gps在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、GPS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用2005年第11期(總第85期)冼月萍，黃玢，李世作（廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530004）【摘要】文章首先介紹全球定位系統(tǒng)GPS的基本情況和定位定時(shí)原理，然后論述了GPS在電力系統(tǒng)相量測量以及構(gòu)建新一代安全監(jiān)測系統(tǒng)、故障測距、雷電監(jiān)測、繼電保護(hù)等?！娟P(guān)鍵詞】全球定位系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；相量測量【中圖分類號】V474.25；TM76【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號】10081151(2005)11010102【收稿日

2、期】20050827GPS就是全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSystem），是美國利用新一代衛(wèi)星組建的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控站和用戶接收機(jī)組成，全天候連續(xù)實(shí)時(shí)向用戶提供高精確度的位置、速度和時(shí)間信息。1985年美國政府同意將GPS無條件使用于全球所有的民用領(lǐng)域，隨著時(shí)間的推移，GPS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越大。一、GPS概況1959年，美國海軍委托霍普金斯大學(xué)研究用于北極星核潛艇導(dǎo)航的子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Transi

3、t，1964年研制成功，并逐步應(yīng)用到其它軍事和民用目的。由于Transit衛(wèi)星軌道低，受大氣影響大，定位精度受到限制，為此在20世紀(jì)60年代末，美國海軍又提出了Timation方案，計(jì)劃用高約1萬公里的1218顆衛(wèi)星組成定位網(wǎng)，同時(shí)美國空軍也提出了類似功能的621B計(jì)劃，1973年美國國防部成立一個(gè)聯(lián)合辦公室，吸收了兩個(gè)計(jì)劃的優(yōu)點(diǎn)，決定開發(fā)全球定位系統(tǒng)GPS。GPS于1986年發(fā)射第一顆衛(wèi)星，原計(jì)劃1988年完成，但由于挑戰(zhàn)號航天飛機(jī)失

4、事，直到1993年7月才部署完成。GPS由均勻分布在六條軌道上的24顆衛(wèi)星（其中3顆備用）組成，在地球上的每一個(gè)位置均能接收到46顆衛(wèi)星的信號，衛(wèi)星繞地球一周12小時(shí)，每秒鐘通過L1、L2兩個(gè)波段發(fā)射三種偽隨機(jī)碼：CA碼（粗碼）、P碼（精碼）和和Y碼（加密的P碼）。CA碼一次定位精度25m，多次定位精度8m，定時(shí)精度100nS，全世界都可以無償使用；P碼一次定位精度10m，多次定位精度可以達(dá)到厘米級，定時(shí)精度10nS，只能美國及其盟國軍

5、事和授權(quán)的民用部門使用。GPS發(fā)射的信號包含衛(wèi)星的識(shí)別碼、衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)間及其當(dāng)時(shí)所在位置、以及相關(guān)的修正數(shù)據(jù)，根據(jù)這些信息就可以進(jìn)行定位，GPS定位的方法有：偽距法、相干波干涉法、多普勒效應(yīng)和載波相位法。偽距法比較簡單但定位精度較差，普通的接收機(jī)多采用偽距法，偽距法定位的基本原理如下：c為光度，T為接收機(jī)收到第一個(gè)衛(wèi)星信號的時(shí)間，△i為收到后三個(gè)衛(wèi)星信號的延遲時(shí)間，由接收機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘確定，△1=0，Ti為每一個(gè)衛(wèi)星發(fā)射信號的時(shí)間，(x，

6、y，z)為接收機(jī)所在位置，(xi，yi，zi)為衛(wèi)星所在位置，解上面四個(gè)方程就可以得到T和(x，y，z)等四個(gè)變量。（二）故障測距在電力系統(tǒng)中，輸電線路經(jīng)常發(fā)生各種故障，由于線路很長，并且很多線路地形復(fù)雜，尋找故障地點(diǎn)就非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢。傳統(tǒng)的故障測距方法利用電壓除以電流得到阻抗，然后根據(jù)線路參數(shù)估計(jì)故障距離，由于線路故障大多非金屬短接，過渡阻抗無法確定，因此誤差很大。設(shè)線路長度為L，在T0時(shí)刻距離1端為D的0處發(fā)生故障，根據(jù)電磁場理論

7、，在0處就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)分別往1端和2端的反射波，利用GPS很高的定時(shí)精度，在線路兩端檢測故障行波分別到達(dá)的時(shí)間T1和T2，如圖1所示，很明顯：圖1故障測距原理圖式中c為電磁波的速度，約為3108ms。根據(jù)上式，要使得測距誤差在300m之內(nèi)，時(shí)間的誤差就必須小于0.5μs。（三）雷電監(jiān)測系統(tǒng)雷電破壞是電力系統(tǒng)故障的主要因素。盡管雷電是一種隨機(jī)的自然現(xiàn)象，但是可以通過多年的監(jiān)測，得到雷電活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，這對電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，減少雷害損失有著

8、重要的意義。雷電監(jiān)測系統(tǒng)由中心主站和分布在不同位置的基站組成，雷閃時(shí)產(chǎn)生電磁波往空間的各個(gè)方向傳播，各個(gè)基站測量接收到電磁波的時(shí)間和電磁波的幅值，并傳送達(dá)中心主站，中心主站根據(jù)這些信息就可以計(jì)算出，雷閃的位置及雷電流的大小。與故障測距一樣，雷電監(jiān)測的精度主要依賴于時(shí)間的精度，GPS的使用就是為了保證各個(gè)基站和中心主站有一個(gè)共同的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。（四）繼電保護(hù)GPS在繼電保護(hù)中的用途有兩個(gè)：線路差動(dòng)保護(hù)和保護(hù)聯(lián)合調(diào)試。電流差動(dòng)保護(hù)原理就是基爾霍

9、夫電流定理：同一時(shí)刻流入某個(gè)節(jié)點(diǎn)或廣義節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和為零。差動(dòng)保護(hù)由于其簡單、可靠和快速等特點(diǎn)，已經(jīng)作為主保護(hù)廣泛應(yīng)用的母線、變壓器和發(fā)電機(jī)等設(shè)備上，但是用在長距離的輸電線路就比較困難，問題就在于“同一時(shí)刻”上，傳統(tǒng)的定時(shí)方式很難保證線路兩端設(shè)備采樣時(shí)間的統(tǒng)一，GPS的出現(xiàn)為線路差動(dòng)保護(hù)的發(fā)展和應(yīng)用帶來了新的契機(jī)。帶有通道的輸電線路縱聯(lián)保護(hù)在超高壓輸電線路中有著重要的意義。這些保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，為了分析保護(hù)的效果，記錄下來的兩端的電壓電流