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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

作　者: 张道杰
导　师: 姚李孝
学　校: 西安理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 锁相环时间同步 GPS卫星时频校正电力系统
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 81次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 时间同步技术的发展和现状  8-12
    1.2.1 国内外时间同步技术的发展  8-9
    1.2.2 我国时间同步技术的现状  9-12
  1.3 论文主要工作及章节安排  12-13
2 电力系统自动化中的时间同步方法  13-21
  2.1 传统时间同步方法及存在的问题  13-16
    2.1.1 传统的时间同步方法  13-15
    2.1.2 传统时间同步方法中存在的问题  15-16
  2.2 基于GPS的同步时间服务系统  16-19
    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  16
    2.2.2 基于GPS的同步时间服务系统  16-19
  2.3 本章小结  19-21
3 基于锁相环的GPS时频校正算法研究  21-41
  3.1 基于锁相环的GPS时频校正系统原理及组成  21-25
    3.1.1 锁相环(Phase-lock-loop)结构简介  21-22
    3.1.2 GPS系统及其授时原理  22-24
    3.1.3 GPS时频校正的优势及系统控制目标  24
    3.1.4 基于锁相环结构的GPS时频校正系统简要介绍  24-25
  3.2 GPS时间频率校正系统的数学模型  25-28
    3.2.1 时间间隔测量装置的相位模型  26
    3.2.2 控制算法部分的数学模型  26
    3.2.3 可控恒温晶振同D/A相结合的相位模型  26-27
    3.2.4 分频器数学模型  27-28
  3.3 精度相关的算法设计  28-36
    3.3.1 基本控制结构  28-29
    3.3.2 噪声分析和最优带宽设计  29-32
    3.3.3 系统参数校正  32-35
    3.3.4 滤波和控制算法的递推实现  35-36
  3.4 其它相关问题的算法设计  36-39
    3.4.1 快速锁定跟踪设计  36-37
    3.4.2 GPS丢脉冲处理  37
    3.4.3 系统中D/A的设计  37-39
  3.5 小结  39-41
4. GPS同步授时装置的实现  41-53
  4.1 GPS同步授时装置的硬件实现  41-44
    4.1.1 GPS授时型OEM板硬件结构  41-42
    4.1.2 GPS同步授时装置硬件结构概述  42-44
  4.2 GPS同步授时装置的软件实现  44-49
    4.2.1 输入数据处理模块  46
    4.2.2 时频校正控制模块  46-49
    4.2.3 双12D/A自适应控制处理模块  49
  4.3 GPS同步授时装置频率准确度实验验证  49-51
  4.4 本章小结  51-53
5 GPS同步时钟在电力系统中的应用  53-65
  5.1 同步时钟在故障测距中的应用  54-59
    5.1.1 输电线路故障测距方法  54-57
    5.1.2 基于GPS的行波故障测距方案  57
    5.1.3 行波故障测距中关键技术的讨论  57-59
  5.2 同步时钟在电流差动保护中的应用  59-62
  5.3 同步时钟在电力系统其他领域的应用  62-63
    5.3.1 GPS同步时钟在相位测量中的应用  62-63
    5.3.2 GPS同步时钟在继电保护装置试验中的应用  63
  5.4 本章小结  63-65
6 总结与展望  65-67
  6.1 总结  65
  6.2 展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-71
在学校期间发表的论文和参与科研  71

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

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