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控制工程网版权所有，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，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，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，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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，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www.cechina.cn，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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www.cechina.cn，其值等于发电机空载时的转子位置信号与发电机