（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計.pdf

電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 t h e d e s i g n f o ri m p l e m e n t i n gs y n c h r o n i z a t i o no f m e r g i n gu n i ti n e l e c t r o n i et r a n s d u c e r s a b s t r a c t a st h ec a p a b i l i t ya n dv o l t a g el e v e lo ft r a n s m i s s i o nl i n e si n c r e a s i n g c o n v e r t i o n a l i n d u c t i v ee u r r l m tt r a n s f o r m e r sa n dp o t e n t i a lt r a n s f o r m e r sh a v es e v e r a ld r a w sa te x t r a h i g h v o l t a g e a n dp a r t i c u l a r l yu l t r a h i g h v o l t a g eg r a d e s h i 曲v o l t a g e e l e c t r o n i ct r a n s d u c e r s r e p l a c i n gc o n v e r t i o n a lt r a n s f o r m sw i l lb et h ec e r t a i nd e v e l o p i n gt e n d e n c y m u m e r g i n gu n i t i st h ei m p o r t a n tc o m p o n e n to f t h ei n t e r f a c eb e t w e e ne l e c t r o n i c t r a n s d u c e ra n dp r o t e c t i v ed e v i c e t h ed e f i n i t i o no f m ua n di t si m e m a t i o n a ls t a n d a r d sa r e i n t r o d u c e d a n dt h em a i nf u n c t i o n so f m ua n di t si m p l e m e n t a t i o na r er e s e a r c h e d e s p e c i a l l y t h ed e m a n do f t h es y n c h r o n i z a t i o na c c o r d i n gt h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d si se x p a t i a t e do n t h i st h e s i sp o i n t so u tt h ep r o b l e mt or e s o l v et h es y n c h r o n i z a t i o no fm e r g i n gu n i t a c c o r d i n gt ot h ei e c6 1 8 5 0 9 1a n di e c 6 0 0 4 4 8s t a n d a r d a n dp r o p o s e sam e t h o du s i n g f p g aa n dv e r i l o gh d l t oi m p r o v et h ea c c u r a c ya n ds t a b i l i t yo ft h es y n c h r o n o n st i m e r t h e n t h i st h e s i sp r e s e n t san e wm e t h o dt oi m p l e m e n tah i g h l ya c c u r a t ea n ds t a b l ec l o c kb y s y n c h r o n i z i n gt h ec r y s t a lo s c i l l a t o rc l o c kw i t l lt h eg p sc l o c k w h i c hi s b a s e do nt h e c o m p l e m e n to ft h ee r r o r sb e t w e e ng p sa n dc r y s t a lo s c i l l a t o r t h i sm e t h o dc a ni d e n t i f yt h e s y n c h r o n o u sc l o c ka c c u r a t e l y a n di tc a ns y n c h r o n o u s l ys a m p l et h em u l t i c h a n n e lc u r r e n ta n d v o l t a g ei n f o r m a t i o na c c u r a t e l ya n dr e l i a b l y w h e nt h es y n c h r o n o u sc l o c ki sd i s t u r b e do rl o s t t e m p o r a l l y i tc a l ls t i l lm a k et h es a m p l i n gp u l s ea n d1p p sb yc r y s t a lo s c i l l a t o ra c c u r a t e l y q u i c k l ya c h i e v i n gt h es y n c h r o n i z a t i o no ft h em e r g i n g u n i tw h e nt h es y n c h r o n o u sc l o c ki n p u t i sr e s u m e d t h es i m u l a t i o na n de x p e r i m e n tr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ev a l i d i t yo ft h i sm e t h o d t h i s s u b j e c tc a nb ev e r yi m p o r t a n tf o rr a i s i n gt h el e v e lo f p o w e rs y s t e ma u t o m a t i z a t i o n e s p e c i a l l y f o rt h ed e v e l o p m e n to f f a u l ta n a l y z i n g f a u l tl o c a t i n g s t a b i l i z a t i o n j u d g i n ga n dc o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y