基于GPS的電壓向量測量的新方法及其應用

1 自動(dòng)跟蹤補償裝置的總體結構

系統結構如圖1所示。

基于GPS的電壓互感器二次線(xiàn)路壓降載波式自動(dòng)跟蹤補償裝置由測量主機和測量從機兩部分構成。主機除了測量二次儀表輸入口的電壓參數以外，還向從機發(fā)送控制命令并接收測量數據，計算二次線(xiàn)路壓降，通過(guò)D/A轉換輸出補償電壓，通過(guò)串口與上位機通訊實(shí)現遠程監控和數據共享。從機結構與主機類(lèi)似，只是沒(méi)有D/A補償模塊，它能與主機通訊，按主機命令對TV輸出端口的電壓參數進(jìn)行測量，并將實(shí)時(shí)數據及時(shí)地發(fā)送到測量主機。

裝置的設計主要包括以下內容：(1)基于GPS的高精度時(shí)間同步測量單元的設計：GPS系統1PPS(秒脈沖信號)及100PPS和串口時(shí)間代碼的提取、同步測量電壓向量及計算處理二次壓降。(2)電力線(xiàn)載波通信模塊的設計：電力載波通信線(xiàn)路要求具備雙工通信的能力、比較穩定的相移特性，以及足夠的輸出功率。經(jīng)過(guò)反復試驗比較，在TV二次線(xiàn)路上采用專(zhuān)用的電力載波數據通信芯片LM1893設計電力載波數據通信模塊，通信距離達500m，能夠滿(mǎn)足現場(chǎng)檢測的需要。(3)D/A補償模塊的設計：經(jīng)單片機計算處理后的二次壓降補償值通過(guò)D/A轉換器轉換成模擬量，通過(guò)功率放大器后串聯(lián)迭加到二次儀表輸入端口，對二次線(xiàn)路上的電壓損失進(jìn)行補償。

2 基于GPS的電壓向量測量

壓降測量是通過(guò)分別檢測TV二次線(xiàn)路兩端的電壓向量(應檢測出幅值和相位)，然后將兩端測量值相減從而得出線(xiàn)路壓降值的幅值差和相位差。電壓的幅值測量較易滿(mǎn)足要求，采用一般的16bit A/D變換的方法即可。而相位差的檢測則是技術(shù)難點(diǎn)，本裝置對相位的測量是通過(guò)鎖相環(huán)電路將電網(wǎng)頻率信號倍頻，用該倍頻信號作為計數器的時(shí)鐘信號。每次電壓過(guò)零時(shí)，計數器重新開(kāi)始計數。通過(guò)讀取TV二次線(xiàn)路兩端計數值并計算差值從而得出相位差。其結構圖如圖2所示。計數器時(shí)鐘信號由鎖相倍頻電路產(chǎn)生，電壓過(guò)零檢測產(chǎn)生的信號經(jīng)過(guò)整形后作為計數器的開(kāi)始計數信號，GPS的100PPS脈沖在單片機控制信號的作用下對計數器當前值進(jìn)行鎖存，每個(gè)周期的相位采樣數據(從鎖存器讀)、GPS接收機1PPS信號以及它的時(shí)鐘標簽同時(shí)被送至單片機進(jìn)行處理。

由于電壓互感器二次線(xiàn)路壓降補償裝置的設計方案要求相差測量精度為