基于GPS的相位检测技术的研究

论文摘要

随着电力系统的大规模发展,系统出现故障时的影响范围越来越大。因此,比任何时候更需要实时和动态地了解系统的运行状况。一直以来,对于幅值和频率的测量技术相对很成熟,而相位检测的技术却由于很难达到广域精确同步时钟而发展相对迟缓。近年来,由于GPS的飞速发展,为电力系统提供了较为精确的同步参考时间。本文的研究工作正是在这样的背景下展开的。论文首先介绍了相位检测的研究意义和国内外的研究进展情况；而后说明了GPS系统及其在电力系统中的应用；同时还介绍基于GPS所发展起来的相位检测装置(PMU)的技术发展和应用前景。其次,介绍了同步相量测量技术的常用算法,对这些算法进行了比较和分析其,并决定选用傅立叶变换作为在此检测相位的主要算法。从分析当前傅立叶变换存在的误差,给出了改进的算法。再次,给出了PMU的设计结构和框图,并对当中的硬件做了原理设计并给出了部分元件的选择方法或型号,同时对软件部分进行了设计和仿真。最后,对全文进行了总结和展望,并提出了后续的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出和研究意义
• 1.1.1 电力系统大规模联网运行的趋势与现状
• 1.1.2 同步相位检测课题的研究意义
• 1.1.3 相位检测装置（PMU）在电力系统中的应用前景
• 1.2 相位检测的发展和现状
• 1.2.1 国外相位检测的发展概况
• 1.2.2 国内相位检测的发展概况
• 1.3 GPS概况
• 1.3.1 当前的三种卫星定位系统
• 1.3.2 GPS系统
• 1.3.3 GPS在电力系统中的应用
• 1.4 同步相位检测装置（PMU）的发展概况
• 1.4.1 国外同步相位检测装置的研究概况
• 1.4.2 国内同步相位检测装置的研究概况
• 1.4.3 现有的同步相位检测系统PMU系统的构成
• 1.5 本文主要内容和章节安排
• 第2章 同步相位检测的主要方法及其原理
• 2.1 相位的基本概念
• 2.2 过零检测法相位
• 2.3 一阶线性插值相位检测原理
• 2.4 二次插值相位检测原理
• 2.5 相关分析法检测相位的原理
• 2.6 数字取样算法
• 2.7 基于数字正交变换的相位差检测方法
• 2.8 最小二乘法
• 2.9 基于傅立叶变换的检测相位原理
• 2.10 小波变换的应用
• 2.11 其他改进算法
• 2.12 算法比较分析
• 第3章 基于傅立叶变换的算法
• 3.1 连续信号傅立叶变换
• 3.2 傅立叶级数
• 3.3 离散时间傅立叶变换
• 3.3.1 DTFT概念
• 3.3.2 序列的傅立叶反变换
• 3.3.3 离散傅立叶级数
• 3.4 离散傅立叶变换
• 3.5 基于傅立叶变换的检测相位原理
• 3.5.1 离散傅立叶变换（DFT）的定义
• 3.5.2 利用离散傅立叶变换检测相位
• 3.5.3 差分傅立叶算法
• 3.5.4 递推傅立叶算法
• 3.6 频率偏移对傅立叶算法的影响分析
• 3.6.1 理论分析
• 3.6.2 仿真分析
• 3.7 新型同步相量测量算法
• 3.7.1 频率的测量
• 3.7.2 幅值误差补偿算法
• 3.7.3 相位检测算法
• 3.7.4 仿真测试
• 第4章 数字滤波器的选择
• 4.1 设计滤波的必要性
• 4.2 模拟滤波器和数字滤波器
• 4.3 IIR和FIR滤波器
• 4.4 FIR滤波器的设计方法
• 4.5 滤波前后比较
• 第5章 PMU的设计
• 5.1 总体设计方案
• 5.2 GPS接收器与通信
• 5.2.1 卫星授时
• 5.2.2 数据同步采样
• 5.2.3 系统的通信架构
• 5.3 DSP简介
• 5.4 软件设计
• 5.4.1 CCS集成开发环境
• 5.4.2 软件总体设计
• 5.4.3 采样中断的判断
• 5.4.4 FIR滤波器
• 5.4.5 信号周期和频率的计算
• 5.4.6 基于傅立叶变换算法的相位检测
• 5.5 硬件设计
• 5.5.1 滤波电路设计
• 5.5.2 放大电路
• 5.5.3 数据采样脉冲的设计
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果