摘　要：介紹了一種應用GPS時鐘同步采樣技術測量電壓互感器二次線路壓降的新方法，該方法結合對50Hz工頻信號鎖相倍頻產生計數脈沖的方式，測量壓降的相位差，使檢測具有線路簡單、測量時間短、功耗低、性價比高等特點。
 
關鍵詞：GPS 電壓互感器 二次壓降 鎖相倍頻

隨著電力系統體制改革的深化，廠網分家的模式已初步形成。發電廠上網電量及電網間電量交換的精確計量直接關系到結算雙方的經濟利益，因此減小電能計量裝置的綜合誤差是十分重要的。實際測試的結果表明，電能計量綜合誤差中電壓互感器(TV)二次回路電壓降引起的計量誤差最為突出，大約占電費收入的1%-2%甚至更多，涉及電費數百萬元。為減小該誤差，目前普遍通過鋪設測試電纜進行壓降的檢測，再通過電壓跟隨器進行跟蹤補償。這種方法測量功能有限，而且需要鋪設很長的電纜，在距離遠、地形復雜的地方甚至無法進行，這類裝置使用麻煩且不能實現在線監測。因而開發一種測量精度高、無需鋪設專用電纜、具有遠程通信功能的新型電壓互感器二次回路壓降自動跟蹤補償及監測裝置很有必要。
 
基于全球衛星定位系統(GPS)的電壓互感器二次線路壓降自動跟蹤補償裝置能很好地解決以上問題。裝置以GPS信號作為TV二次線路兩端數據采集的同步信號，同步測量TV輸出端口和電能表輸入端口的電壓向量，結合鎖相倍頻技術，使系統的準確性和穩定性得到保證；并以電力線載波通信的方式進行數據通信，免去了鋪設電纜的麻煩和安全隱患；通過D/A轉換實時進行電壓補償，從而達到自動跟蹤補償的目的。

1 自動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，還向從機發送控制命令并接收測量數據，計算二次線路壓降，通過D/A轉換輸出補償電壓，通過串口與上位機通訊實現遠程監控和數據共享。從機結構與主機類似，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進行測量，并將實時數據及時地發送到測量主機。

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計：電力載波通信線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。經過反復試驗比較，在TV二次線路上采用專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，能夠滿足現場檢測的需要。(3)D/A補償模塊的設計：經單片機計算處理后的二次壓降補償值通過D/A轉換器轉換成模擬量，通過功率放大器后串聯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難點，本裝置對相位的測量是通過鎖相環電路將電網頻率信號倍頻，用該倍頻信號作為計數器的時鐘信號。每次電壓過零時，計數器重新開始計數。通過讀取TV二次線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。計數器時鐘信號由鎖相倍頻電路產生，電壓過零檢測產生的信號經過整形后作為計數器的開始計數信號，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行鎖存，每個周期的相位采樣數據(從鎖存器讀)、GPS接收機1PPS信號以及它的時鐘標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計方案要求相差測量精度為