隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的廣泛應用，基于GPS的實時相量測量裝置PMU（Phase Measurement Unit）很好地解決了電力系統(tǒng)廣域空間同步測量的問題，并形成了電網(wǎng)廣域測量系統(tǒng)WAMS（Wide Area Measurement System）。PMU在全網(wǎng)統(tǒng)一的時間坐標系下（通過接收GPS的同步時鐘信號），對電力系統(tǒng)不同節(jié)點的電壓和電流進行同步采樣，通過數(shù)據(jù)處理生成各節(jié)點電壓、電流的正序相量，由GPS給每個相量打上時間標簽，然后將這些信息實時傳送到控制中心?？刂浦行脑诮y(tǒng)一的時標下，根據(jù)各個PMU的測量信息對電力系統(tǒng)的狀態(tài)進行分析，進行全電網(wǎng)的穩(wěn)定控制、事故預警等。
　　本文提出的PMU構成方案，充分利用了數(shù)字信號處理器DSP（Digital Signal Processor）的集成資源，采用雙CPU結構，以GPS秒脈沖為同步時鐘信號，結合高速14位A／D芯片進行采樣，并以USB 2．0接口、CAN總線接口和以太網(wǎng)接口相結合的通信方式實現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸。軟件沒計采用μC/OS-II實時操作系統(tǒng)，保證了裝置的實時性和可靠性。
　　1 PMU的構成與硬件實現(xiàn)
　　作為WAMS的關鍵組成部分，實時性和可靠性是最重要的，因此PMU的設計也應以此為依據(jù)。PMU的原理框圖如圖1所示。
　　
　　來自PT／CT二次側的電信號經(jīng)前置濾波，變?yōu)檫m合DSP處理的小信號。然后，根據(jù)GPS輸出的同步時鐘秒脈沖（PPS）經(jīng)DSP（No．2）內(nèi)部的捕獲單元產(chǎn)生滿足時間同步和頻率同步要求的異地同步采樣信號，啟動A／D轉換。DSP（No．1）根據(jù)變間隔的遞歸離散傅里葉變換（DFT）算法，每出現(xiàn)一個新的采樣數(shù)據(jù)窗計算一次被測量信號的基波分量，然后利用GPS給相量信息加上全網(wǎng)統(tǒng)一的“時間標簽”。
　　DSP（No．1）與DSP（No．2）之間采用同步串行接口（SPI），實現(xiàn)無縫接口連接。DSP（No．2）利用液晶顯示器實時顯示數(shù)據(jù)和波形，以便在不必配置本地上位機時組成最小的監(jiān)測單元。USB接口接本地上位機，同時也可以作為擴展口留作本地數(shù)據(jù)的攜帶轉移。通過CAN總線和工業(yè)以太網(wǎng)相結合的方式實現(xiàn)PMU與控制中心的數(shù)據(jù)傳輸。下面就關鍵的幾個部分加以詳述。
　　1.1 相量數(shù)據(jù)采集模塊
　　PMU的核心CPU采用TI公司的TMS320LF2407A（簡稱為“2407A”）芯片。主要原因在于其體積小，處理速度快，適于快速傅里葉（FFT）運算，并且片內(nèi)集成了CAN、SPI等總線控制器，適于控制系統(tǒng)。
　　A／D采樣電路是相量數(shù)據(jù)采集模塊的重要組成部分之一，同步相量測量對于A／D轉換部分的精度有著較高的要求。IEEE-1344和C37規(guī)范提供了如下公式，用于計算實際所需的A／D轉換有效位數(shù)：
　　
　　式中：Minimum resolution為所需A／D轉換的最小有效位數(shù)，F(xiàn)s為模擬量最大變動倍數(shù)，Emin為幅度計算的精度要求。