摘要：近几年，随着科技的进步，电力系统中的GPS技术的应用越来越多。文中论述了全球定位系统（GPS）的定位和授时功能在电力系统中的应用，主要包括电力勘测、故障定位、电网调度自动化同步时间、稳定性判别、继电保护、电力网智能巡检、动态安全监测、电能质量监测、事故分析、失步保护、雷电定位等方面的应用。通过这些应用可以看出，GPS为电力系统的运行控制和监测发挥了非常重要的作用，为打造坚强的智能电网提供了重要保障。
关键词：全球定位系统；电力系统；应用
引言
全球定位系统（GPS）最早出现在５０年代末；当时原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国的科学家在对其进行跟踪研究的过程中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，难以满足大地测量和工程测量的要求，为了提高卫星定位的精度，美国从１９７３年开始筹建全球定位系统GPS。１９８９年开始发射正式工作卫星，并于１９９４年全部建成投入使用。全球定位系统（GPS）的出现和建立，是导航和定位领域中的一场重大的技术革命。全球定位系统它可在全球范围内全天候地为陆地、海上及空中用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间。因为其使用过程中不受天气影响，而且单点定位精度可达１０ｍ误差，若采用差分定位精度更可达厘米级和毫米级，因此，GPS系统是迄今最好的导航定位系统，它具有广泛的应用价值和发展潜力。
1GPS定位原理
GPS接收机可接收到用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历以及GPS系统信息。GPS接收机通过信号接收时间的测量以及卫星所发送的卫星轨道信息和时间可确定接收机到卫星的距离，由此计算出GPS接收机自身的位置。由于含有接收机与卫星时钟的误差及大气传播误差，故称为“伪距”，从４个不同的卫星得到４个这样的距离。对Ｃ／Ａ码测得的伪距称为Ｃ／Ａ码伪距，精度约为２０ｍ左右，对Ｐ码测得的伪距称为Ｐ码伪距，精度约为２ｍ左右。GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略定位导航。相对定位（差分定位）是根据两台或以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法。GPS是一种高精度卫星定位导航系统，它能够给出高精度的定位结果。尽管如此，GPS在定位的过程中也存在着误差，它包含３部分的误差。①对每一个用户接收机所公有的，是由于卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等引起的；②不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；③各用户接收机所固有的误差，例如：内部噪声、通道延迟、多径效应等。若采用差分技术，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则无法消除。
2GPS定位功能在电力系统中的应用
2.1基于GPS的双端行波原理故障定位
行波测距的基本原理是，当输电线路发生故障时，故障点将产生向线路两端以光速传播的行波，若能在同一时间基准下记录两端首次接收到行波浪涌的时刻，就能计算出故障点的位置。基于双端同步采样的行波法是目前故障定位中应用较为广泛，取得效果较好的一种方法，这要求线路两端的采样装置能够依据统一的时间基准进行同步采样。文献利用GPS同步采集输电线路双端故障前后一段时间的电流数据，对其进行经验模态分解，将高频模态分量进行HILBERT变换，得到相应的时间－－频率谱图。时频图上的频率突变时刻即为行波波头的到达时刻，从而实现故障定位。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆文献采用嵌入式技术，将输电线路的行波检测原理与双端行波故障定位方法相结合，设计了一套融入现代数据采集系统、数字信号处理技术、现代通信技术GPRS、全球定位系统GPS和GIS技术的输电线路双端行波故障定位系统。
2.2在输电线路工程测量中的技术应用分析
GPS精密单点定位系统在输电线路工程测量应用中相对常见，因为输电线路施工中会常常牵扯到一些高压电线路的危险操作，所以需要该技术来进行航外工作导航。在测量过程中，还要对测量区域的首级控制点进行分析，为其设定起算坐标，并提出以下3点技术要求：首先所设置的首级控制点要在3个或3个以上，且要求所有点均匀分布于测量工作区域内。在首级控制点的间距选择上要根据输电线路的总长度来设置；其次要采用静态观测方式，对首级控制点与像控制点实施同时观测，保证观测时间在5h以上；第三，针对首级控制点观测点的位置设置，要按照国家级控制点观测原则来做，设置过程中要充分考虑到交通便利因素、周边环境因素、易于观测原则因素等，最好设置固定标志，为基准站定位，确保观测数据真实完整且有效。
2.3在变电站控制测量中的技术应用分析
我国变电站建设规模相对较大，所以它对于GPS测量技术的要求也越来越高。变电站基于国家级控制点来进行比例尺测量，并建立测量区域控制网相对技术困难，且测量精度也无法保证。因此采用以GPS单点定位系统为核心的GPS控制网能够利用高精度测量技术来获得起算坐标，充分考量到变电站大型工程的各方面现实需求，改变传统中利用数字化测图的技术流程，而采用GPS精密单点定位技术来实现对数字化测图的解算操作，根据控制网起算坐标来实施解算操作验证，再根据控制点来实现假设测图调整，最终获得基于国家级精准控制点的数字化地形图。这一数字化地图的测量获取极大程度降低了测量站工作人员的工作强度，还全面提升了其测量速度与效率，可以将其利用于发生地震、台风等灾害的地区，实现这些地区的变电站电力工程的精准测量。
2.4在线故障定位
电力系统发生单相接地故障占到电网故障总数的８０％以上，当发生单相接地故障时，由于架空线路大都采用小电流接地方式，因此故障电流很小，定位故障区段就比较困难。随着用户对供电质量要求的不断提高，迫切需要开发一种在线故障定位装置，该装置能在故障发生后，迅速对故障点进行检测和定位。提出了基于零序功率方向的在线故障定位方法，判断故障和非故障路径上零序电压和零序电流的相位差，利用GPS的秒脉冲为相位获取提供基准，借助通用分组无线业务（ＧＰＲＳ）传送相位信息，实现配电网在线故障定位。研究基于零序功率方向和五次谐波分量法的在线定位方法，利用GPS技术和软件跟频技术实现了配电网广域零序相量的获取，并通过ＣＳＤ通信网络进行远程无线数据传输。在线路的零序电流测量节点处，将变电站测量的零序电压与线路节点的零序电流相位进行比较，依据零序功率方向法和五次谐波分量法，准确判断故障点的位置，仿真实验结果表明该装置能较好完成信号同步测量与传输，可以实现小电流接地系统单相接地故障的检测与定位。
结语
随着电力系统不断发展，及自动化水平的不断提高，GPS因其授时和测量的高精度，功能简单易用，必将在电力系统发展中发挥更加广泛的应用。
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论文作者:曲涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：测量论文; 故障论文; 误差论文; 接收机论文; 单点论文; 线路论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第2期论文;