國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院 馮雅琳 王建波 鄭天悅

深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司 王 昕 谷 健

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的精密儀器與用電設(shè)備投入人們的日常生產(chǎn)、生活中。一方面這些尖端的精密儀器造價(jià)昂貴，對(duì)電網(wǎng)所供電能的質(zhì)量有著較高的要求，如電壓的暫降、暫升、閃變與諧波電流的超標(biāo)等，對(duì)傳統(tǒng)用電設(shè)備影響較小的電能質(zhì)量事件，也可能對(duì)這些精密儀器造成較為嚴(yán)重的損害，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失；另一方面，這些新型的用電設(shè)備通常采用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)，集成了諸如整流器、逆變器與開關(guān)電源等部件或模塊，在正常工作時(shí)，相應(yīng)的部件或模塊運(yùn)行于高頻之下，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電壓及電流，對(duì)電網(wǎng)及附近其他用電設(shè)備的電能質(zhì)量水平造成影響。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要手段，通過該系統(tǒng)可以完成電網(wǎng)電能質(zhì)量水平的評(píng)估、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析，以及電能質(zhì)量事故責(zé)任的劃分等任務(wù)，而其基石與“眼睛”則是電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備。也就是說，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的好壞、運(yùn)行時(shí)工作狀況的正常與否、監(jiān)測(cè)精度的高低對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)水平至關(guān)重要。因此，對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的定時(shí)、周期性檢測(cè)，確保其各項(xiàng)功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、各類性能指標(biāo)的達(dá)到要求，是一項(xiàng)不容忽視的重要工作。

目前，國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)設(shè)備及其檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究。IEC61000-4-30《試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)-電能質(zhì)量的測(cè)量方法》，規(guī)定了50/60Hz交流電系統(tǒng)電能質(zhì)量的參數(shù)測(cè)量和評(píng)估方法，對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能和性能要求提供了較為全面的指導(dǎo)。另外，GB/T 19862《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》和DL/T 1028《電能質(zhì)量測(cè)試分析儀檢定規(guī)程》，也對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確度檢測(cè)做出了規(guī)定。

在國外，美國的FLUKE公司、瑞士的LEM公司與UNIPOWER公司、日本的HIOKI公司等電能質(zhì)量領(lǐng)域公司基本占據(jù)了高端電能質(zhì)量產(chǎn)品的市場(chǎng)，如FLUKE公司有Fluke43系列便攜式電能質(zhì)量分析儀、Fluke17系列在線式電能質(zhì)量記錄儀以及Fluke6100/6105系列功率標(biāo)準(zhǔn)源。在國內(nèi)，各大高?；贏DC+DSP/ FPGA+MCU的結(jié)構(gòu)研制出了各種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，掌握了相關(guān)的技術(shù)[1-2]；同時(shí)，深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司（CET）也開發(fā)出了應(yīng)用于電能質(zhì)量領(lǐng)域的iMeter系列高端智能電表，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)方法為手動(dòng)檢測(cè)。如浙江計(jì)量科學(xué)研究院于2008年率先提出并建立了電能質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)裝置，該裝置集成了德國ZERA公司的MT3000便攜式電能測(cè)試儀、美國FLUKE公司的Fluke6100A功率標(biāo)準(zhǔn)源等，能夠按照IEC和國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展電壓、頻率、諧波及閃變等電能質(zhì)量指標(biāo)的檢測(cè)工作；華北電力科學(xué)研究院于2010年提出并建立了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備校驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是國內(nèi)首個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)軟件平臺(tái)，同樣可以進(jìn)行諧波、三相不平衡、閃變等電能質(zhì)量指標(biāo)的檢測(cè)工作。

