GPS在电力系统的应用

摘要：全球卫星定位系统（GPS）可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能，为人们的生活带来了许多便利，GPS被应用在了生活中的方方面面，本文主要就GPS的工作原理及在电力系统中的应用进行了论述，最后对GPS在电力系统中的应用前景进行了展望。

关键词：GPS；电力系统；应用研究Abstract:The global positioning system (GPS) can provide the vehicle positioning, anti-theft, anti robbery, route monitoring and call control function, has brought many conveniences for people's life, GPS will be used in all aspects of life, this paper discusses the working principle of GPS and its application in power system in the end, the application prospect of GPS in power system are discussed.

Keywords: GPS; power system; Application Research

中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：

1、GPS的工作原理

GPS实施的是“到达时间差”（时延）的概念，即利用每一颗GPS卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接受机的到达时间差。GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供GPS接收机接收，由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟一些，这样可以通过延时来确定距离，卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现了时间同步，接收机便能测定时延，将时延乘以光速，就能得到距离。GPS系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的，这些星钟可以精确到世界协调时的几纳秒之内。

1.1 卫星导航原理

卫星导航原理是卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，成为伪距，为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。

1.2 卫星的精确定位

要实现卫星的精确定位功能，需要有非常全面的轨道设计方案，在地面上需要建立起来卫星的监测站，以保证可以实时检测到卫星的运行状态，还要有适时发送指令的功能进而确保卫星在预定的轨道上运行，最后把正确的轨道转换成星图轨道的精确信息，注入卫星，最后再转发到我们的定位设备中。

1.3 解决卫星与我们之间距离的问题

要解决这个问题，需要一个很常见的物理公式，即距离=速度×时间。这里的速度不是卫星的速度，也不是我们的速度，而是一个绝对速度的概念，即所谓的光速。这样就将焦点问题归结到对时间信号的校准和测量上。基于这一理论，在每一个GPS卫星上都要装载非常准确的原子钟，在地面需要具备3个数据注入站，实现把卫星时钟与地面测控站的时间进行精确的校对。

最终要将所有的这些信息传递到定位终端去，通过测算出相对距离来计算出我们所在的位置，理论上只需要搜寻到4颗卫星就可以进行准确的定位。但是在实际的使用中会由于误差等原因，需要更多的卫星或者更长的运算时间，若在实际使用过程至少可以保证6-9颗卫星的连接就没有问题。

2、GPS在电力系统中的应用

2.1 GPS定位功能在电力系统中的应用

GPS 在电力系统中的定位功能与普通的GPS定位方法大同小异。将GPS 装置固定在需要确定空间位置的原件或是地面的某个位置上，通过GPS 接收机把接收到的卫星信号进行解码进而得出GPS装置的具体空间位置，最终得出需要定位的原件或某一位置的具体经度、维度及高度的相关位置信息，以实现对装置或地点的精确定位功能。

2.2 GPS定时功能在电力系统中的应用

相对于GPS的定位功能来说，GPS的定时功能在电力系统中的应用更加普遍，更加具有应用价值。电力系统中的微机保护及安全自动化系统、远动及微机监控系统、调度自动化系统等许多自动化的装置，都需要一个精确的时间标准，随着电力系统的不断发展，对时间标准精确度的要求也逐渐增大。

2.3 GPS在电网动态监测系统中的应用

利用GPS同步测量可以快速并精确的获得电力系统的历史数据和实时状态，GPS技术的应用对电力系统的安全、稳定控制具有重要的意义，在电网动态监测中应用GPS实现的同步相量测量技术使电力系统中任何一个变电站都可以接收

GPS发来的精确的时间脉冲，采用这种方式可以监测和记录系统状态的相量，利用光纤通信系统把各变电站测量所得的数据进行收集整理后，就可以得到各站之间的动态相量变化，根据这些整理后的内容实行对相量的控制，进而实现对电力系统的动态实行实时的监测，保证电网的安全。

2.4 利用GPS分析电网中的故障

电网事故发生后能够及时准确的分析故障、找出病因对电力系统的正常运行是十分必要的，但由于地域的差异，不同地点的保护行为和故障录波器所记录的时间存在着差异，使故障原因分析不清晰，应用GPS技术能够使保护动作和录波器达到时间上的精确同步，分辨率可以达到微妙的精确度，能够清晰的展示出故障发生的行为顺序，为故障的分析提供更加准确的信息，利用GPS各站的同步时钟系统，在全网范围内可以自动记录事件状态变化的时间，电网继电保护过程，就依赖于精确统一的时间，达到精确分析电网故障的效果。

2.5 GPS在电力勘探中的应用

GPS在电力系统勘测设计中常被应用在发电厂、变电所和微波通信工程测量中，它为工程设计的方案论证和优化提供了有力的技术支撑，给工程建设的技术经济指标创造了客观条件。 GPS节制网具有较高的平面精度，可以为用户提供准确的高程数据，GPS测量时一项复杂、要求严格、破耗性较大的工作，工作的原则是尽可能地削减经费和人力的消耗，对各阶段的工作内容要精心的设计和实施。

2.6 GPS在架空输电线路测量中的应用

GPS结合航空测量技术在输电线路测量中的应用可以提高工作效率、减轻工作强度。GPS技术的应用实现了对上千公里输电线路进行大规模的控制和测量工作。GPS结合航空测量技术成为现代大型架空输电线路测量的主要方式。

3、GPS在电力系统中的发展前景展望

GPS技术仍在发展中不断的完善，实时差分、无初始化动态(AROF)及实时动态(RTK)技术也陆续涌现出来，使三维坐标放样取得了实质性的进展。在实际测量中，GPS外控技术结合航空测量技术已经走向成熟，可以被推广、应用。工程测量可以打破传统的先测量整体后进行局部，对控制网层层加密的方法，将GPS与计算机相联结在野外进行数据的实时收集，这种实时成图的测量方式是测量技术发展的一个新兴的领域。从测量这一角度看，通过应用GPS新技术，再结合电力行业的其它技术优势，可以增强电力行业的综合竞争力。

随着我国电力系统自动化市场的不断发展，电力调度自动化的市场规模将继续上升，省网及地方调度的自动化普及率将提升至近一半的比例，市场的需求也将不断的扩大。电力调度系统的监测将从传统的稳态监测全面向动态监测方向发展，令基于GPS技术的新一轮动态性安全监控系统发挥更重要的服务价值。

4、结语

GPS的导航功能十分强大，能够提供全天候的导航、授时、定位，如果将它应用在电力系统中，可以获得精确的脉冲信号和时间代码，实现了电网精度和可靠性的高度时间统一性，与传统方法相比，GPS具有精确度高、应用范围广等优点，是电网时间统一的合理方法。这一方法的应用使得电力系统的研究人员可以实时的研究时间和空间的动态问题，具有重要的意义。

参考文献：

[1]李家坤等. GPS在电力系统中的应用[J].长江职工大学学报, 2002, (9).

[2]郭忠尧. GPS在电力系统中的应用[J].福建电力与电工, 2010, (12).

[3]张益等. GPS在电力系统中的应用[J].上海电力学院,2007, (3).