船舶电力系统同步相量测量装置的研制.pdf

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1、船电技术

2、应用研究Vol.35No.112015.11船舶电力系统同步相量测量装置的研制陈楚，吴强，王黎明，肖雄波（海军工程大学电气工程学院，武汉430033）摘要：实现一种适用于船舶电力系统的同步相量测量装置，介绍了时钟同步模块、数据采集模块和数据处理模块。采用基于Nuttall窗函数的双谱线插值FFT算法对电力谐波进行分析，并对IEEEC37.118协议进行扩展，使之适用于船舶电力系统同步相量参数测量。用标准信号源对装置进行测试，相量幅值误差小于0.2%，相位误差小于0.2°。满足电力系统实时监控的要求。关键词：船舶电力系统同步相

3、量测量IEEE1588IEEEC37.118谐波分析中图分类号：TM931文献标识码：A文章编号：1003-4862（2015）11-0064-06ResearchonSynchrophasorMeasurementUnitforShip’sPowerSystemChenChu,WuQiang,WangLiming,XiaoXiongbo(CollegeofElectricalEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033,China)Abstract:Asynchronize

4、dphasormeasurementunitisdesignedforshippowersystem.Thesynchronizedclockunit,datacollectunitanddataprocessingunitarepresentedindetail.AnapproachbasedontheNuttallwindowdouble-spectrum-lineinterpolationFFTisusedforelectricalharmonicanalysis,extendedC37.118forship’spowersys

5、temsynchronizedphasormeasurement.Testedbyastandardsignalsource,theresultsshowthattheamplitudemeasurementerrorislessthan0.2%andphasormeasurementislessthan0.2°,meettherequirementsofthepowersystemstablizationmonitorandcontrol.Keywords:shippowersystem;synchrophasormeasureme

6、ntunit;IEEE1588;EEEC37.118;harmonicanalysis0引言船舶电力系统作为独立的小区域系统，其发电、配电以及母线等设备均位于船舶底层，布线随着船舶大型化和自动化程度度提高，船舶密集，空间狭小，难以实现对每个PMU节点安各类用电负荷大大增加，使得船舶电力系统日趋装GPS/北斗卫星接收天线进行同步授时。采用基复杂庞大。作为一个独立的区域系统，这也使得于IEEE1588（简称PTP）精确时钟同步协议的卫[1]船舶电力系统运行与控制复杂程度越来越高。星时钟同步与局域网时钟同步相结合的混合时钟同步相量测量单元（

7、PhasorMeasurementUnit,[4]同步技术实现船舶电力系统各PMU节点之间PMU）可提供高精度、高采样率、带时标的电压、的时钟同步，系统主时钟接收GPS/北斗卫星秒脉电流及频率信号，在同一个时间面观察整个系统冲（1PPS）与世界协调时间（UTC）信息，向从的状态，是电力系统动态过程监测的重要手段。时钟发送IEEE1588协议报文，实现从时钟与主本文针对船舶电力系统的特点，研制了一种适用时钟的时钟同步，系统采用分布式结构体系，如于船舶电力系统的同步相量测量装置。图1所示。1船舶电力系统PMU系统设计方案2同步相量测量单元

8、设计测量单元采用双CPU（FPGA+ARM）结构，收稿日期：2015-09-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（61101206）主要由时钟同步模块、数据采集模块和数据处理作者简介：陈楚(1989-)，男，硕士研究生。研究方向：模块组成。电力系统研究。64Vol.35No.112015.11船电技术

9、应用研究65船电技术

10、应用研究Vol.35No.112015.11时钟同步模块通过同步网络实现各PMU节数据采集模块主要由调理电路、互感器、AD点时钟同步，同时向FPGA输出同步秒脉冲和转换器、FPGA芯片组成。采用16位高精度TOD

11、（TimeOfDay）时间信息，由FPGA驱动AD7606模数转换器，最高采样率可达200kbps，AD对三相电压、电流进行高精度同步采样，保保证采样数据的精确度。证采样数据的时间同步性。数据处理模块接收同FPGA通过串