间参考点，高精度的GPS 同步时钟就提供了一个这样的参考点。
任意两个相量在统一时间参考点下测得的两个相角的“差”即为两地功角，这就是相量测量的基本原理。
设正弦信号：可以采用相量表示为：由式(2)可见，相量有两种表示方法：直角坐标法（实部和虚部）和极坐标法（幅度值和相位）。
交流信号通过傅里叶变换，将输入的采样值转换到频域信号，从而得到相量值。
式(1)可以用相量的形式表示出来：如图1-1 所示，V(t)代表变换器要处理的瞬时电压信号，通过傅里叶变换，电压或电流可以用相量的形式表示出来。
二、组成结构1. 基本结构：2. 基本实现方式：3. 组合方式：分为集中式和分布式组合方式，类同与原RTU与目前测控装置组合方式。
a) 集中式子站集中式子站一般集中组屏，通信方式简单，通信电缆较少。
适用于集中主控式的变电站及发电厂和电厂开关站，PAC-2000 电力系统相量测量装置可以直接与多个主站通信。
b) 分布式子站分布式子站能显著减少二次系统电缆长度，大大降低二次系统负载，工程设计灵活，降低安装工作量，提高测量精度。
适用于规模很大或测量信号分散的发电厂和变电站，PAC-2000 电力系统相量测量装置可以通过数据集中器来构建分布式子站，数据集中器将各PMU 的信息透明发送到主站，同时将主站的命令信息发送到各PMU 中。
PMU相量测量装置简介
PMU相量测量装置。
02
实施过程
南方电网在关键变电站和输电线路中部署了PMU相量测量装置，利用
大数据技术和云计算平台对海量数据进行处理和分析。
03
效果评估
南方电网通过PMU相量测量装置的应用，提高了电网的智能化水平，
实现了对电网运行状态的实时监控和优化调度，减少了停电事故的发生。
大型企业能源管理项目应用案例
采用低功耗设计、休眠模式等节能技术，以延长装置的使用寿命 并降低维护成本。
电源监测与预警
具备电源状态监测功能，及时发现电源故障或电量不足的情况， 并提供预警信息。
04
PMU相量测量装置的未 来发展
技术创新与升级
1 2 3
硬件升级
随着电子技术和制造工艺的进步，PMU相量测 量装置的硬件将不断升级，提高测量精度和稳定 性。
功能
PMU通过采集电压和电流的相位、幅 值等信息，提供电网的实时动态数据， 用于分析电网的运行状态、稳定性以 及进行故障诊断等。
工作原理
工作原理
PMU通过安装于电力系统的传感器 ，实时采集电压和电流信号，并利用 数字信号处理技术，计算出电压和电 流的幅值、相位等信息。
时间同步
PMU内部装有高精度时钟，并通过GPS （全球定位系统）接收器进行时间同步， 确保各PMU之间的数据同步。
分布式能源管理
PMU装置可以监测和管理分布式 能源的接入和运行，提高能源利 用效率。
能源调度与优化
基于PMU提供的数据，可以对能 源调度和优化进行精细化操作， 提高能源供应的可靠性和经济性。
科研与教育
科研数据支持
PMU装置提供的大量实时数据为电力系统科研提供了有力支持，有助于推动相 关领域的技术进步。
基于GPRS和GPS的三相电能质量监测仪
维普资讯
第２ ５卷 第 ｉ 期
２０ ０ ８年 １月
机
电 Ｊ ２ ＮＯ． １
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＆ ＥＬＥＣＴＲＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＡＧＡＺＩ Ｍ ＮＥ
Ｊ ｎ． ２ ａ ００８
基于 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ和 Ｇ Ｓ的三相电能质量监测仪 Ｐ
种基于 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ无线 通信 和 Ｇ Ｓ同步采样 的低成 本 电能 Ｐ
质 量监 测装 置 。
各行 各业 技术产 品 的提 升 ， 电力 系统 供 电质量 的要 对 求越 来越 高 。同时 ， 电力系 统 的污染 现象也 Ｅ趋严 重 ， ｔ
（１ Ｃ ｌ ｇ Ｅｅｔｉ ｌＥ ｇｎ ｅｉｇ，Ｚ ｅａ ｇ Ｕ ｉｅｓｙ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ３ ０ ７，Ｃ ｉａ； ． ｏｌ ｅ ｅ ｌ ｒｃ ｎ ｉｅｒｎ ｃ ａ ｈｊ ｎ ｎｖｒｉ ｉ ｔ ｎ ｚ ｏ ２ １ ０ ｈｎ ２ Ｚ ｅ ａ ｇ Ｗｅｚ ｏ ｅｔｃＰ ｗ ｒＢ ｒａ ． ｈｊ ｎ ｎｈ ｕＥｌ ｒ ｏ ｅ ｕ ｅｕ，Ｗｅｚ ｏ ２ ０ ０，Ｃ ｉａ） ｉ ｃｉ ｎｈ ｕ３ ５ ０ ｈｎ Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂａｅ ｎ ｇｏ ａ ｐ ｓｔ ｎ ｓｓｅ （ Ｐ ｓ ｄｏ ｌｂ ｌ ｏ ｉｏ ｙｔｍ Ｇ Ｓ）ｔ ｙ ｃ ｒｎｚｔ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｅ ｅａ ａ ｋ ｔｒｄｏ ｓ ｒｉｅ（ ＲＳ ｉ ｉ ｓｎ ｈｏ ｉａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｇｎ ｒｌｐ ｃ ｅ ａ ｉ ｅｖｃ ＧＰ ） ｍｅ ｏ