认＝ 沪ｎ ＋ （ ａ Ａｐ Ｖ ｉ（ ） （） ３ 比较（）（） 有 ３式， ２、 （ Ａ ） ｎ Ｕ ｉ ａ Ａｐ ｉ ＝ ｐ （＋ （ 〔 Ｅｓ ａ 争 ｎ ） 考虑到角度很小时 ， 有
ａ 仪， ｍ ．仪
因此有 （．Ａ ）＝ ａ Ａ Ｕ＋ Ｅ ａ 氏（＋ 叻
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结合“ 高精度智能化电量综合测试仪” 的研制工
一１ ７一
万方数据
总第 ４ 卷 第 ４２ １ ６期
２０ 年 第 ６ ０４ 期
电测与仪表 Ｅｅｔｃｌ ａ ｒ ｅｔ Ｉｓｕ ｅｔｉ ｌ ｒ ａ Ｍ ｓ ｅ ｎ ＆ ｎｔ ｍ ｎ ｔｎ ｃ ｉ ｅｕｍ ｒ ａｏ
Ｖｏ．１ ｏ４ ２ ｌ Ｎ ．６ ４
Ｊｎ ２ ０ ｕ ． ４ ０
作， 本文对“ 相位一时间” 法和“ 功率比例“ 法这两种传 统的相位差测量方法的缺陷进行了详细的分析； 对离 散付里叶变换测相法的测量原理进行了详细的论述 ， 并给出了实测数据。 分析表明， 与传统方法相比较， 基 于离散付里叶变换原理的相位测量方法， 具有测量精 度高、 抗干扰能力强、 电路设计简单等特点。 １ 相位一时间测相法原理及其缺陷分析 高精度智能化电量综合测试仪是面向电力系统 而设计的实用型高精度测量仪器。 该装置最初在设计 测相通道时， 就采用了传统的“ 相位一时间” 测相法。 其工作原理框图如图 １ 所示。
影响， 该方法本身也存在着一种固有的 “ 相一幅” 特 性， 即相位差的测量值随被测信号幅度的大小变化而 改变， 如图２ 所示。 频率相同但幅值不同的两个信号， 若两个通道放 大倍数相同， 则放大后两个信号波形的斜率不同。设 整形电路的翻转电平为 Ｕ， ， 由于两通道幅值差 △ 所 Ｅ 造成的相位差为 △ ， 甲 由图２ 可知 酥 （ ＋ ）ｎ Ｅ ｓ ａ ＝〔 Ａ ｉ 几 （） ２
明显。
表 １ 电压信号格值变化时相位差的浏童结果
电压信号幅度（） １ Ｖ ３ ２ ４ ５ 相位差（ １ ４． ４． ４． ３ ８ ０ ） ４． ５ ０ ４ ８ ４ ６ ３ ２ ４． ２ ０ ９ ７
Ａ ｉ ｕ ｓ ｎ ｏ ｔ ｅ ｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｅｈ ｄ ｄｓ ｓｉ ａ ｕ ｔ ｍ ａｕ ｅ ｎ ｍ ｔｏ ｓ ｃ ｏ ｂ ｈ
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甲＝ 户 ｘｏ ｖ－ ｗ，－ ｕ
ｉ２ ｖ
由此可见， 两信号幅值差 △ 召越大， 可能 引起的相位误差 △ 甲也就越大。 增大幅值 Ｕ ， ．
图２ 相位一时间” “ 浏相法所固有的“ 相一幅” 特性
可以减小相位误差； 。 减小 也可减小此误差。故限幅 放大器的放大倍数越大，甲 △ 亦越小。 但是， 限幅放大 器的放大倍数总是有限的， 而实际被测信号之间的幅 值却可能相差十分悬殊。从表 １ 实验结果来看， 两信 号之间的相位差测量值随信号幅值变化的现象十分
Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐａ ｄｆ ｎｅ ｎ ｄ ｔ ｂ ｍ ａ ｒ ｂｔ ｅ ｔ ｓｎｌ ｗｔ ｔ ｂｔ ｃＴｅ ｓ ｉ ｒ ｃ ｏｅ ｎｅｓ ｅ ｓ ｅ ｅ ｅｎ ｉ ａ ｉ ｈ ｒ ： ｈ ｅ ｅ ｆｅ ｆ ｅ ｏ ｅ ｕ ｄ ｗ ｔ ｗ ｇ ｓ ｈ ｏ ｅ ｓ ｅ ｑｅｃ ｉ ｐｗｒ ｔ ， ｃ ａ ｐｗｒ ｔ ｅ ｐｗｒ ｒ ｔ ａ． ｅ ａ ｆ ｕｎｙ ｏｅ ｓ ｅ ｓ ｈ ｏｅ ｖ ａ ａｄ ｅ ｃｒ ｎ ｓｎｌ ｈ ｍ ｒ ｅ ｎ ｙ ｍ ｕ ｓ ｓ ｏｇ ｎ ｏ ｌ ｕｅ ｉ ｓ ｇ Ｔ ｌ ｉｔｎ ｔ ｔｄｉ ａ ｍ ｔ ｄ ｔ ｍ ａ ｒ ｅ ｓ ｄ ｅ ｎｅｉ． ｈ ＂ｈｓ－ ｉ ｔｉ ｏ ｗ ｒ ｉ ｎｌ ｈ ｓ ｅ ｕ ｔ ｐａ ｉ ｒ ｃ， ，ｔ ｐａ ｍ ａｏ ｆ ａ ｔ ｏ ｏ ｅ ｏ ｏ ｓ ｈ ｈ ｅ ｅ ｅ ｆ ． ｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ｍｔ ｄ ｔ ＂ｏｅ ｐ ｐｒ ｎ ｍ ｔ ｄ ｓ ｓ ｄ ｄｔｌ ｔｓ ｅ ｉ ＂ ｈ ａｄ ｐｗｒ ｏｉ ＂ ｈ ａ ｄ ｃ ｓ ｉ ｅ ｉｉ ｈ ｐｐｒ ｍ ｅｏ ｎ ｈ ｅ ｏ ｏ ｅ ｏ ｒ ｉｕ ｅ ｎ ａ ｎ ａ ， ｒ ｔ ｅ ｉ ｔ ｐｎｉｅ ｅ ｏ ｄ ｃ ｔ ｆ ｒｒ ｓｒ （Ｆ） ａｏ ｃｓ ｄ ｒ ｇｌ ａｄ ｈ ｒｃ ｌ ｂｓ ｎ ｒｅ ｉ ｔｎ ｏ Ｄ Ｉ ｉ ｌ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｈ ， ｅ ｐ ａ ｄ ｉｅ ｏ ｅ ｒ ｆｍ ｉ ｓ ｕ ａ ｓ ｉ ｓ ｈ ｕ ｙ ｎ ｓ ｓ ｏ ａｔ ｌ ｄ ａ ， ｇ ｅ ｈｒ Ｉ ｉｐｉｅ ｏｔ ｔ ｍ ｔ ｄ ｅ ｏ ＤＴ ｎ ｃ ａ ｆｌ ｄｔ ｕ ｉ ｅ ａｓ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔ ｕ ｔ ｔ ｅ ｏ ｂｓ ｎ ｃ ｖ ｅ ． ｓ ｎ ｄ ｈ ｈ ａ ｅ ｈ ａ ｄ Ｆ ａ ｍ ａ ｒ ｔ ｐａ ｄ ｅ ｎｅ ｈ ｈ ｕ ｃ． ｅ ｌｉ ｓ ｗ ， ｍ ａ ｄ ｈ ｅｓ ｅ ｈｓ ｉ ｒ ｃ ｗｔ ｈ ａ ｒ ｙ ｈ ａａ ｓ ｈ ｓ ｏ ｐｒ ｗｔ ｔ ｕ ｈ ｅ ｅ ｅ ｆ ｉ ｉ ｃ ａ Ｔ ｎ ｙｓ ｃ ｇ ｃ ｏ ｅ ｉ ｈ ｅ ｔｄｉ ａ ｍ ｔ ｄ，ｅ Ｔ ｔ ｄ ｃａ ｃ ｒｅ ｗｔ ｈ ｈ ａ ｒｇ ｕ ｃ，－ ｒ ｉ ｎｌ ｈ ｓ ｈ Ｄ ｍ ｈ ｉ ｈｒ ｔｉｄ ｈ ｍ ｓ ｉ ａ ｒ ｙｆ ａｔ ｏ ｅ ｏ ｔ Ｆ ｅ ｏ ｓ ａ ｅｚ ｉ ｉ ｅ ｕ ｎ ｃ ａ ａ ｇ ｃ ｖ ａｌ ａｔｄ ｔｂｎｅ ｌ ｄ ｐ ｃｃｉ ． ｏ ｂ ｎ－ｉｕ ａｃ ａｉ ａ ｓ ｌ ｉｕｒ ｒ ｅ ｉ ｓ ｒ ｂｉ ｎ ｉ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｒ ｙ Ｋ ｙ ｒｓｈｓ－ｍ ｍｔ ｄｐ ｅ ｐ ｐ ｔｎ ｔ ｄＤＴ ｈ ｈ ｕ ｃ ｍａ ｒ ｅ ｗ ｄ：ａ ｔ ｅ ｈ ； ｗｒ ｏｉ ｍ ｈ ；Ｆ ；ｇ ａ ｒ ｙ ｅ ｕ － ｏ ｐ ｅ ｉ ｅｏ ｏ ｏ ｏ ｅｏ ｒ ｒ ｉ ｃ ａ ． ｓ ｅ ｃ
