大型电力系统中功角稳定性、电压稳定性、频率动态变化及其稳定性都不是一个孤立的现象，而是相互诱发、相互关联的统一物理现象的不同侧面，其间的关联又会受到网络结构及运行状态的影响。其中母线电压相量和功角状况是系统运行的主要状态变量，是系统能否稳定运行的标志，必须进行精确监测。由于电力系统地域广阔、设备众多，其运行变量变化也十分迅速，获取系统关键点的运行状态信息必须依赖于统一的、高精度的时间基准控制工程网版权所有，这在过去是完全不可能的。全球定位系统(GPS)的出现和计算机、通信技术的迅速发展，为实现全电网运行状态的实时监测提供了坚实的基础。本文将重点介绍基于GPS的湖南电网状态监测系统的方案设计及实现方法。该系统已通过动模试验，各项技术指标已达到运行要求，且部分功能模块已在现场试运行。
        1．基于GPS的电网状态监测系统结构
        系统结构如图1所示。

        图1中，主站位于湖南省电力调度中心，子站暂时选取了2个有代表性的重要站点，子站暂是湖南凤滩水电厂，子站2是云田500kV变电站，它们分别由相角及功角测量装置、时间同步装置、通信系统及工控机组成。为了保证实时性，主站与各子站之间的通信信道采用专用微波信道。
        2．基于GPS的高精度时间同步装置
        基于GPS的高精度时间同步装置是整个监测系统的基础部件，它办全系统提供高精度的时间基准。GPS接收机输出信号通过解码后，一个通道输出1个秒脉冲(PPS)信号，其脉冲前沿与国际标准时间(UTC)的同步误差不超过1μs；另一通道为串口输出，在每个秒脉冲发出后，广播绝对时间www.cechina.cn，即年、月、日、时、分、秒，并由显示部件显示。其时间同步装置的系统结构如图2所示。

        在图2中，8254-1的作用有2个：一是提供2个秒脉冲之间（即1s内）的脉冲计数；另一个是将GPS-20的PPS（其脉宽为10%，即100ms）信号转变为脉宽为1ms的窄脉冲信号，以提供给8254-2。对于8254-2，它将8254-1测得1s之内的计数值作为基值CONTROL ENGINEERING China版权所有，将其进行80等分，以获得8OHz信号，并将其余数部分进行分摊处理(因8254晶振频率选为8MHz，不会对每一方波产生较大误差)，以防误差积累，从而可得8254-2的时间常数，每当新的PPSF到来时，使8254-2输出脉冲与其同步一次，即可得到精确的与PPS高度同步的时间同步信号，即80Hz的标准方波信号。需要指出的是CONTROL ENGINEERING China版权所有，该同步装置既考虑了GPS由于外界干扰可能造成同步脉冲消失，又防止了突变干扰信号被误认为同步信号现象的发生。
        3、状态监测子站的设计
        状态监测子站分为两大类型：一类为发电厂子站，另一类为变电站子站。
        3.1发电厂子站

        图3为单机无穷大系统的功角测量系统图。发电机G的功角为空载电势Eq与无穷大系统母线Us之间的夹角，记为δ。
        要完成功角测量，必须解决2个问题：一是由于无穷大系统母线一般离发电机很远，因此要解决2个异地相量的相位比较问题；另一个是发电机并网运行时，主q是不可测的，因此必须找到一个与它具有恒定相位关系的量来替代[飞利用将电压互感器(TV)输出电压进行整形，与80Hz的标准方波信号进行比相即可得到US与1〉G之间的相位差www.cechina.cn，从而解决了第1个问题；解决第2个问题的方法是，利用转子位置与空载电势在相位上的对应关系，用转子位置信号代替空载电势参与相应比较(转子位置信号靠装设在转子上的位置传感器获得)，通过推导可以获得发电机功角，其值等于发电机空载时的转子位置信号与发电机