但上述裝置或系統(tǒng)皆涉及大量的人工操作，檢測(cè)過程復(fù)雜，而且還需要對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行斷電及拆線，耗時(shí)耗力且效率低下。近年來，一些高等院校、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)展開了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究，尋找加快檢測(cè)速度、減少人工工作量的途徑和方法，已經(jīng)取得了一定的成果。湖南大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等先后研發(fā)了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)或校驗(yàn)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓、電流、頻率、諧波以及三相不平衡等多項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)[3]。但是，這種方法還在研究和發(fā)展中，目前尚難以應(yīng)用于接線復(fù)雜、條件惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境之中，只能在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行批量、自動(dòng)化的檢測(cè)。

然而，對(duì)于電網(wǎng)而言，對(duì)已安裝運(yùn)行的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行不拆線、不斷電的檢測(cè)是一項(xiàng)實(shí)際而迫切的需求。截至目前，隨著電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)規(guī)模的快速增大，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量也迅速增長，在國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)已有超過10000臺(tái)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝投運(yùn)，并且這一數(shù)字還在不斷地增加。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1298-2013《靜止無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行規(guī)程》和國網(wǎng)企標(biāo)Q/GDW 1650.4-2016《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范第4部分：電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端檢驗(yàn)》，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的定期檢測(cè)周期一般不應(yīng)超過3年。這就意味著，每隔3年，就有上萬臺(tái)乃至更多的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備需要檢測(cè)，如果把這些電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備都斷電、拆線運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，其工作量和成本顯然是極高且難以接受的，因此研究快速、高效的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)、裝置及方案是勢(shì)在必行的。

1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基本方法與原理

標(biāo)準(zhǔn)源法和標(biāo)準(zhǔn)表法（比對(duì)法）是目前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的兩種基本方法[4-5]。本文對(duì)這兩種基本方法做了改進(jìn)使其更加適于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的檢測(cè)工作。

1.1 改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)源法

改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)源法如圖1所示，在對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)源作為信號(hào)源，如Fluke6100A。其基本檢測(cè)流程為：

圖1 改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)源

一是下達(dá)對(duì)時(shí)命令，對(duì)時(shí)命令通過交換機(jī)分別傳輸至電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，隨后，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源通過GPS、IRIG-B碼、SNTP協(xié)議或者其他對(duì)時(shí)協(xié)議進(jìn)行對(duì)時(shí)。

二是對(duì)時(shí)完成后，下達(dá)預(yù)檢測(cè)命令，預(yù)檢測(cè)命令包含待檢的參數(shù)（電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、諧波電壓、諧波電流、三相電壓不平衡度等）及其設(shè)定值，經(jīng)交換機(jī)傳輸至標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，隨后，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源調(diào)整信號(hào)的參數(shù)至設(shè)定值，待信號(hào)輸出穩(wěn)定后返回信號(hào)待檢參數(shù)的當(dāng)前值以及參數(shù)設(shè)定成功回執(zhí)。

三是收到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的參數(shù)設(shè)定成功回執(zhí)后，下達(dá)檢測(cè)命令，檢測(cè)命令包含檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)間、檢測(cè)時(shí)長與待檢參數(shù)等信息，檢測(cè)命令同時(shí)下達(dá)給標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源與待檢的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備。

四是依據(jù)檢測(cè)命令所指定的檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)間，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備啟動(dòng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源信號(hào)的測(cè)量；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源返回檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)刻信號(hào)待檢參數(shù)的值。

五是依據(jù)檢測(cè)命令所指定的檢測(cè)時(shí)長，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源信號(hào)的測(cè)量，給出信號(hào)待檢參數(shù)的測(cè)量結(jié)果；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源返回檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)待檢參數(shù)的值。

六是檢測(cè)軟件匯總、處理由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備各自輸出的信號(hào)信息，進(jìn)行對(duì)比、計(jì)算誤差等，最終以圖形或表格的形式生成或展示檢測(cè)結(jié)果。

與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)源法不同，改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)源法加入了對(duì)時(shí)過程，通過時(shí)鐘同步，減小了標(biāo)準(zhǔn)源法的量化誤差，使其滿足對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的要求。

