电力系统类有关论文范文资料,与北斗多模卫星导航在电力系统中同步授时相关学士学位论文范文

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摘 要 ：通过对在电力系统中应用北斗卫星导航系统进行定位、授时等的迫切性和可行性进行分析；提出了采用大规模集成电路和模块化设计,以高速芯片进行控制的北斗多模授时设备.射频通道全部采用芯片搭建,通过选型,选用了MAXIM公司的MAX2769ETI+芯片作为射频芯片.数字基带处理主要在大容量的FPGA平台上完成.定位解算处理功能在DSP平台上完成.守时电路在单片机和FPGA上实现对晶振的驯服从而输出同步时间信息.最后,通过实验室测试得出该设备能够达到较高的授时精度.

关 键 词 ：北斗；射频解调；数字基带处理；定位解算；守时电路；FPGA；DSP

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3929-04

Abstract： Through the application of power system Beidou satellite navigation and positioning system, urgency and feasibility of timing, etc. are analyzed； proposed Compass multimode timing device uses LSI and modular design, high-speed chip control . RF channel all use chips to build, through the selection, use the MAXIM's MAX2769ETI + chips as the RF chip. Digital baseband mainly done on large-capacity FPGA platforms. Positioning solution processing is done on DSP platform. Punctuality circuit implementation of crystal tame the microcontroller and FPGA to output synchronous time information. Finally, through laboratory tests showed that the device can achieve high timing accuracy.

Key words： Beidou； RF demodulation； digital baseband； positioning solver； punctuality circuits； FPGA； DSP

卫星定位导航系统具有高精度的授时、定位和测速能力,能够提供远距离传输的标准时间信息,在军事和民用各部门得到了广泛的应用.利用卫星导航系统提供的标准时间信息,可以建立标准时间尺度,实现高精度的守时和时间同步.近十多年来电力系统的自动化技术得到迅速发展,发电厂自动化控制系统、调度自动化系统、变电站综自系统、PMU、微机继电保护装置、故障录波装置等的广泛应用都离不开时间记录和统一的时间基准.通过时钟同步技术为每个系统发送的正确时钟信号,结合自动化运行设备的实时测量功能,实现了对线路故障的检测、对相量和功角动态监测、提高在电网事故中分析和判断故障的准确率,提高了在电网运行中控制机组和电网参数校验的准确性[1],北斗导航系统是我国自主研制的全天候、全时提供卫星导航定位信息的区域导航系统,具有授时、定位、通信三大功能.为构建我国完全自主的卫星导航平台奠定了坚实的基础[2].

1.北斗在电力系统中应用的迫切性和可行性

电力系统对时间同步的需要主要体现在电网故障分析与电网调度上,直接使用时间同步装置的是电力系统各自动化设备.目前我国的时间同步装置大都是基于GPS （Global Positioning System）技术的,而GPS是由美国军方控制的军民公用系统,虽然现在对全世界开放,但是并未承诺我国可以无限期免费使用,这便存在着重大的安全隐患,一旦GPS卫星导航系统不能正常工作或者发生战争美国调整甚至关闭GPS信号,将给我们带来巨大影响[3].

北斗卫星导航系统由空间端、地面端、和用户端三部分组成,具有短信报文通信、精密授时、精确定位、容纳用户量大四大功能.从1983年“北斗一号”方案提出,到现在“北斗二号”的飞速发展,达到了定位精度优于20m,授时精度优于100ns的先进水平.北斗卫星导航系统由我国独立自主研制开发,不受他国的控制和限制,其可用性、可依赖性和安全性更有保障[4].北斗卫星信号覆盖范围是北纬5°-55°和东经70°-140°之间的区域,包括我国大陆、台湾等岛屿和海域及我国周边的部分国家和地区,在此范围内能够全天候全天时地提供高精度定位、授时和短报文通信服务.北斗卫星信号的服务范围已完全覆盖了我国电力系统所包含的区域.此外,由于北斗卫星位于赤道上空36000km的静止轨道,接收机相对卫星的可工作仰角范围为10°-75°,遮蔽角小,信号不易被接收机附近的高大物体遮蔽,该特点特别适合于我国一些高山地区的变电站同步授时,北斗卫星导航系统应用于我国电力系统授时领域前景广阔[4].