k e yw o r d s e c t 但v t m e r g i n gu n i t s y n c h r o n o u sc l o c k f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y f p g a e r r o rr e u s e i i 獨創(chuàng)性說明 作者鄭重聲明 本碩士學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工 作及取得研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文申不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 也不包含為獲得大連理 工大學(xué)或者其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料 與我一同工作的同志 對本研究所做的貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者及指導(dǎo)教師完全了解 大連理工大學(xué)碩士 博士學(xué)位論文版權(quán)使用 規(guī)定 同意大連理工大學(xué)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子 版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)大連理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索 也可采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論 文 作者簽名 鴦生奎整 跏繇整尷 丑年正月盟日 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 1 1 電子式互感器的發(fā)展 高電壓 大電流的測量對于電力系統(tǒng)安全 經(jīng)濟地運行具有重要的意義 準(zhǔn)確地測 量各種電壓 電流值是電能測量 繼電保護 系統(tǒng)監(jiān)測診斷以及電力系統(tǒng)分析的前提條 件 電力互感器 包括電壓互感器和電流互感器 是電力系統(tǒng)中進行電能計量和獲取繼 電保護信號的重要設(shè)備 l j 隨著電力系統(tǒng)傳輸容量的增加 運行電壓等級越來越高 傳統(tǒng)的電磁式電流 電壓 互感器暴露出如絕緣要求高 磁飽和 鐵磁諧振 動態(tài)范圍小的 頻帶窄等一系列缺點 于是 各種旨在解決超高壓絕緣問題的測量方法應(yīng)運而生 國際電工委員會通過對這些方 法的統(tǒng)計分析 提出了電子式電壓 電流互感器的概念 根據(jù)i e c 標(biāo)準(zhǔn) 2 3 這類依賴于 電子技術(shù) 光學(xué)技術(shù) 現(xiàn)代信號處理技術(shù)的電壓 電流變送器統(tǒng)稱為電子式電壓互感器 e v t 和電子式電流互感器 e c d 與傳統(tǒng)電力互感器相比 電子式互感器具有如下的一系列優(yōu)點m j 1 絕緣結(jié)構(gòu)簡單 體積小 重量輕 因無鐵心 絕緣油等 一般電子式互感器的重 量只有電磁式互感器重量的1 1 0 便于運輸和安裝 2 不存在磁飽和與鐵磁諧振問題 能在很大的電流與電壓變化范圍內(nèi) 以高速動作 準(zhǔn)確 抗干擾等寬頻帶性能來測量電流 電壓 3 由于傳感和信號處理部分外形小和重量輕 可以裝入成套電器或成套配電裝置 中 適應(yīng)電力設(shè)備向集成化方向發(fā)展的趨勢 4 采用光纖或其它加強絕緣方式實現(xiàn)高電壓回路與二次電壓回路在電氣上的完全 隔離 消除這些回路不希望有的相互影響 保護了二次設(shè)備和工作人員的安全 5 適應(yīng)了繼電保護裝置 包括微機保護 的發(fā)展 由于受傳統(tǒng)的互感器性能的限制 其保護原理基本上是基于工頻測量進行保護判斷的 易受過渡電阻和系統(tǒng)振蕩 磁飽和 等的影響 其保護性能難以滿足當(dāng)今電力系統(tǒng)向著超高電壓 大容量 遠距離方向的發(fā) 展要求 利用故障時的暫態(tài)信號量作為保護判斷 是微機保護的發(fā)展方向 它對互感器 的線性度 動態(tài)特性等都有較高的要求 電子式互感器的出現(xiàn)滿足了這一要求 6 有利于實現(xiàn)變電站數(shù)字化 光纖化和智能化 電子式互感器的信號和傳輸形式都 可以采用光纜 光纖 實現(xiàn) 而光信號的突出優(yōu)點和光纖通信技術(shù)的廣泛采用使得變電 站內(nèi)部以及和上級站之間的數(shù)據(jù)傳輸更加可靠和迅速 電子式互感器與光纖通訊技術(shù)和 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 微機相結(jié)合組成光纖局域網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)是變電站自動化的一個重要的發(fā)展方向 開 創(chuàng)了未來光纖化變電站的美好前景 電子式互感器按傳感原理分為無源全光型和有源電子式兩種基本類型 前者基于有 關(guān)光學(xué)傳感技術(shù) 因其一次側(cè)光學(xué)電流 電壓傳感器無需工作電源 具有較大的優(yōu)勢 但光學(xué)傳感器的制作工藝復(fù)雜 穩(wěn)定性及一致性不易控制 后者基于電磁感應(yīng)原理 通 過一次側(cè)的采樣傳感器對電流 電壓信號取樣 利用有源器件調(diào)制技術(shù) 以光纖作為信 號通道 把一次側(cè)轉(zhuǎn)換的光信號傳送到地面進行信號處理 還原得到被測信號 這種互 感器的特點是 利用光纖系統(tǒng)提供的高絕緣性 抗電磁干擾強的優(yōu)點 顯著地降低了電 流互感器的制造成本 減少了體積和重量 充分發(fā)揮了被電力工業(yè)界廣泛接受的常規(guī)電 流測量裝置的優(yōu)勢 同時還避免了光學(xué)傳感頭光路的復(fù)雜性及對溫度 外界振動敏感等 技術(shù)難點 有源電子式互感器的特點決定了它在實用化道路上的優(yōu)勢 5 j 其結(jié)構(gòu)框圖如 圖l 1 所示 二次端子 圖l 1 有源電子式c t p t 通用框圖 f i g 1 1 t h eg e n e r a ls c h e m eo f p o w e re l e c t r o n i cc t p t 有源電子式電流互感器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 2 所示 感應(yīng)被測電流的線圈通常采用 r o g o w s k i 線圈 r o g o w s d 線圈的骨架為非磁性材料 如圖1 3 所示 若線圈的匝數(shù)密 度n 及截面積s 均勻 r o g o w s k i 線圈輸出的信號e 與被測電流i 有如下關(guān)系 6 7 j p 一蘭 一硒 塔睪 1 1 口fm 將e d 積分便可求得被測電流f d p f 砂經(jīng)積分變換及a d 轉(zhuǎn)換后 由電光轉(zhuǎn) 換為數(shù)字光信號輸出 控制室的p i n 