標(biāo)準(zhǔn)源法結(jié)構(gòu)簡單、短時(shí)間量化誤差小，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，能夠?qū)Χ嗯_(tái)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行，檢測(cè)效率高。但是，采用標(biāo)準(zhǔn)源法對(duì)運(yùn)行中的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)必須進(jìn)行斷電、拆線與改接線等操作，檢測(cè)完畢后還需要將電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備重新安裝回電網(wǎng)之中，工作量大、操作復(fù)雜，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)皆會(huì)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備后續(xù)的安全、可靠運(yùn)行產(chǎn)生影響。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)源一般體積較大、價(jià)格昂貴，在反復(fù)的運(yùn)輸途中也容易出現(xiàn)損壞，采用標(biāo)準(zhǔn)源法的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的成本相對(duì)較高。因此，標(biāo)準(zhǔn)源法不宜應(yīng)用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)之中，應(yīng)當(dāng)尋找其他替代或解決方案。

1.2 改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)表法

如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)表法可以通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，比較標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的測(cè)量結(jié)果，檢測(cè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備是否達(dá)標(biāo)。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行了改進(jìn)，其基本檢測(cè)流程如下：

圖2 改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)表法

一是檢測(cè)軟件下達(dá)對(duì)時(shí)命令，對(duì)時(shí)命令通過交換機(jī)分別傳輸至電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備，隨后，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備通過GPS、IRIG-B碼、SNTP協(xié)議或者其他對(duì)時(shí)協(xié)議進(jìn)行對(duì)時(shí)。

二是對(duì)時(shí)完成后，檢測(cè)軟件下達(dá)檢測(cè)命令，檢測(cè)命令包含檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)間、檢測(cè)時(shí)長與待檢參數(shù)（電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、諧波電壓、諧波電流、三相電壓不平衡度等）等信息，檢測(cè)命令同時(shí)下達(dá)給標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備與待檢的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備。

三是依據(jù)檢測(cè)命令所指定的檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)間與檢測(cè)時(shí)長，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備分別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，給出待檢參數(shù)的測(cè)量結(jié)果。

四是檢測(cè)軟件匯總、處理由標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備分別輸出的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比、計(jì)算誤差等，最終以圖形或表格的形式生成或展示檢測(cè)結(jié)果。

與改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)源法類似，改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)表法也加入了對(duì)時(shí)的過程，通過時(shí)鐘同步，減小了標(biāo)準(zhǔn)表法的量化誤差，使其滿足對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的要求。標(biāo)準(zhǔn)表法可直接采用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，無須拆線，適合應(yīng)用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案之中，本文即采用該種方法；不過需要注意的是，受現(xiàn)場(chǎng)接線的限制，該方法通常只能進(jìn)行一對(duì)一的檢測(cè)。

2 基于IEEE 1588協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案

2.1 IEEE 1588協(xié)議簡介

在改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)法中，對(duì)時(shí)是必須的，對(duì)時(shí)的精度會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)法檢測(cè)的精度。因此，在標(biāo)準(zhǔn)法中，需要采用具有較高精度的對(duì)時(shí)方式，考慮到現(xiàn)場(chǎng)接線復(fù)雜，所選用的對(duì)時(shí)方式應(yīng)盡量避免增加額外的接線。GPS、IRIG-B碼對(duì)時(shí)采用硬件方式保證其對(duì)時(shí)精度，需要額外的硬件接口與接線，而SNTP協(xié)議對(duì)時(shí)精度較低，僅1ms，因此，會(huì)帶來較大的誤差。IEEE 1588協(xié)議是一種用于分布式測(cè)量與控制網(wǎng)絡(luò)的高精度時(shí)鐘同步協(xié)議，可通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，與控制命令及測(cè)量數(shù)據(jù)采用同一通信通道，不需要額外的硬件接口，對(duì)時(shí)精度可達(dá)亞微秒級(jí)，滿足標(biāo)準(zhǔn)法的需要；因此，本文采用基于IEEE 1588協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)表法實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

