基于锁相环结构的GPS时间同步系统及其在电力系统中的应用研究

论文摘要

近年来,我国电力系统的规模日益扩大,电网结构和运行方式日益复杂。我国电力系统的发展对其安全稳定运行提出了更高的要求。由于世界范围内电力系统突发事故的相继出现,现行的基于分布时间基准的监控方式受到了置疑。因此,寻找功能更为强大、原理更为先进的电力系统时间同步服务系统是十分必要的。本文着眼于上述问题,开展了大量的研究工作,目的就是建立统一的高精度同步时间基准,以满足电力系统时间同步服务系统对同步时钟的要求。论文的主要内容如下：本论文的主要工作是基于锁相环结构和时间频率校正算法的GPS电力系统同步时钟的研制及其应用研究。包括电力系统传统时间同步方法及其问题的探讨；GPS同步时间频率校正算法的研究；GPS电力系统同步授时装置的开发设计等；论文首先分析了电力系统自动化对时间同步的需求,以及传统时间同步的方法和问题所在。在此基础上提出了应用GPS卫星授时技术的时间同步方法。其次,本文着重论述了应用GPS卫星时钟秒脉冲校正本地恒温晶振频率源的方法,即本文提出的时间频率校正算法；简要介绍了锁相环相关理论,并在其基础上详细论述了基于锁相环结构的GPS时频校正算法的具体实现,包括系统数学模型的建立及相关算法的分析。再次,对GPS系统的组成和GPS授时原理进行阐述和分析后,结合时频校正算法对同步时钟的具体要求,设计了适于电力系统应用的GPS同步授时装置,主要包括GPS同步授时装置的硬件、软件实现方法。论文还讨论了GPS同步时钟在电力系统中的应用。比较了输电线路故障测距的几种方法,讨论基于GPS同步时钟的现代行波故障测距方案。最后列举了GPS同步时钟在电力系统的电流差动保护、相位测量等方面的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 时间同步技术的发展和现状
• 1.2.1 国内外时间同步技术的发展
• 1.2.2 我国时间同步技术的现状
• 1.3 论文主要工作及章节安排
• 2 电力系统自动化中的时间同步方法
• 2.1 传统时间同步方法及存在的问题
• 2.1.1 传统的时间同步方法
• 2.1.2 传统时间同步方法中存在的问题
• 2.2 基于GPS的同步时间服务系统
• 2.2.1 电力系统对广域同步时钟系统的关键技术指标要求
• 2.2.2 基于GPS的同步时间服务系统
• 2.3 本章小结
• 3 基于锁相环的GPS时频校正算法研究
• 3.1 基于锁相环的GPS时频校正系统原理及组成
• 3.1.1 锁相环（Phase-lock-loop）结构简介
• 3.1.2 GPS系统及其授时原理
• 3.1.3 GPS时频校正的优势及系统控制目标
• 3.1.4 基于锁相环结构的GPS时频校正系统简要介绍
• 3.2 GPS时间频率校正系统的数学模型
• 3.2.1 时间间隔测量装置的相位模型
• 3.2.2 控制算法部分的数学模型
• 3.2.3 可控恒温晶振同D/A相结合的相位模型
• 3.2.4 分频器数学模型
• 3.3 精度相关的算法设计
• 3.3.1 基本控制结构
• 3.3.2 噪声分析和最优带宽设计
• 3.3.3 系统参数校正
• 3.3.4 滤波和控制算法的递推实现
• 3.4 其它相关问题的算法设计
• 3.4.1 快速锁定跟踪设计
• 3.4.2 GPS丢脉冲处理
• 3.4.3 系统中D/A的设计
• 3.5 小结
• 4. GPS同步授时装置的实现
• 4.1 GPS同步授时装置的硬件实现
• 4.1.1 GPS授时型OEM板硬件结构
• 4.1.2 GPS同步授时装置硬件结构概述
• 4.2 GPS同步授时装置的软件实现
• 4.2.1 输入数据处理模块
• 4.2.2 时频校正控制模块
• 4.2.3 双12D/A自适应控制处理模块
• 4.3 GPS同步授时装置频率准确度实验验证
• 4.4 本章小结
• 5 GPS同步时钟在电力系统中的应用
• 5.1 同步时钟在故障测距中的应用
• 5.1.1 输电线路故障测距方法
• 5.1.2 基于GPS的行波故障测距方案
• 5.1.3 行波故障测距中关键技术的讨论
• 5.2 同步时钟在电流差动保护中的应用
• 5.3 同步时钟在电力系统其他领域的应用
• 5.3.1 GPS同步时钟在相位测量中的应用
• 5.3.2 GPS同步时钟在继电保护装置试验中的应用
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学校期间发表的论文和参与科研