及信號處理電路對其進行光電變換及相應(yīng)的處理 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 便可輸出供微機保護和計量用的電信號 圖1 2 有源電子式電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖 f i g 1 2 t h es k e t c hm a po f p o w e re l e c t r o n i cc t 圖1 3r o g o w s k i 線圈 f i g 1 3r o g o w s k ic o i l 有源電子式電壓互感器結(jié)構(gòu)如圖1 4 所示 被測高壓經(jīng)分壓器分壓后 經(jīng)信號預(yù)處 理 a d 轉(zhuǎn)換及光電轉(zhuǎn)換 以數(shù)字光信號的形式送至控制室 控制室的p i n 及信號處 理電路對其進行光電變換及相應(yīng)的信號處理 便可輸出供微機保護和計量用的電信號嘲 高壓母線 圖1 4 有源電子式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖 f i g 1 4 t h es k e t c hm a po f p o w e re l e c t r o n i cp t 一3 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 電流信號在高壓側(cè)經(jīng)取樣后 變成數(shù)字信號 經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓β史糯?驅(qū)動發(fā)光二極管 變成光信號 用光纖送到互感器下側(cè)低電壓端 電壓信號經(jīng)分壓器取樣后 變成數(shù)字信 號 同樣經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓β史糯?驅(qū)動發(fā)光二極管 也變成光信號 在互感器本體低電位 側(cè) 已變成光信號的電流 電壓信號經(jīng)過光纖傳送到變電站控制室 在控制室經(jīng)o p e 變 換后 經(jīng)過適當(dāng)調(diào)理 信號再送入工控機中進行信號解調(diào)和處理 解調(diào)后的模擬信號可 供計量和保護用 在信號處理單元中 瞬態(tài)信號測量即用于保護電流 電壓信號的測量 必須考慮信號處理單元的響應(yīng)速度及頻帶寬度 電子式互感器的數(shù)字接口通過合并單元 實現(xiàn) m u 可以是互感器的組成部分之 一 也可以是位于控制室的獨立的單元 它可組合1 2 路s c 的數(shù)據(jù)通道 每路通道傳送 從e c t 電子式電流互感器 或e v t 電子式電壓互感器 采樣的測量值數(shù)據(jù) 輸出的供微 機保護和計量用的電信號要求同步 這要求各個不同的電子式互感器的采樣脈沖同步 采樣脈沖由合并單元提供 這要求不同合并單元之間達到同步 1 2 合并單元 電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)i e c 6 0 0 4 4 7 8 中定義了一個新的物理單元 合并單元 9 1 0 1 見圖1 5 用來對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流或電壓數(shù)據(jù)做時間相干的組合 可以是現(xiàn)場變 換器中的一個部件 或是獨立單元 其結(jié)構(gòu)框圖見圖1 5 所示 圖1 5 電子式互感器數(shù)字接口框圖 f i g 1 5 t h ed i g i t a li n t e r f a c e so f e v t e c t 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 1 合并單元功能 合并單元是針對數(shù)字化輸出的電子式互感器而定義的 連接了電子式互感器二次轉(zhuǎn) 換器與變電站二次設(shè)備 它所采集的1 2 路電流 電壓信息均有明確定義 用于測量和 保護的電流分別給出 合并單元以曼徹斯特編碼格式將這些信息組幀發(fā)送給二次保護 控制設(shè)備 l 合并單元與二次設(shè)備的接口是串行單向多路點對點連接 它將7 個 3 個測量 3 個保護 1 個備用 以上的電流互感器和5 個 3 個測量 保護 1 個母線 1 個備用 以上的電壓互感器合并為一個單元組 并將輸出的瞬時數(shù)字信號填入到同一個數(shù)據(jù)幀 中 如圖1 5 所示 圖中e v t a 是指電子式電壓互感器a 相 e c t a 是指電子式電流 互感器a 相 s c 是指二次轉(zhuǎn)換器 合并單元以曼徹斯特編碼格式將這些信息組幀發(fā)送 給二次保護 控制設(shè)備 報文內(nèi)主要包括了各路電流 電壓量及其有效性標(biāo)志 此外還 添加了一些反映開關(guān)狀態(tài)的二進制輸入信息和時間標(biāo)簽信劇1 2 合并單元應(yīng)具備以下三種功能1 1 3 j 1 同步功能模塊 在正確識別外部輸入的同步秒脈沖時鐘信號 一般來自于g p s 接 收機的輸出 后 合并單元給各路a d 轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換信號 2 多路數(shù)據(jù)采集和處理功能模塊 這是與電子式互感器進行接口的主要功能模塊 在合并單元給多路a d 轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換信號后 最多將同時接收1 2 路通道的輸出 數(shù)據(jù)并對其有效性進行校驗 3 串口發(fā)送功能模塊 用于將各路采樣值數(shù)據(jù)進行組幀并發(fā)送給保護測控設(shè)備 此 功能體現(xiàn)了i e c 6 0 0 4 4 7 8 和i e c 6 1 8 5 0 9 1 中合并單元功能實現(xiàn)的主要區(qū)別 前者是基 于f t 3 格式進行曼徹斯特編碼發(fā)送 由于傳輸率比較低 編碼前為2 5 m b i t s 限制了采 樣率 不適用于對采樣率要求較高的計量和差動保護等 后者是基于i e e e 8 8 0 2 2 和 i s o 腮c 8 8 0 2 3 即通過以太網(wǎng)進行發(fā)送 速度可達到1 0 0 m b i t s 甚至更高 相對于 i e c 6 0 0 4 4 7 8 其應(yīng)用更為廣泛 在電子式互感器的應(yīng)用中 與一個合并單元進行接口的e c r i 佰v t 中所帶的a d 轉(zhuǎn)換器可以是單路模擬量輸入通道 也可以是多路模擬量輸入通道 合并單元通過向各 路a d 轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步轉(zhuǎn)換命令 以保證各路同時進行采樣和a d 轉(zhuǎn)換 當(dāng)一個二 次保護設(shè)備需要多個合并單元提供的電流 電壓信息對 必須使不同的合并單元之間同 步工作 在多數(shù)情況下 變電站的合并單元都需要同步 可以使用一個站級同步源給所 有的合并單元發(fā)送同步信號以實現(xiàn)采樣的同步 當(dāng)保護雙重化時 變電站需要兩個獨立 的同步源給兩套保護設(shè)備提供同步信號 