同步相量测量装置数据处理平台硬件设计与实现

摘要

近年来，国家斥巨资建立智能电网，同时大力开发西部水利水电，实施西电东送、全国联网，并建立特高压交流和直流输电通道。在这种情况下，电力系统本身的安全必须予以高度关注，其是否能够稳定运行直接关乎着国计民生的诸多方面。
　　 对于电力系统本身而言，随着电网规模的不断扩大，大区电网的不断互联，使电网结构的复杂程度不断增加；同时，大功率电力电子设备的引入，大容量输电方式的出现，使电力系统的动态行为更加复杂；再次，电力系统分布范围广，运行元件多，电网发生故障后波及面大等等。诸多原因使得电力系统的保护和控制只能依赖于局部信息，很难做到全局协调。因此，如何对电网运行状况做到实时、精确的监控就具有相当重要的研究价值及意义，而电力系统同步相量测量装置的研发，就是针对上述问题所产生的一个比较好的解决方案。
　　 本论文基于广域测量系统（Wide Area Measurement System，WAMS），在对国内外研究现状进行深入分析的基础上，设计了一个以ARM、DSP、FPGA三种核心单元作为系统硬件平台总体架构的同步相量测量装置（Phasor MeasurementUnit，PMU）。其中，DSP为数据采集单元，ARM为基于以太网的数据处理及传输单元，FPGA为精确同步时钟单元。
　　 本套系统为了实现对电力系统各项数据的精确同步采集，我们设计了基于FPGA与GPS的同步时钟源，并且以TMS320F2812芯片作为采集卡的核心处理器；而针对电力系统动态监测通信数据量大及实时性高的要求，同步相量测量装置采用了基于ARM9的以太网通信方式；同时，提供了USB接口以供外接存储介质对海量数据进行保存及后期分析。通过三者结合，达到了数据同步采集、实时处理、本地存储、远方通信等功能。