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(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跟蹤補(bǔ)償裝置由測量主機(jī)和測量從機(jī)兩部分構(gòu)成。主機(jī)除了測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量數(shù)據(jù)，計(jì)算二次線路壓降，通過D/A轉(zhuǎn)換輸出補(bǔ)償電壓，通過串口與上位機(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，只是沒有D/A補(bǔ)償模塊，它能與主機(jī)通訊，按主機(jī)命令對TV輸出端口的電壓參數(shù)進(jìn)行測量，并將實(shí)時數(shù)據(jù)及時地發(fā)送到測量主機(jī)。

裝置的設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：(1)基于GPS的高精度時間同步測量單元的設(shè)計(jì)：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(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)場檢測的需要。(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(jìn)行補(bǔ)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(diǎn)，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(jì)數(shù)器的時鐘信號。每次電壓過零時，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)。通過讀取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(jì)數(shù)器的開始計(jì)數(shù)信號，GPS的100PPS脈沖在單片機(jī)控制信號的作用下對計(jì)數(shù)器當(dāng)前值進(jìn)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(jī)1PPS信號以及它的時鐘標(biāo)簽同時被送至單片機(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)方案要求相差測量精度為