由于兩套保護設(shè)備共用同一個電子式互感器 所以兩個同步源之間也應(yīng)實現(xiàn)同步 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 合并單元的同步是很重要的 i e c6 0 0 4 4 8 標(biāo)準(zhǔn)中提到的實現(xiàn)不同a d 轉(zhuǎn)換器之 間的采樣同步有2 種可行的方法 a 采用線性插值法對各路a d 轉(zhuǎn)換器之間的采樣值 進行同步處理 b m u 向各路a 國轉(zhuǎn)換器發(fā)送同步采樣命令 插值法的優(yōu)點是不用添 加額外的硬件 缺點是二次設(shè)備中必須增加插值算法 且精度也不如利用時鐘進行的精 度同步耐 本設(shè)計采用第二種方法 電子式互感器的同步采樣脈沖由合并單元提供 合并單元時鐘同步主要包括3 個功能 準(zhǔn)確可靠的識別g p s 信號 給各路a d 提 供高精度的同步信號以及g p s 時鐘失效時異常情況處理 1 2 2 同步的概念和意義 時鐘同步是指來自不同的設(shè)備間隔的電流 電壓信息同步 它是電子式互感器標(biāo)準(zhǔn) 化接口的核心閩題 在電力系統(tǒng)中精確時鐘同步是十分重要的 它廣泛應(yīng)用于繼電保護 故障測距 故障分析 自動控制以及電度采集等諸多方面 例如對于計量 要求時間同 步精度控制在1 s 以內(nèi) 一般的傳輸線路保護 時間精度應(yīng)在4 1 t s 以內(nèi) 1 4 1 1 2 3 同步時鐘輸入 圖1 6 是變電站自動化協(xié)議i e c 6 1 8 5 0 中定義的合并單元時鐘要求 合并單元在收 到外部同步時鐘輸入信號1 以下簡稱信號1 后 給各路a d 發(fā)送同步轉(zhuǎn)換信號2 以 下簡稱信號2 同步信號1 即在i e c6 0 0 4 4 7 8 標(biāo)準(zhǔn)中描述的合并單元時鐘輸入信 號 是用于控制不同合并單元間同步的時鐘信號 由于該信號的頻率較低 不能滿足保 同步信號1 b i 進制開關(guān)狀態(tài)輸入 m r 維修請求 p s 電源供應(yīng) 圖1 6 遵循i e c 6 1 8 5 0 9 一l 的合并單元 f i g 1 6m e r g i n gu n i tf o l l o w i n gi e c6 1 8 5 0 9 一l 護測量的采樣要求 因此不能直接用作同步采樣和a d 轉(zhuǎn)換的命令 同步信號2 是控 制各路a d 同步轉(zhuǎn)換的時鐘信號 可以通過對同步信號1 進行倍頻處理后直接產(chǎn)生 一6 一 圍 圜自 竺乏陟面咚 蔓凰 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 也可以根據(jù)需要自行設(shè)定同步信號2 的內(nèi)容與格式 關(guān)于同步信號2 的具體頻率和格 式可考慮實際要求而定 可以是單一的脈沖信號 也可以是數(shù)字序列 同步信號l 可以由g p s 系統(tǒng) o m e g a 系統(tǒng) 電視時鐘系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位 系統(tǒng)等系統(tǒng)提供 g p s 系統(tǒng)具有時間精度高 價格低廉等優(yōu)點 所以目前主要由g p s 接收機提供同步信號l 全球定位系統(tǒng)g p s 是當(dāng)前全球傳播范圍最廣 精度最高的時間 發(fā)布系統(tǒng) g p s 授時獲取方便 用戶只需安裝廉價的g p s 接收機就能免費得到所需的 時間信息 g p s 授時的優(yōu)越性使得它在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用 并正在給 電力系統(tǒng)監(jiān)視 保護和控制技術(shù)帶來深刻的變化 在電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中 時間同 步裝置是整個系統(tǒng)的核心 它將g p s 接收設(shè)備提供的秒脈沖信號 p p s 轉(zhuǎn)換為高精度 時間定標(biāo)系統(tǒng) 1 3 同步時間服務(wù)系統(tǒng)的研究背景及意義 隨著三峽工程的建成和投產(chǎn) 以及西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)工程的實施 我國即將形成 世界上屈指可數(shù)的超大規(guī)模復(fù)雜電網(wǎng) 對于我國的電力系統(tǒng)而言 已經(jīng)呈現(xiàn)出大機組 大電網(wǎng) 超高壓遠距離交直流混合輸電 大量采用新技術(shù)并引入市場化運營競爭機制的 顯著特征 這些特征標(biāo)志著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)模和發(fā)展水平已經(jīng)步入了一個嶄新的 階段 同時超大規(guī)模的電力系統(tǒng)又會表現(xiàn)出一些較小規(guī)模電力系統(tǒng)所不具備的新特性 電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行方式變得日益復(fù)雜 這將是電力系統(tǒng)的監(jiān)測與控制面臨的新問題 一 旦電網(wǎng)發(fā)生大的擾動 如果得不到及時有效的預(yù)報 控制和保護 就有可能導(dǎo)致大面積 的停電事故 造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴(yán)重的社會影響 因此 電力系統(tǒng)的安全問題顯得 格外重要f 嘲 理論研究和電力系統(tǒng)多年運行經(jīng)驗都表明 電力系統(tǒng)運行的安全性與系統(tǒng)當(dāng)時的運 行狀態(tài)有密切的關(guān)系 因此 對于電力調(diào)度部門來說 如果能實時全面地掌握電力系統(tǒng) 各組成部分的運行狀態(tài) 對保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 經(jīng)濟運行無疑具有非常重要的意義 然而 大型電力系統(tǒng)中功角穩(wěn)定性 電壓穩(wěn)定性 頻率動態(tài)變化及其穩(wěn)定性等各項指標(biāo) 都不是孤立的問題 而是相互誘發(fā) 相互關(guān)聯(lián)的 這些關(guān)聯(lián)又會受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運行狀 態(tài)的影響 但是 由于電力系統(tǒng)地域廣闊 設(shè)備眾多 想獲得全系統(tǒng)關(guān)鍵點及主要設(shè)備 的運行狀態(tài)的同步信息 必須依賴于全系統(tǒng)統(tǒng)一的高精度時闖基準(zhǔn) 這是因為借助于統(tǒng) 一的時間基準(zhǔn) 可以在系統(tǒng)操作發(fā)生故障 特別是短時間內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)事故的情況下 系 統(tǒng)運行人員可以極其方便地分析各裝置的動作行為 事故的先后順序 事故的起因和事 故的發(fā)展過程 