IEEE 1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)的基本原理如圖3所示，是一種主從同步系統(tǒng)，通過乒乓算法確定主時(shí)鐘與從時(shí)鐘之間的傳輸延遲和時(shí)間偏移。具體對(duì)時(shí)步驟如下：

圖3 IEEE 1588協(xié)議對(duì)時(shí)原理

一是主時(shí)鐘在T1時(shí)刻發(fā)送Sync同步報(bào)文，在T2時(shí)刻抵達(dá)從時(shí)鐘；從時(shí)鐘記下時(shí)刻T2，此時(shí)從時(shí)鐘僅持有時(shí)間戳T2。

二是由于Sync同步報(bào)文僅包含發(fā)送時(shí)刻T1的估計(jì)值，因此主時(shí)鐘在計(jì)算得到精確的T1取值后，發(fā)送攜帶時(shí)間戳T1的Follow_Up報(bào)文，從時(shí)鐘在接收該報(bào)文后獲得時(shí)間戳T1，此時(shí)從時(shí)鐘持有時(shí)間戳 T1與 T2。

三是在經(jīng)過一定時(shí)延后，從時(shí)鐘發(fā)送延時(shí)請(qǐng)求報(bào)文Delay_Req，并在從時(shí)鐘端記錄下時(shí)間戳T3，此時(shí)從時(shí)鐘持有時(shí)間戳T1、T2與T3。

四是延時(shí)請(qǐng)求報(bào)文Delay_Req在時(shí)刻T4抵達(dá)主時(shí)鐘，主時(shí)鐘隨即發(fā)送帶有時(shí)間戳T4的延遲響應(yīng)報(bào)文Delay_Resp，從時(shí)鐘在接收到延遲響應(yīng)報(bào)文Delay_Resp后獲得時(shí)間戳T4，此時(shí)，從時(shí)鐘持有時(shí)間戳T1、T2、T3與T4。

五是計(jì)算時(shí)間偏移Toffset與傳輸延遲Tdelay，完成對(duì)時(shí)；其中，傳輸延遲Tdelay是主從時(shí)鐘之間的平均傳輸延遲，時(shí)間偏移Toffset是主從時(shí)鐘之間的不同步時(shí)間差，時(shí)間偏移Toffset與傳輸延遲Tdelay分別如式（1）和式（2）所示。

IEEE 1588協(xié)議同時(shí)對(duì)頻率和相位進(jìn)行同步，在時(shí)鐘同步之前，先進(jìn)行調(diào)諧，經(jīng)調(diào)諧達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后在使用乒乓算法進(jìn)行時(shí)鐘同步。

2.2 不同步測(cè)量的誤差分析

考慮電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的檢測(cè)精度，本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行了改進(jìn)，在標(biāo)準(zhǔn)表法中引入了對(duì)時(shí)與IEEE 1588協(xié)議，其原因在于不同步測(cè)量會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)精度的下降，現(xiàn)對(duì)不同步采樣所引起的誤差進(jìn)行分析，如圖4所示。

為簡化分析，假設(shè)信號(hào)是一個(gè)半周波的方波信號(hào)，檢測(cè)時(shí)長為一個(gè)周波T，待檢的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備自T1時(shí)刻開始測(cè)量，T3時(shí)刻結(jié)束測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備自T2時(shí)刻開始測(cè)量，T4時(shí)刻結(jié)束測(cè)量，信號(hào)自T0時(shí)刻產(chǎn)生，T1-TO=ΔE，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備之間的時(shí)間偏移Toffset=ΔT。

不考慮其他誤差，則由電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)得的電壓有效值如式（3）所示，由標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備測(cè)得的電壓有效值如式（4）所示；認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備所測(cè)的值是無誤差的，則電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓測(cè)量誤差如式（5）所示，考慮最極端的情況，ΔE=0，則誤差如式（6）所示。

