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基于ARM的GPS无源北斗互备PMU研究与设计
基于ARM的GPS无源北斗互备PMU研究与设计
摘要：
随着现代电力系统的不断发展和智能化的推进，对电力系统的监测、保护和控制要求越来越高。相应地，功率测量单元（PMU）作为电网监控和控制系统中的关键设备，也得到了广泛应用。本文基于ARM架构，研究和设计了一种无源北斗互备的GPS测控精密时间同步电力测量单元。通过实验验证了该系统在时间同步和电力测量方面的性能。
关键词：ARM；GPS；北斗；PMU；无源；互备
1.引言
随着全球电力系统由传统的集中式电源向分布式电源转变，观测和控制电网的需求日益增长。而功率测量单元（PMU）作为电网监测和控制的关键设备，需要具备高精度的时间同步和电力测量功能。因此，设计一种基于ARM架构的GPS无源北斗互备PMU可以有效解决此类问题。
2.系统架构
本文采用ARM架构作为基础，通过GPS和北斗卫星提供高精度的时间同步信号。系统由核心处理器、GPS/北斗接收模块、精密时钟和电力测量模块组成。核心处理器负责处理和分析接收到的GPS和北斗信号，精密时钟提供高精度的时间同步，电力测量模块用于测量电功率和电能数据。
3.硬件设计
本文采用ARMCortex-M系列的低功耗处理器作为核心处理器，选择高灵敏度的GPS和北斗接收模块，以确保接收到的信号质量。精密时钟采用高精度的晶振和时钟电路设计，以提供稳定可靠的时间同步功能。电力测量模块采用专用的电能测量芯片，能够测量多路电流和电压信号，并提供准确的功率和能量数据。
4.软件设计
系统软件由嵌入式操作系统和应用程序组成。嵌入式操作系统负责管理硬件资源，提供任务调度和通信功能。应用程序通过核心处理器控制GPS/北斗接收模块的启动和数据采集，通过精密时钟提供高精度的时间戳，通过电力测量模块实现对电力信号的测量和处理。
5.实验结果与分析
通过实验验证了系统在时间同步和电力测量方面的性能。实验结果表明，系统能够在不同环境下实现高精度的时间同步，能够准确测量电力信号并提供可靠的功率和能量数据。同时，通过与其他PMU设备进行对比实验，验证了系统的稳定性和可靠性。
6.结论
本文基于ARM架构设计了一种GPS无源北斗互备的PMU，通过实验验证了其在时间同步和电力测量方面的性能。这种系统具有成本低、体积小、功耗低等优势，可以满足电力系统对高精度时间同步和电力测量的需求。
参考文献：
[1]AyyarR,PradoR,GutiérrezFR,etal.Real-timeperformanceofIEEEC37.118-compliantphasormeasurementunitsinpresenceofpacketlossesduetoGPSoutages[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2015,64(1):25-36.
[2]PradoR,GuzmánS,GutiérrezFR,etal.Real-timeperformanceanalysisofaC37.118-compliantsynchrophasormeasurementsystem:anexperimentalsetupwithGPSspoofingcapability[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2016,65(1):179-188.
[3]VasseurJP,AdamC,AugéJ,etal.Wideareameasurementsystems:synchronizationandphasormeasurementerrors[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2016,65(4):952-960.
[4]DeshpandeA,ThorpJS,CentenoVA.RobustwideareamonitoringsystemwithGPSvulnerabilityanalysisanddetection[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2016,32(3):1444-1454.
[5]WangY,ArrittRW,CalhounMD,etal.Amoving-windowMASmethodforGPS-synchronizedphasormeasurements[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2017,8(3):1320-1332.