例如 電力系統(tǒng)各樞紐點母線電壓相量和功角狀況是電力系統(tǒng)的重要狀 態(tài)量 它們的大小和相位能反映系統(tǒng)的實際運行狀態(tài) 是進行穩(wěn)定判別的主要依據(jù) 如 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 果能實時測量電力系統(tǒng)重要節(jié)點母線電壓相量 將對系統(tǒng)的實時監(jiān)控發(fā)揮非常重要的作 用 但要測量母線電壓的相位差就必須具有很高精度的統(tǒng)一時間基準(zhǔn) 而且 對世界上 發(fā)生的多次大停電事故的事后分析表明 繼電保護 自動控制裝置和調(diào)度人員未能很好 地配合是造成連鎖故障發(fā)生的重要原因之一 因此 如何準(zhǔn)確地判斷電力系統(tǒng)的異常狀 態(tài)和預(yù)測其發(fā)展趨勢 并及時地采取有效的協(xié)調(diào)控制措施 以避免連鎖事故的發(fā)生 已 經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)監(jiān)測和控制領(lǐng)域研究的熱點 從實際需要看 隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模 日益擴大 及各種微機自動裝置在電力系統(tǒng)中大量應(yīng)用 電力系統(tǒng)對統(tǒng)一時鐘的需求已 經(jīng)越來越迫切 但從實際應(yīng)用看 目前電力系統(tǒng)尚未建立起統(tǒng)一的高精度專用時間同步 服務(wù)系統(tǒng) 因此 研究電力系統(tǒng)全網(wǎng)統(tǒng)一高精度的廣域時間同步方法將具有重要意義 l 1 4 世界主要授時系統(tǒng) 時間同步包括絕對時間同步和相對時間同步 前者是指與國際標(biāo)準(zhǔn)時間 u t c u n i v e r s a lc o o r d i n a t e dt i m e 同步 后者是指一個系統(tǒng)內(nèi)的各部分時鐘同步 對于廣域 時間同步系統(tǒng)來說 主要關(guān)心的是相對時間同步 i 但是 如果能夠保證時鐘達到絕對 時間同步 那么自然就能滿足相對時間同步了 這樣 要建立統(tǒng)一的廣域同步時間系統(tǒng) 就必須依賴于一個公共時間基準(zhǔn) 目前 世界上有多種授時系統(tǒng) 他們將解決為廣域同 步時間系統(tǒng)提供公共時間基準(zhǔn)的問題 現(xiàn)階段主要的授時系統(tǒng)有以下幾種 1 4 1 全球定位系統(tǒng) g p s 全球定位系統(tǒng) g p s 是美國于1 9 9 3 年全面建成并投入運行的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航 定位和授時系統(tǒng) g p s 傳遞的時間與國際標(biāo)準(zhǔn)時間 c o o r d i n a t eu n i v e r s a lt i m e u t c 保持高度同步 最高精度可達1 0 0 u s 它目前是世界上傳播范圍最廣 精度最高的時間 發(fā)布系統(tǒng) 由于美國政府已同意將g p s 用于全世界民用領(lǐng)域 因此 g p s 實際上已成 為一項全球共享高技術(shù)資源 g p s 系統(tǒng)由于其不斷改進 在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的 應(yīng)用 1b 在目前情況下 民用領(lǐng)域利用價格低廉的g p s 接收器能方便地獲得g p s 提供的 時間信息 這種時間信息一般是以兩種形式給出 一是秒脈沖信號 1 p p s 1p u l s ep e r s e c o n d 它與國際標(biāo)準(zhǔn)時間 u t c 的同步誤差小于l 鄴 二是經(jīng)串口給出的與1 p p s 脈沖對應(yīng)的絕對時間代碼 這種時間信息在地球上任何地方都能可靠地接收到 因此 若以該信號作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源去同步電網(wǎng)內(nèi)運行的各時鐘 就能保證各廠站時鐘的高精度 同步運行 這樣不僅解決了一個電網(wǎng)的時間統(tǒng)一問題 而且還可以實現(xiàn)全國范圍內(nèi)真正 的時間統(tǒng)一 與傳統(tǒng)方法相比 這種全新的時鐘同步方式具有精度高 范圍大 不需通 道聯(lián)絡(luò) 不受地理和氣候條件限制等眾多優(yōu)點 是電網(wǎng)時間統(tǒng)一的理想方法 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 2 俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)g l o n a s s 俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)g l o n a s s 于1 9 8 2 年開始發(fā)射導(dǎo)航衛(wèi)星 它的結(jié)構(gòu)與 g p s 系統(tǒng)極為類似 它由2 4 穎衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座 均勻分布在3 個軌道平面內(nèi) 其 地面監(jiān)控系統(tǒng)也是由主控站 監(jiān)測站和注入站組成 g l o n a s s 系統(tǒng)在1 9 9 6 年達到了 完全運作能力 但由于俄羅斯經(jīng)濟的困難 衛(wèi)星更新不足 現(xiàn)在僅有6 顆衛(wèi)星正常運 轉(zhuǎn) 隨著俄羅斯經(jīng)濟的好轉(zhuǎn) 大量民間用戶的參加 以及外國資金的到位 g l o n a s s 系統(tǒng)將會不斷得到新的衛(wèi)星補償 系統(tǒng)會更加完善 有著很好的發(fā)展前景 不過就目前 的情況來看 由于該系統(tǒng)的信息不能全球覆蓋 可利用度較低 1 9 1 4 3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國航天科技人員自主研制開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 2 0 0 0 年底 我國自行研制的 長征三號甲 運載火箭先后將兩顆 北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星 準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道 北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)也稱雙星區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng) 它由兩顆與地球同 步旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)航衛(wèi)星 地面控制系統(tǒng)和用戶接收機三部分組成 它綜合了衛(wèi)星導(dǎo)航和無線 電導(dǎo)航定位的優(yōu)點 