基于GPS的電壓向量測(cè)量的新方法及其應(yīng)用

1 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于GPS的電壓互感器二次線路壓降載波式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置由測(cè)量主機(jī)和測(cè)量從機(jī)兩部分構(gòu)成。主機(jī)除了測(cè)量二次儀表輸入口的電壓參數(shù)以外，還向從機(jī)發(fā)送控制命令并接收測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算二次線路壓降，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換輸出補(bǔ)償電壓，通過(guò)串口與上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。從機(jī)結(jié)構(gòu)與主機(jī)類似，只是沒(méi)有D/A補(bǔ)償模塊，它能與主機(jī)通訊，按主機(jī)命令對(duì)TV輸出端口的電壓參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)地發(fā)送到測(cè)量主機(jī)。

裝置的設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：(1)基于GPS的高精度時(shí)間同步測(cè)量單元的設(shè)計(jì)：GPS系統(tǒng)1PPS(秒脈沖信號(hào))及100PPS和串口時(shí)間代碼的提取、同步測(cè)量電壓向量及計(jì)算處理二次壓降。(2)電力線載波通信模塊的設(shè)計(jì)：電力載波通信線路要求具備雙工通信的能力、比較穩(wěn)定的相移特性，以及足夠的輸出功率。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)比較，在TV二次線路上采用專用的電力載波數(shù)據(jù)通信芯片LM1893設(shè)計(jì)電力載波數(shù)據(jù)通信模塊，通信距離達(dá)500m，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要。(3)D/A補(bǔ)償模塊的設(shè)計(jì)：經(jīng)單片機(jī)計(jì)算處理后的二次壓降補(bǔ)償值通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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(duì)二次線路上的電壓損失進(jìn)行補(bǔ)償。

2 基于GPS的電壓向量測(cè)量

壓降測(cè)量是通過(guò)分別檢測(cè)TV二次線路兩端的電壓向量(應(yīng)檢測(cè)出幅值和相位)，然后將兩端測(cè)量值相減從而得出線路壓降值的幅值差和相位差。電壓的幅值測(cè)量較易滿足要求，采用一般的16bit A/D變換的方法即可。而相位差的檢測(cè)則是技術(shù)難點(diǎn)，本裝置對(duì)相位的測(cè)量是通過(guò)鎖相環(huán)電路將電網(wǎng)頻率信號(hào)倍頻，用該倍頻信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。每次電壓過(guò)零時(shí)，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。通過(guò)讀取TV二次線路兩端計(jì)數(shù)值并計(jì)算差值從而得出相位差。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)由鎖相倍頻電路產(chǎn)生，電壓過(guò)零檢測(cè)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后作為計(jì)數(shù)器的開(kāi)始計(jì)數(shù)信號(hào)，GPS的100PPS脈沖在單片機(jī)控制信號(hào)的作用下對(duì)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值進(jìn)行鎖存，每個(gè)周期的相位采樣數(shù)據(jù)(從鎖存器讀)、GPS接收機(jī)1PPS信號(hào)以及它的時(shí)鐘標(biāo)簽同時(shí)被送至單片機(jī)進(jìn)行處理。

由于電壓互感器二次線路壓降補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案要求相差測(cè)量精度為