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相量测量装置（PMU） 孙元章、程林 清华大学电机系电力系统研究所 二OO三年十一月 内容 电力系统分析与控制的需求 本地相位测量的实例 GPS原理介绍 相量测量装置PMU原理 相量测量装置开发 相量测量效果 潮流计算的目标 依赖于给定的系统结构和参数，计算导纳矩阵Y=G+jB 每个节点有4个变量，已知2n个变量，需要求解2n个联立非线性方程组 P、Q、U、 四个变量中， 是相对量，无法通过常规本地测量装置获得 暂态稳定分析的目标 根据故障前状态、给定系统结构和参数、给定故障、给定控制措施，获得发电机的功角摇摆曲线 相量测量的基本原理 相角测量可以采用过零检测法、快速傅立叶变换法(ＦＦＴ)和离散傅立叶变换法等 过零检测法的原理是由ＣＰＵ对过零点电压打上时间标签，并求出其相对于标准50Ｈｚ信号的角度 本地相位测量实例（一） 功率、功率因素的测量 本地相位测量实例（二） 发电机并网同期装置 并网条件： 频率 电压幅值 电压相位差 相量测量的关键因素 相量测量的关键是需要进行同步测量 而同步测量的基础是获得足够精度的统一时间基准 对于50Ｈｚ的工频量来讲,1ｍｓ的非同步误差将带来18°的相位误差 提高相位测量精度的方法 同步采样：同时触发多个A/D转换器 采样保持：外部通过阻容电路保持信号在一段时间内不衰减，顺序采样 高速采样：高速CPU和高速A/D配合 软件校正：估算相邻通道采样延时 异地相位测量？ 直接采用电信号进行比较 优点：原理简单、实现方便 缺点：信号衰减、信号延时 用途：近距离 各种可能的对时工具 优点：远距离相位测量 缺点：受对时精度影响 可能的方案：模拟微波1ms；光纤0.5ms；数字微波0.07ms；GPS 0.0005ms GPS系统介绍 GPS的全称为导航卫星定时测距全球定位系统(Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) GPS是美国国防部操纵的全球定位卫星系统，用以提供精确定位信息 该系统提供了全球范围内易获取精度为1us的定时脉冲 导航星全球定位系统是卫星无线电导航定位系统的一种 20 世纪70 年代初，美军继“子午仪”卫星导航系统之后，开始进行新一代卫星无线电导航系统GPS 的研制 其间经历了四个阶段： 方案论证阶段(1973～1979 年) 工程研制试验阶段(1980～1985年) 试运行阶段(1986～1990 年) 完善与应用阶段(1991～1995 年) GPS系统组成 GPS系统包括三大部分：空间部分、地面控制部分、用户设备部分 GPS的空间部分由24颗卫星组成，在地球的任意处至少可以看到5颗卫星。这些卫星均布于6条轨道,每条轨道布置4颗卫星。在24颗卫星中有3颗备份星,每隔一条轨道布置1颗。卫星的轨道高度20100km ,轨道周期11h58min,轨道倾角55°,轨道面间经度间隔60° 地面控制部分包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。对GPS卫星进行跟踪、测轨、遥测、遥控、GPS信息接收处理、轨道修正和电文更新等 用户设备就是GPS接收机。接收机根据自己的时钟和接收到的导航电文计算出接收机（天线）所在位置和GPS系统的时间 GPS授时的原理 在GPS 系统中,用户至GPS 卫星的距离可以通过测量伪码自卫星到用户的传输延时来确定 考虑到用户时钟相对于GPS 卫星时钟总是存在一定的偏差(该偏差包含在传输延时之中) ,因此这一偏差未被修正时的测量距离称为伪距 GPS授时的优点 全球全天候连续工作，用户数量不限 精度高。粗捕获码(C/A码)定时精度为100ns，精密伪随机码(P码)定时精度更高，但只对美国及其盟国开放 GPS采用了扩频和伪码技术，抗干扰能力强 可靠性高，信号易于获得 GPS系统的局限性及对策 GPS是冷战时期的产物，受美国国防部控制，为美国的全球政治军事战略服务 俄罗斯推出Glonass系统 欧盟今年启动伽利略(Galileo)系统 我国“北斗导航试验卫星”发射成功 现在已经有一些接收机可以同时接收GPS和Glonass系统的信号 2003年10月30日在北京举行第六次中国━欧盟领导人会晤，双方签署了《伽利略卫星导航合作协定》，中国决定加入“伽利略计划”，即欧盟15国在今年启动的伽利略导航卫星系统计划。 “伽利略计划”是欧盟与欧洲航天局共同开发的，旨在与美国全球定位系统（GPS）竞争的一套全球卫星定位系统，包括30颗卫星和地面设施，总预算估计超过30亿欧元。 伽利略计划的目标是到2010年在全球拥有18亿用户，到2020年拥有36亿用户。 GPS系统的局限性及对策 美国对GPS工作卫星的民用信号施加了诸如