相當(dāng)于把無線電導(dǎo)航臺設(shè)置在圍繞地球同步旋轉(zhuǎn)的 靜止 衛(wèi)星上 從而為軍事導(dǎo)航 公路交通 鐵路運輸 海上作業(yè)等提供全天候2 4 小時的連續(xù)導(dǎo)航定 位服務(wù) 與g p s 不同的是 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)只用兩顆同步衛(wèi)星 靜止 在赤道上空 某一經(jīng)度上 因此 與g p s 比較 系統(tǒng)簡單 投入少 它是區(qū)域定位系統(tǒng) 不具有全 球定位的能力 相應(yīng)地定位精度略低 有關(guān)此系統(tǒng)的具體性能指標(biāo)目前仍在測試中 而 且接收機造價高 目前不便采用 2 0 1 4 4 電視時鐘系統(tǒng) 利用電視信號進行時間比對 有兩類基本方法 即無源時間比對法和有源時頻傳遞 法 無源時間比對法是利用電視信號中的同步脈沖進行時間比對 它并不妨礙正常的電 視廣播 目前許多國家都把它作為一種簡單而準(zhǔn)確的時間比對方法 有源對頻傳遞法與 無源時間比對法完全不同 它是將標(biāo)準(zhǔn)時間和頻率信息插入電視信號消隱期傳送 作為 標(biāo)準(zhǔn)時間和頻率的信號源 這是一種嶄新的電視廣播技術(shù) 需要電視廣播部門更積極地 配合 有源時頻傳遞目前已有兩種形式 一是利用垂直消隱間隔內(nèi)的i l v i h z 的脈沖或 者穩(wěn)定彩色脈沖群信號進行標(biāo)頻傳遞 二是在垂直消隱間隔中插入時間編碼 2 1 4 5o m e g a 系統(tǒng) o i v 正g a 系統(tǒng)是一個全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng) 工作在甚低頻段 用甚低頻段信號進行 時間頻率比對 該系統(tǒng)主要用作雙曲線導(dǎo)航 它依靠分布在挪威 日本等8 個國家和地 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 區(qū)的發(fā)射機組成的網(wǎng)絡(luò) 使用o m e g a 時鐘首先要設(shè)置使用地點的經(jīng)緯度 時區(qū) 選擇 一個發(fā)射機站 o m e g a 時鐘精度可達1 s 目前 華中網(wǎng)調(diào)和湖南省電力中心調(diào)度局 及葛洲壩電廠都各有一套o m e g a 時鐘裝置 但運行結(jié)果表明 該類裝置的信號接收 效果很差 有的甚至完全接收不到信號 即使是設(shè)置在離我國最近的日本發(fā)射站 情況 也是如此 加上價格過高的缺陷 所以o m e g a 時鐘并沒有在電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用 2 2 o 除上述的時間比對系統(tǒng)外 還有羅蘭一c 導(dǎo)航系統(tǒng)和無線電報時系統(tǒng) 羅蘭一c 導(dǎo) 航系統(tǒng)工作在低頻段 采用精密的時間頻率比對手段 使用快速脈沖發(fā)射 其載波頻率 為1 0 0 k h z 信號頻譜的主要成分在9 0 1 1 0 k h z 波段內(nèi) 該系統(tǒng)具有很強的抗干擾能 力 用地波進行相位 時間測量 能達到的典型精度是1 0 4 鄴 不過此系統(tǒng)的覆蓋范圍 僅限于羅蘭一c 鏈工作區(qū)域 沒有覆蓋到全球范圍 不適用于我國 無線電報時系統(tǒng)的 工作頻率屬于短波范圍 受電離層反射影響 信號傳播很不穩(wěn)定 另外信號又受傳播距 離和速度的影響 使所接收到載波信號的相位產(chǎn)生起伏 這種起伏把頻率比對的最高精 度限制在0 1 s 把接收定時脈沖的最高精度限制在5 0 0 1 0 0 0 p s 由于該類系統(tǒng)時問 和頻率比對精度太低 所以也不適用于電力系統(tǒng)瞄j 1 5 同步時鐘系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用 目前 基于g p s 的同步時鐘在電力系統(tǒng)中已得到了實際的應(yīng)用 不僅使過去許多 難以實現(xiàn)的工作 如相量測量 故障定位等易于實現(xiàn) 還會使人們對電力系統(tǒng)的分析 控制能力發(fā)生質(zhì)的變化 以下幾個應(yīng)用實例就可以說明這一點 1 電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測 為使電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行 幫助調(diào)度人員進行合理的發(fā)電量及負荷調(diào)度 必須在 操作時了解各種裝置動作情況及系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)行為 因此需要實時測量全網(wǎng)關(guān)鍵點的 母線電壓相量和主要發(fā)電機功角等線路參數(shù) 以實現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)的實時監(jiān)測 基于g p s 同 步時鐘的相量測量裝置 p m u 的研制成功 為獲得同一時刻各母線電壓的相位關(guān)系 以 及各發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度提供了手段 有了統(tǒng)一的系統(tǒng)時鐘 就能做到各電站輸入信號的 采樣脈沖同步 也就可以很容易地通過軟件或硬件方法測出電站間電壓的相位關(guān)系 而 要保證相位測量的準(zhǔn)確性 采樣脈沖同步誤差要很小 i r e s 的時間誤差對5 0 h z 系統(tǒng)來說 就是1 8 的相角差 般電力系統(tǒng)中對狀態(tài)量采集的同步糖度要求為4 0 郵 相量實時測 量的同步精度則要求在5 邯 因此利用g p s 時間同步裝置 在全系統(tǒng)建立一個參考系 對 數(shù)據(jù)采集的過程實現(xiàn)同步 并將測量系統(tǒng)中所有的采集數(shù)據(jù)加上g p s 的時間標(biāo)簽 是實 現(xiàn)全網(wǎng)實時監(jiān)測的重要途徑之一f 2 4 2 故障測距 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 當(dāng)采用行波原理進行故障測距時 1 坤的時間誤差就會引起1 5 0 m 的測距誤差 o p s 同步時鐘的出現(xiàn) 為研制雙端行波測距原理的裝置創(chuàng)造了條件 用行波傳輸?shù)絻?