基于GPS的电力系统同步相量测量装置硬件的研究

论文摘要

随着我国电力系统发展和大区电网互联,电网的安全稳定控制变得越来越重要。在这种情况下,研制高性能的同步相量测量装置（PMU）迫在眉睫。本文参考了学校和武汉某公司合作研发的录波器的设计方法,提出了一种新型PMU装置的设计方案,并负责完成了装置的器件选型、硬件模块设计、算法研究、装置抗干扰研究等工作。装置采用高精度、快速的ADC芯片实现了实时采样,利用CPLD芯片提供了精确的时序脉冲,运用DSP+ARM模式完成了数据分析和网络通信的相互配合,采取改进型同步测量算法满足了规范要求。经实验证明,该装置在采集通道数量、数据记录的实时性、可靠性以及数据远传能力方面都好于现有的PMU装置。经MATLAB仿真验证,改进型同步测量算法在不同情况下都具有较高的精度和较强的实时性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外技术与发展
• 1.3 PMU装置在电力系统中的应用背景
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 PMU装置的实现
• 2.1 引言
• 2.2 PMU装置的主要特性
• 2.2.1 实时性要求
• 2.2.2 精度要求
• 2.3 PMU装置的主要结构
• 2.3.1 PMU装置的原理框图
• 2.3.2 模拟量采集系统
• 2.3.3 模拟量采集电路与DSP的接口
• 2.3.4 相量计算模块
• 2.3.5 ARM系统
• 2.4 装置硬件的选型
• 2.4.1 CPU的选择
• 2.4.2 ADC的选择
• 2.4.3 可编程逻辑器件的运用
• 2.4.3.1 CPLD芯片的原理介绍
• 2.4.3.2 硬件描述语言－Verilog VHDL
• 2.5 PMU的模拟量采集电路设计
• 2.5.1 模拟量采集电路的设计方法
• 2.5.2 模拟量采集电路的性能分析
• 2.5.2.1 采集电路的精度分析
• 2.5.2.2 采集电路的实时性分析
• 2.6 模拟量采集电路与DSP的接口电路设计
• 2.6.1 CPLD器件编程
• 2.6.2 光电耦合电路
• 2.7 DSP与ARM芯片的接口电路设计
• 2.8 装置结构的设计
• 2.9 本章小结
• 第三章 同步相量测量方法的研究
• 3.1 现有测量方法的概述
• 3.1.1 功角测量的方法
• 3.1.1.1 间接测量法
• 3.1.1.2 直接测量法
• 3.1.1.3 本文的功角测量法
• 3.1.2 电压、电流基波相量的测量方法
• 3.2 改进型同步相量测量算法
• 3.2.1 算法原理
• 3.2.1.1 频率的测量
• 3.2.1.2 幅值误差补偿算法
• 3.2.1.3 相位测量算法
• 3.2.2 算法仿真及分析
• 3.2.2.1 稳态精度测试
• 3.2.2.2 动态精度测试
• 3.3 本章小结
• 第四章 装置的抗干扰设计
• 4.1 引言
• 4.2 GPS秒脉冲的抗干扰
• 4.2.1 软件措施
• 4.2.2 硬件措施
• 4.3 信号传输的抗干扰
• 4.4 定时器的抗干扰计算
• 4.5 PMU装置中其他软、硬件抗干扰措施
• 4.5.1 指令冗余
• 4.5.2 硬件相关的抗干扰措施
• 4.5.3 装置中软硬件结合的“看门狗”技术
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文和参加科研情况