2.系统软硬件实现

该系统选用高精度授时型GPS 接收机/北斗接收机/外部B码为基准,提供高可靠性、高冗余度的时间基准信号,并采用智能“学习”驯服算法驯服晶振,使守时电路输出的时间同步信号精密同步在GPS/北斗/外部B码时间基准上,输出短期和长期稳定度都十分优良的高精度同步信号.采用全模块化结构设计,其输入、输出、电源等均可灵活配置,并具有丰富的各类模块及板卡供选择,对时信号的种类和数量都可根据需要灵活选择配置.总体原理框图如下图1所示,主要由四个模块组成射频解调模块、数字基带处理模块、定位解算模块和守时电路模块. 2.1 射频解调模块

有源天线接收的卫星信号包含有GPS/GLONASS/BD-2（B1）卫星信号.根据频率的不同,接收信道对GPS/GLONASS/BD-2（B1）分别进行下变频,成为所需的中频信号.原理框图如图2所示.为了降低功耗和缩小体积,射频通道全部采用芯片搭建,通过选型,选用了MAXIM公司的MAX2769ETI+芯片作为射频芯片.

2.2 数字基带处理模块

数字基带处理原理框图如图3所示,基带处理单元包括多个独立的接收通道,该系统有36个卫星通道.每一个通道均可以完成C码、P码的捕获、跟踪、解扩、解调和测距功能.其过程是利用中频信号实现对当前可视卫星信号的捕获、跟踪,并获取相关的码、载波信息,在与卫星信号同步的基础上输出导航电文数据,送给定位解算模块处理.这部分工作主要在大容量的FPGA （Field-Programmable Gate Array）平台上完成.

2.3 定位解算处理模块

定位解算处理模块通过接收来自基带处理模块的观察量,解析基带输出的导航电文,实现BD-2（B1）、GPS、GLONASS三系统单独或任意组合定位和测速.该部分功能在DSP（Demand-Side Platform）平台上完成.采用TI公司的定点型高速DSP芯片TMS320C6416实现,完成复杂的导航处理任务.

TMS320C6416是TI公司推出的高性能定点数字信号处理器,工作时钟频率高达1GHz,运算速度高达8000MIPS,拥有64个独立通道的EDMA控制器,3个多通道同步缓冲串口McBSP,两个扩展存储器接口EMIFA和EMIFB.该DSP的处理能力和速度完全满足BD-2（B1）、GPS、GLONASS三系统定位解算功能的实现需求,且外设资源丰富方便接口设计,也便于在现有的基础上进行性能升级和功能扩展[5].

TMS320C6416芯片原理框图如图4所示,FPGA 通过接收的中频信号进行捕获跟踪处理,计算观测量并解析出导航电文同时传送给DSP,接下来DSP提取导航电文中包含的卫星号和时间信息、估计可见星,并对FPGA 进行通道配置和时间设定,完成定位解算得到接收机的地理位置信息以及时间信息等.最后,DSP以NMEA-0183标准格式将定位结果通过UART接口输出.

2.4 守时电路模块

为了使晶振信号与卫星标准时间信号保持高精度同步,根据高精度同步守时钟的产生原理,守时模块的原理图如图5所示.10MHZ晶振脉冲计数器是在卫星时间信号秒脉冲的范围内对晶振频率进行计数；单片机主要是将晶振时间信息逐渐的同步到卫星标准时间信号上[6],其中通过智能“学习”驯服算法进行修正.

电力系统本科毕业论文这么写
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3.系统测试结果

该系统测试时数据更新率为1Hz,根据图6 GPS模式授时可知应用GPS单模式授时其授时精度能够达到43ns,根据图7所示应用BD-2（B1）、GPS、GLONASS组合模式进行授时其授时精度能够达到56ns.守时精度优于0.4μs/min,同时接口具备报文和1PPS输出的特性,满足NMEA-0183格式输出.其TOD格式记录如下所示：

$GPRMC,080616,A,,,,,,,270211,,&