端測得的對間差可直接算出故障點到測量點之間的距離 這樣的故障測距裝置原理簡單 易懂 測距精度高而穩(wěn)定 無疑是對傳統(tǒng)的故障測距技術(shù)的革命 目前 已研制出檢測 輸電線路故障距離的雙端行波測距裝置l l 3 為電網(wǎng)自動化裝置提供時間標(biāo)記 在電力系統(tǒng)中 為了分析電力系統(tǒng)故障 搞清事故的起因與發(fā)展過程 要求電站內(nèi) 安裝的故障錄波器 事件記錄儀 微機繼電保護及安全自動裝置 遠動及微機監(jiān)控系統(tǒng) 采用統(tǒng)一的時間 電網(wǎng)調(diào)度自動化也要求主站端與遠方終端 r t u 的時間同步 所以以 統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)為電網(wǎng)自動化裝置提供時間標(biāo)記 是保證電力系統(tǒng)安全運行 提高運行 水平的一個重要措施 采用g p s 技術(shù)可以獲得高可靠性及高精度的秒脈沖 1 p p s 及通過 串口輸出時間 用g p s 來不斷修正原來自動化裝置中的時間元件 就可在全系統(tǒng)實現(xiàn)這 些裝置的時間同步 有助于分析電力系統(tǒng)故障與操作時各種裝置動作情況及系統(tǒng)行為 搞清事故的起因與發(fā)展過程 這也是保證電力系統(tǒng)安全運行 提高系統(tǒng)運行水平的一項 重要措施 4 繼電保護 g p s 在電力系統(tǒng)繼電保護中的典型應(yīng)用主要在兩個方面 一是數(shù)字式電流縱差保護 另一是保護裝置的端對端同步試驗 目前 在我國2 2 0 k v 以上高電壓網(wǎng)中 輸電線路在 正式投運以前 都必須對線路兩側(cè)的繼電保護和通道設(shè)備裝置進行聯(lián)調(diào)實驗 線路縱聯(lián) 保護安裝在線路兩端的電站里 為了達到在兩側(cè)同時加故障 真正模擬短路故障的目的 必須使兩端的試驗儀器實現(xiàn)同步 并且同步精度要達到1 0 郵 采用g p s 實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘的 統(tǒng)一和同步后 兩端的繼電保護試驗裝置可按預(yù)先約定的時間順序啟動 產(chǎn)生模擬線路 故障的電壓 電流信號 可以準(zhǔn)確地檢驗縱聯(lián)保護裝置的動作行為 以及測量高頻信號 在通道的傳輸延遲 對線路高頻保護裝置進行校驗 5 其它應(yīng)用 高精度的同步時鐘將其用于電流差動保護 還可以解決線路兩端信號的同步采樣問 題 由此可見 基于g p s 的同步時鐘能滿足電力系統(tǒng)在各方面對時鐘同步的要求 對 電力系統(tǒng)的發(fā)展意義重大 具有良好的應(yīng)用前景 1 6 本文所做工作 論文的主要工作是針對具體應(yīng)用研究 實現(xiàn)高性能的電子式互感器采樣 從而實現(xiàn) 不同合并單元達到同步 達到電力系統(tǒng)時間同步 論文的內(nèi)容包括同步授時系統(tǒng)的選用 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 電力系統(tǒng)廣域時間同步系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析 如何提高同步時鐘的精度與穩(wěn)定度措施以 及系統(tǒng)的實現(xiàn)等 本文特別采用除法電路和余數(shù)分攤策略 這樣既用晶振檢驗g p s 秒 脈沖 又用g p s 秒脈沖對晶振進行校正 這樣使在誤差允許的范圍內(nèi) 產(chǎn)生的采樣脈 沖精度更高 并能減小積累誤差 特別是在g p s 時鐘失效時 積累誤差更小 從而能 夠保持更長時間的同步 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 基于g p s 時間同步系統(tǒng) 2 1g p s 全球定位系統(tǒng)概述 全球定位系統(tǒng) g p s 是美國國防部為了實現(xiàn)全天候全球性的連續(xù)導(dǎo)航定位 滿足軍 事部門和民用部門對連續(xù)實時 高精度導(dǎo)航定位的迫切要求 于1 9 7 3 年1 2 月批準(zhǔn)研 制 1 9 9 3 年全面建成并投入運行的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航 定位和授時系統(tǒng) 全稱為 授時 與測距導(dǎo)航系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng) n a v i g a t i o ns y s t e mt i m i n ga n dr a n g i n g g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m n a v s t a r g p s 簡稱 全球定位系統(tǒng) g p s 系統(tǒng)包括三大部分 2 5 1 空間部分 o p s 衛(wèi)星星座 地面控制部分一地面 監(jiān)控系統(tǒng) 用戶設(shè)備部分 撐s 信號接收機 2 1 1 衛(wèi)星星座 衛(wèi)星星座的具體參數(shù)見下表2 1 它由2 1 顆工作衛(wèi)星和3 顆在軌備用衛(wèi)星構(gòu)成 g p s 衛(wèi)星星座 記做 2 1 3 g p s 星座 2 4 顆衛(wèi)星均勻分布在6 個軌道平面內(nèi) 軌道 傾角為5 5 度 各個軌道平面之間相距6 0 度 每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角 距相差9 0 度 軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前3 0 度 衛(wèi) 星沿軌道運行的周期是l l 小時5 8 分 這種布置可保證地球上任何地方 任何時刻都 能同時收到4 顆以上的衛(wèi)星信號 表2 1 衛(wèi)星星座基本參數(shù) t a b 2 1t h ep a r a m e t e r so f c o n s t e l l a t i o n 內(nèi)容g p s 美 衛(wèi)星數(shù) 顆 2 1 3 軌道數(shù) 個 6 傾角 5 5 軌道平面間距 6 0 運行周期1 1 5 8 衛(wèi)星軌道高度 胤 2 0 2 0 0 覆蓋面 3 8 1 5 7 5 波長1 9 0 5 c m 載波頻率 嘲z 1 2 2 7 波長2 4 4 5 c m 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 在g p s 系統(tǒng)中 g p s 衛(wèi)星的作用為 1 用l 波段的兩個無線載波 1 9 c m 和2 4 c m 波 向廣大用戶連續(xù)不斷的發(fā)送導(dǎo) 航定位信號 每個載波用導(dǎo)航信息口 和偽隨即碼 p r n 測距信號進行雙相調(diào)制 用于捕獲信號和粗略定位的偽隨機碼叫c a 碼 用于精密定位的精密測距碼叫p 碼 由導(dǎo)航電文可以知道該衛(wèi)星當(dāng)前的位置和衛(wèi)星的工作情況 2 在衛(wèi)星飛越注入站上空時 接收由地面注入站用s 波段 1 0 c m 波段 發(fā)送到 衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其他有關(guān)信息 并通過g p s 信號電路 適時的發(fā)送給廣大用戶 3 接收地面主控站通過注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令 適時地改正運行偏差或啟 用備用時鐘等 g p s 衛(wèi)星的核心部件是高精度的時鐘 導(dǎo)航電文存儲器 雙頻發(fā)射和接收機以及微 處理機 而對于g p s 