基于GPS的電壓向量測量的新方法及其應(yīng)用

1 自動跟蹤補償裝置的總體結(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跟蹤補償裝置由測量主機和測量從機兩部分構(gòu)成。主機除了測量二次儀表輸入口的電壓參數(shù)以外，還向從機發(fā)送控制命令并接收測量數(shù)據(jù)，計算二次線路壓降，通過D/A轉(zhuǎn)換輸出補償電壓，通過串口與上位機通訊實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。從機結(jié)構(gòu)與主機類似，只是沒有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(shù)進行測量，并將實時數(shù)據(jù)及時地發(fā)送到測量主機。

裝置的設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：(1)基于GPS的高精度時間同步測量單元的設(shè)計：GPS系統(tǒng)1PPS(秒脈沖信號)及100PPS和串口時間代碼的提取、同步測量電壓向量及計算處理二次壓降。(2)電力線載波通信模塊的設(shè)計：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)過反復(fù)試驗比較，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)計電力載波數(shù)據(jù)通信模塊，通信距離達500m，能夠滿足現(xiàn)場檢測的需要。(3)D/A補償模塊的設(shè)計：經(jīng)單片機計算處理后的二次壓降補償值通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量，通過功率放大器后串聯(lián)迭加到二次儀表輸入端口，對二次線路上的電壓損失進行補償。

2 基于GPS的電壓向量測量

壓降測量是通過分別檢測TV二次線路兩端的電壓向量(應(yīng)檢測出幅值和相位)，然后將兩端測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。而相位差的檢測則是技術(shù)難點，本裝置對相位的測量是通過鎖相環(huán)電路將電網(wǎng)頻率信號倍頻，用該倍頻信號作為計數(shù)器的時鐘信號。每次電壓過零時，計數(shù)器重新開始計數(shù)。通過讀取TV二次線路兩端計數(shù)值并計算差值從而得出相位差。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。計數(shù)器時鐘信號由鎖相倍頻電路產(chǎn)生，電壓過零檢測產(chǎn)生的信號經(jīng)過整形后作為計數(shù)器的開始計數(shù)信號，GPS的100PPS脈沖在單片機控制信號的作用下對計數(shù)器當(dāng)前值進行鎖存，每個周期的相位采樣數(shù)據(jù)(從鎖存器讀)、GPS接收機1PPS信號以及它的時鐘標(biāo)簽同時被送至單片機進行處理。

由于電壓互感器二次線路壓降補償裝置的設(shè)計方案要求相差測量精度為