·研制与开发·王克英，等WAMS中PMU的完整周期抗混迭同步采样方法 75 根据采样数据得到，即使在暂态信号下，也能给出一 合起来实时向相量中心传递数据。 个准确的基频分量。采样必须保持电信号的1个或 4结语 2个周期，完整的数据窗是用来消除频谱，以诚少该 段时间内由不连续的信号导致的吉布斯现象]。 本文基于新型DSP芯片和高速AVR单片机， 递推DFT算法要求采样数据必须基于连续数据窗， 提出了一种新的PMU构成方案。该装置充分利用 而变间隔采样又要求数据窗长度随频率实时变化。 DSP与AVR单片机的特点和资源，硬件结构简单， 因此，本文采用一个周期定间隔连续采样，满足了递 实验样机达到设计要求。 推DFT算法的连续数据窗定间隔的要求；每个完整 1)DSP内部的高精度定时器配合GPS的PPS 周期采样时，采样间隔根据频率的变化实时调整，减 协调同步信号源，避免了由于电磁干扰或意外情况 小了因频率变化给DFT算法带来的误差。 造成卫星信号丢失导致相位测量偏差不能反映，提 PMU软件实现包括前置机的DSP、AVR单片 高了PMU的抗干扰能力。 机底层软件和上位机的控制软件，具体程序功能框 2)在精确同步信号源与实时频率跟踪测量情况 图如图3所示。 下，提出了完整周期抗混迭同步采样方法，为递推 DFT算法提供了完整精确同步的原始数据。该方 初始化 法克服了定间隔采样频率变化带来的影响；又比基 GPS捕获 于递推DFT的自适应调整采样间隔的方法在硬件 上易于实现、计算简单。 初始化 参考文献 AD转换 键盘扫描 [1]KOSTEREV D N,ESZTERGALYOLS J,STIGERS C A. Feasibility Study of Using Synchronized Phasor Measurements DFT算法 留动液品显示 相量走势闲 for Generator Dropping Controls in the Colstrip System.IEEE 故障判断 Trans on Power Systems.1998,13(3):755-761. SPI SPI 局部控制 [2]王克英，豫钢，陈学允.计及PMU的状态估计精度分析及配置 -sVC切机 研究.中国电机工程学报，2001,21(8)：29一33. CAN总线唤配 USB T控机 ~发电机调速 WANG Ke-ying,MU Gang,CHEN Xue-yun. Precision 甩负荷 Improvement and PMU Placement Studies on State Estimation 结束标志 实时显示 of a Hybrid Measurement System with PMUs.Proceedings of DSP AVR单片机 the CSEE,2001,21(8):29-33. 图3程序功能 [3]腰林，刘万顺，食志皓，等.电力系统暂态稳定实时繁急控制的研 Fig.3 Function diagram of program 究.中国电机工程学报，2003,23(1)：64-69. TENG Lin,LIU Wang-shun,YUN Zhi-hao et al.Study of 其中，前置机软件全部完成并通过样机实验，上 Real-time Power System Transient Stability Emergency Control.Proceedings of the CSEE,2003,23(1):64-69. 位机软件完成相量数据接收、显示、存储、回放等功 [4]罗建裕，王小英，鲁庭端，等.基于广域测量技术的电网实时动态 能。前置机软件编写采用C语言与汇编语言混合 监测系统应用.电力系统自动化，2003,27(24)：78一80. 编程，C语言适合DSP的DFT算法，代码移植性 LUO Jian-yu,WANG Xiao-ying,Lu Ting-rui et al.Application 高，简单易行：汇编语言适用于硬件电路的信号捕获 of Real-time Dynamic Monitoring System of Power Network Based on Wide-area Measurement Technology.Automation of 与控制，代码效率高，实时性强。DSP程序实现利 Electric Power Systems,2003.27(24):78-80 用模块化设计思想，整个程序包括：GPs.c, [5]谢小荣，肖晋宇，靡陆园，等，采用广域测量信号的互联电网区间 Frequency.c,Adc.c,DFT.c,Ecan.c Spi.c 阻尼控制.电力系统自动化，2004,28(2)：37一40. 这6个模块，模块之间通过硬件汇编的中断方式衔 XIE Xiao-rong,XIAO Jin-yu,TONG Lu-yuan et a!.Inter-area Damping Control of Interconnected Power Systems Using Wide 接，实时响应。 