定位成功的關(guān)鍵是高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn) 這種高穩(wěn)定度的頻率標(biāo) 準(zhǔn)由高精度的時鐘提供 因為1 0 9 秒的時間誤差會引起3 0 c m 的站星距離誤差 所以每 顆衛(wèi)星一般安設(shè)兩臺銣原子鐘和兩臺銫原子鐘 并計劃未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘 g p s 衛(wèi)星雖然發(fā)送幾種不同的頻率信號 但它們源于一個基準(zhǔn)信號 其頻率為1 0 2 3 g h z 所以只需啟用一臺原子鐘 其余作為備用 衛(wèi)星鐘由地面站檢驗 其鐘差 鐘速連同其 他信息由地面站注入衛(wèi)星后 再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶設(shè)備 2 6 1 衛(wèi)星上均有遙測遙感天線 用于與地面監(jiān)控網(wǎng)通訊 每顆g p s 衛(wèi)星都帶有小型銫 或氫原子鐘 微型計算機 電文存儲器和信號接收與發(fā)射設(shè)備 并由太陽能電池及后備 鎘鎳電池提供電源 衛(wèi)星上還備有少量燃料 用于調(diào)整衛(wèi)星的狀態(tài) 如某顆衛(wèi)星發(fā)生故 障 備用衛(wèi)星可根據(jù)地面控制站的指令 立即飛往指定軌道進入工作狀態(tài) 原子鐘的穩(wěn) 定度達 i 2 1 0 1 3 1 1 0 4 4 這使所有衛(wèi)星在1 個月或者更長的時間內(nèi)不依靠地面 站的修正而完全獨立工作 2 1 2 地面監(jiān)控系統(tǒng) g p s 系統(tǒng)的地面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)區(qū)段目前由5 個地面站組成 其中包括主控站 m c s 地面天線站和監(jiān)測站 主控站 m c s 設(shè)在美國本土c o l o r a d os p r i n g s 的聯(lián)合空間執(zhí)行中心 c s o c 主 控站協(xié)調(diào) 管理所有地面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的工作 主要任務(wù)有四項 1 據(jù)各監(jiān)測站提供的觀測資料推算編制各顆衛(wèi)星的星歷 衛(wèi)星鐘差和大氣層修正 參數(shù)等 并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站 2 提供全球定位系統(tǒng)的時間基準(zhǔn) 各監(jiān)測站和g p s 衛(wèi)星的原子鐘均應(yīng)與主控站的 原子鐘同步或測出其闖的鐘差 并將鐘差信息編入導(dǎo)航電文送到注入站 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星 使之沿預(yù)定的軌道運行 4 啟用備用衛(wèi)星以取代失效的工作衛(wèi)星 地面天線站現(xiàn)有3 個 分別設(shè)在印度洋的迪戈加西亞 d i e g og a r e i a 南大西洋的 阿森松島 a s c e n c i o n 和南太平洋的卡瓦加蘭 k w a j i a l e i n 地面天線站的主要設(shè)備 包括一臺直徑為3 6 m 的天線 一臺c 波段發(fā)射機和一臺計算機 其主要作用是在m c s 的 控制下 將由m c s 推算和編制的衛(wèi)星星歷 鐘差 導(dǎo)航電文和其他控制指令等注入到相 應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng) 并監(jiān)測注入信息的正確性 監(jiān)測站的主要任務(wù)是為m c s 編算導(dǎo)航電文提供觀測數(shù)據(jù) 監(jiān)測站現(xiàn)有5 個 其中4 個和m c s 及地面天線站重疊 另外1 個設(shè)在夏威夷 h a w a i i 每個監(jiān)測站均用雙頻g p s 信號接收機 對每顆可見衛(wèi)星每6 秒鐘進行一次偽距測量和積分多普勒觀測 并采集氣 象要素等數(shù)據(jù) 整個g p s 的地面監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 除m c s b 均無人值守 各站間用現(xiàn)代化的通 訊系統(tǒng)聯(lián)系起來 在原子鐘和計算機的驅(qū)動和精確控制下 各項工作實現(xiàn)了高度的自動 化和標(biāo)準(zhǔn)化弘 2 1 3g p s 信號接收機 g p s 信號接收機的任務(wù)是 能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星 的信號 并跟蹤這些衛(wèi)星的運行 它接收多顆g p s 衛(wèi)星發(fā)播的信號 經(jīng)過一系列處理 后輸出3 維定位信息 時間信息以及g p s 衛(wèi)星狀態(tài)信息等 一般情況下 用普通的 商用g p s 接收器就能方便地獲得g p s 提供的時間信息 位置信息 速度信息等等 g p s 接收機輸出的時間信息包括串行口輸出的年 月 日 時 分 秒和頻率為1 h z 的 秒脈沖 1 p p s 1 8 1 其中 普通接收機收到1 p p s 的上升沿與國際標(biāo)準(zhǔn)時間 u t c 的統(tǒng)計誤差為l l a s 靜態(tài)定位中 g p s 接收機在捕獲和跟蹤g p s 衛(wèi)星的過程中固定不變 接收機高精 度的測量g p s 信號的傳播時間 利用g p 衛(wèi)星在軌的已知位置 解算出接收機天線 所在位置的三維坐標(biāo) 而動態(tài)定位則是用g p s 接收機測定一個運動物體的運動軌跡 g p s 信號接收機所位于的運動物體叫做載體 如航行中的船艦 空中的飛機 行走的 車輛 載體上的g p s 接收機天線在跟蹤g p s 衛(wèi)星的過程中相對地球而運動 接收 機用g p s 信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù) 瞬閫三維位置和三維速度 2 7 g p s 接收機一般用蓄電池作為電源 同時采用機內(nèi)機外兩種直流電源 設(shè)景機內(nèi) 電源的目的是更換外電源時不中斷連續(xù)觀測 在用機外電池的過程中機內(nèi)電池自動充 電 關(guān)機后 機內(nèi)電池為r a m 存儲器充電 以防止丟失數(shù)據(jù) 電子式互感器合并單元同步時鐘模塊的設(shè)計 2 2g p s 定位與授時 g p s 衛(wèi)星作為一個高空動態(tài)已知點 其位置是隨時間不斷變化的 因此 在給出衛(wèi) 星運行位置的同時 必須給出相應(yīng)的瞬間時刻 并且 衛(wèi)星位置的精度和時鐘的精度密 切相關(guān) 例如 當(dāng)要求g p s 衛(wèi)星的位置誤差小于1 c m 時 相應(yīng)的時刻誤差應(yīng)小于2 6 1 0 6 s o p s 測量是通過接收和處理g p s 衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號 來確定用戶接收機 觀測