由式（6）可以看到，在圖4所示的情況下，時(shí)間偏移Toffset越大，誤差越大，即對(duì)時(shí)的精度對(duì)檢測(cè)誤差產(chǎn)生直接的影響。需要說明的是，現(xiàn)場(chǎng)的情況較為復(fù)雜，電壓、電流的波形并非圖4所示的方波，也不一定是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波；另外，由式（5）可以看出，檢測(cè)啟動(dòng)時(shí)刻的不同也會(huì)對(duì)誤差的大小產(chǎn)生影響，因此由時(shí)間偏移Toffset引起的誤差并非式（5）或式（6）所示的簡單情況，但從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果來看，大體上時(shí)間偏移Toffset越大，誤差也越大。

圖4 IEEE 1588協(xié)議對(duì)時(shí)原理

由上述分析可以看到，為了減少現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的誤差，時(shí)鐘同步是必須的，同時(shí)時(shí)鐘同步的精度也要有所保證，因此本文在標(biāo)準(zhǔn)表法中引入了IEEE 1588協(xié)議。另外，由于時(shí)間偏移具有隨機(jī)性，因此，如果不進(jìn)行對(duì)時(shí)，由時(shí)間偏移引起的誤差也無法從理論上進(jìn)行補(bǔ)償。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方案的軟硬件設(shè)計(jì)原理

諧振判別。在改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)法中，最關(guān)鍵的設(shè)備即是標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備本質(zhì)上是高精度的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，考慮到檢測(cè)A級(jí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的需要，其測(cè)量精度要求極高；A級(jí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度要求為電壓±0.1%，頻率±0.01Hz等（具體可參見IEC 61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)）。

為保證標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備的精度高于IEC 61000-4-30所規(guī)定的A級(jí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度，本文采用如圖5所示的信號(hào)采集電路框圖。

圖5 信號(hào)采集電路框圖

在圖5中，信號(hào)采集及調(diào)理模塊電路采用了差分輸入，該電路具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。輸入采樣信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放與低通濾波調(diào)理電路后，輸入到18位同步采樣ADC，所有輸入通道均同時(shí)采樣，可以實(shí)現(xiàn)每通道200kSPS的最大吞吐量。ADC轉(zhuǎn)換器的DNL為±0.5LSB（典型值），INL為±2.0LSB（典型值）；內(nèi)部集成了帶緩沖器的低漂移、高精度基準(zhǔn)電壓，最大偏移漂移為3ppm/℃。此外，在A/D采樣環(huán)節(jié)還采取了抗頻率混疊的處理措施。

除了對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行特別處理以滿足檢測(cè)精度要求外，本文還為改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)法設(shè)計(jì)了電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)軟件以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程的全自動(dòng)化。

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)軟件主要由通訊/對(duì)時(shí)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與人機(jī)交互界面四部分組成。其中，通訊/對(duì)時(shí)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊是無界面的功能模塊，人機(jī)交互界面是帶界面的功能模塊。通訊/對(duì)時(shí)模塊用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)軟件與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備的通訊，進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)以及控制命令的傳遞，同時(shí)也承擔(dān)IEEE 1588協(xié)議在軟件層面的實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用文件存儲(chǔ)的形式，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢的效率；數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)檢測(cè)方案的管理、信號(hào)數(shù)據(jù)的分析以及處理；人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)軟件與檢測(cè)人員的人機(jī)交互，執(zhí)行參數(shù)設(shè)定與檢測(cè)結(jié)果展示等功能。

標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)設(shè)備與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)軟件分別從硬件與軟件上支持IEEE 1588協(xié)議，在軟硬件上對(duì)改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行支撐。

4 結(jié)語

由于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度高，因此為了檢測(cè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備是否合格，檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)方案的精度也要求極高。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求，本文采用標(biāo)準(zhǔn)表法進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，通過對(duì)硬件設(shè)備的增強(qiáng)設(shè)計(jì)以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表法的改進(jìn)，使標(biāo)準(zhǔn)表法的檢測(cè)精度得到顯著的提升，滿足了檢測(cè)精度的要求。