area Measurements.Automation of Electric Power Systems 经递推DFT计算得到基频分量后，启动SPI, 2004,28(2):37-40. 把这些实时数据传递给高速AVR单片机，AVR单 [6]IEEE Std 1344--1995 R2001 )IEEE Standard for 片机经USB总线及时传给上位机，以进行分析控 Synchrophasors for Power Systems.Revised ed.2001. 制；同时AVR单片机驱动液晶显示。PMU中， [7]沈雷.CMOS集成电路原理及应用.第1版.北京：光明日报出版 杜，1986. DSP的eCAN功能在动模实验中实现1)，在具体的 SHEN Lei.The Principle&Application of CMOS IC.1st ed. 实际运行中，可以将CAN总线与以太网控制器结 Beijing:Guangming Daily Press,1986. 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net· 研 制 与开发 · 王 克英 , 等 中 的完整周 期抗 混迭 同步采样方法 根据采样数据得 到 , 即使在暂态 信号下 , 也 能给 出一 个准确 的基频分量 。 采样必须保持 电信号 的 个或 个周期 , 完整 的数据窗是 用来 消 除频谱 , 以 减少 该 段 时间 内 由不 连续 的信 号 导 致 的吉 布 斯 现 象 〕 。 递推 算法要求采样数据必须基于 连续数据窗 , 而变间隔采样又要求数 据 窗 长度 随频率 实 时变 化 。 因此 , 本文采用一个周期定 间隔连续采样 , 满足 了递 推 算法 的连续数据 窗定 间隔的要求 每个完整 周期采样 时 , 采样 间隔根据频率 的变化 实时调整 , 减 小 了因频率变化给 算法带来 的误差 。 软件实现包 括 前 置 机 的 、 单 片 机底层软件和上位 机 的控 制 软 件 , 具体 程 序功 能框 图如 图 所示 。 相量走势图 故障判断 局部控制 切机 发 电机调速 甩负荷 单片机 图 程序 功 能 吃 其 中 , 前置 机软件全部完成并通过样机实验 , 上 位机软件完成相 量数 据 接 收 、 显 示 、 存储 、 回放 等功 能 。 前置机软件 编 写 采 用 语 言 与 汇 编语 言 混 合 编程 , 语 言 适 合 的 算 法 , 代 码 移 植 性 高 , 简单易行 汇编语 言适 用于硬件 电路 的信号捕获 与控制 , 代码 效 率 高 , 实 时 性 强 。 程 序 实 现 利 用 模 块 化 设 计 思 想 , 整 个 程 序 包 括 , , , , , 一 和 这 个模 块 , 模块 之 间通 过 硬 件 汇 编 的 中断方 式 衔 接 , 实时响应 。 经递推 计 算 得 到 基 频 分 量 后 , 启 动 , 把这些 实时数据传递 给高 速 单 片机 , 单 片机 经 总线 及 时 传 给上 位 机 , 以 进 行 分 析 控 制 同 时 单 片 机 驱 动 液 晶 显 示 。 中 , 的 功能在动模实验 中实 现巨‘ 〕, 在具体 的 实 际运行 中 , 可 以 将 总线 与 以 太 网 控 制 器 结 合起来实时 向相量 中心传递数据 。 结语 本文基 于新型 芯 片和高速 单 片机 , 提 出了一 种新 的 构成方案 。 该装 置 充分利用 与 单 片机 的特点和 资源 , 硬件结构简 单 , 实验样机达到设计要求 。 内部 的高精度定 时器配合 的 协调 同步信号源 , 避 免 了 由于 电磁 干 扰 或 意 外情 况 造成卫 星信号丢失 导 致相 位 测 量 偏 差不 能反 映 , 提 高 了 的抗 干扰 能力 。 在精确 同步信号源 与实时频率跟踪测量情况 下 , 提 出了完整 周 期抗 混 迭 同步 采 样 方 法 , 为 递 推 算法提 供 了完 整精 确 同步 的原 始 数 据 。 该 方 法克服 了定 间隔采样 频 率 变 化带 来 的影 响 又 比基 于递推 的 自适 应 调 整采 样 间隔 的方 法 在 硬件 上 易 于实现 、 计算简单 。 参 考 文 献 〕 , , , , 一 幻 王 克英 , 穆钢 , 陈学 允 计 及 的状 态 估计精 度 分 析及 配 置 研究 中国 电机工程 学报 , , 一 一 , , 一 生 , , 一 〔 〕滕林 , 刘万 顺 , 直 志 皓 , 等 电力 系统暂态稳 定 实时 紧急控 制 的研 究 中国 电机工 程学 报 , , 一 , 一 , 一 一 , , 一 〔 」罗 建裕 , 王 小英 , 鲁庭瑞 , 等 基 于广域测 量技术 的 电 网 实 时 动态 监 测 系统应 用 电力 系统 自动化 , , 一 一 , 一 , 一 一 一 吸王 , , 一 〔 〕谢小 荣 , 肖晋 宇 , 童 陆 园 , 等 采用 广域测量 信号 的互 联 电 网区 间 阻尼 控制 电力 系统 自动 化 , , 一 一 , 一 , 一 一 , , 一 仁 一 仁 」沈雷 集成 电路原理及 应 用 第 版 北 京 光 明 日报 出版 社 , 乙 一