ｍｅ ｉ ｎ
０ 引
言
在电力系统中， 常常需要对电压及电流之间的相 位差进行测量， 有时还需要测量三相电压或三相电流 之间的相位关系。例如， 各发电厂和变电站中的主设 备变压器， 对其套管的介损测量就需要测量工作电压 与套管的泄漏电流之间的相位关系。 传统的相位测量 方法通常有两种， 一种是基于硬件的测相方法， 相 即“ 位一时间” 又称“ 法（ 相位一脉宽” ［一种是基于软 法）． ｔ １
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电力信号相位差测量方法之探讨
△
甲 －－
。一氏
此
（） ４
图 １“ 相位一时间” 法浏相原理图
电压信号 闭 ｕ 和电流信号 ｉ （ 分别经过各自的 ｔ ） 放大、 限幅和整形电 送至相应的过零比较器， 路， 过零 比较器的输出为方波信号。 两路过零比较器的输出信 号均分别送至相位符号判别电 路和鉴相器中。 相位符 号判别电路可根据 ｉ ） ｕ （ 对 （ 的相位差是超前还是 ｔ ｔ ） 滞后分别输出高电平“” １或低电平“ｎ 鉴相器的功能 Ｏ。 是检测两个输人方波信号之间的相位差， 鉴相值以脉 冲的形式输出， 脉宽的长短就对应了两个输人信号之 间的相位差的大小。因此，相位一时间” “ 测相法也称 为“ 相位一脉宽” 测相法。 鉴相器输出的脉冲送至数字 信号处理器（Ｓ ） 端口。 Ｓ 检测到输人脉冲 Ｄ Ｐ的Ｂ 当ＤＰ 出现一个上升沿时， 它启动内部定时器开始对内部机 器周期进行计数。 当检测到输人脉冲出现下降沿时， 它 就关闭内部定时器， 此时定时器中的计数值就对应了 脉冲的宽度。用同样的方法， 再将电压（ 或电流） 信号 的周期测出来（Ｓ 的 Ａ端口） Ｄ Ｐ ＤＰ 。设 Ｓ 测量相位脉 宽的定时器计数值为Ｎ， ， 测量电压（ 或电流） 信号的定 时器计数值为 Ｎ， ２ 则测得 ｕｔ ｉ ） （ 与 （ 之间的相位差为 ） ｔ
一１ ８ 一
假设两信号的斜率相同， 由于两整形电路的触发 电平不同， 设其触发电平差值为 △ ， ｕ亦将造成相位测 量值的误差， 如图３ 所示。
由图 ３ 可知
刘琼章 ’张征平 ２陈艳峰 ３ ， ，
１２ １ （． Ｉ 广东省惠州市惠阳供电分公司， 广东 惠州 ５６ １ ； ２广东省电力试验研 究所 ， ． 广州 ５ ０ ０ ； １６ ０ ３华南理工大学 电子与信息工程 系， ． 广州 ５０４ ） １６０
摘要： 在电力系统中常常需要对两个同频率信号（ 如工频电压和工频电流） 之间的相位关 系进行准确的测量。 本文对“ 相位一时间” 法和“ 功率比例法” 这两种传统的相位差测量方 法进行了较为详细的分析， 对基于离散付里叶变换的相位测量原理进行了详细的讨论， 并给出了实测数据。分析表明， 基于离散付里叶变换原理的相位测量方法具有测量精度 高、 抗干扰能力强、 电路设计简单等特点。 关键词： 相位一时间法； 功率比例法； 离散付里叶变换； 高精度测量 中图分类号：Ｍ ３． １ Ｔ ９３ ＋ ３２ 文献标识码： 文章编号 ： ０－３０２０ ）６０ １－４ Ｂ １ １ １９ （０ ４０ －０７０ ０