1. 系統級別同步

系統級別同步意味著耦合多個設備，擴展測量通道的數量，同步地發送和接收數據。安裝同步測量設備并將其納入操作實踐的需求日益增長。它們為系統的大范圍監控提供了機會，并提供了一種更靈活、時間和空間效率更高的解決方案。

1.1 應用描述

需要使用多臺功率分析儀同步的一個典型應用是電力系統的安裝和監測，例如可再生能源和混合能源。LMG600具有多達7個通道或6個通道和一個過程信號接口（PSI）。但是，有些拓撲中存在七個以上的測量點。例如，逆變器和DC/DC轉換器、電池、電池充電控制器、備用發電機的輸入和輸出。然后我們可以想象為什么耦合各種設備并一次顯示所有測量結果是有用的。

雙電機的測試是需要耦合兩臺LMG的典型例子。在一臺電機上進行測量時，通常有以下測量點：

· 單相或三相變頻器輸入（一至三通道）

· 三相變頻器輸出（三通道）

· 用于測量扭矩和速度（如果需要）的過程信號接口（PSI）

因此，對于雙電機測試，至少需要八個功率測量通道。

用于測量待機功率和能源效率的測試臺，例如家用電器；牽引系統，例如由各種電驅動器組成的鐵路電力牽引系統；電動和混合動力汽車是更多的例子。

在以下各節中，描述了各種同步類型和對每種類型的時間影響，不同的數據傳輸方法以及每種方法的優缺點。

1.2 同步類型

為確保測量結果不是異步的，存在五種不同類型的同步：周期時間同步、頻率同步、能量累積測量同步、瞬態同步和時間同步。

周期時間同步是將新周期的開始分配給所有儀器。周期時間同步是測量儀器成功同步的主要步驟，也是最重要的步驟。然而，在特定應用可能需要更多同步類型。每種同步類型都獨立于其他同步類型。例如，可以在不同步周期時間的情況下同步頻率。

3.2.1 同步連接接口

LMG600配有15針同步連接接口。所有連接的信號都可以設置為輸入或輸出，并可用于控制其他設備或通過它們進行控制。引腳Sync_Energy_I/O、Sync_Frequency_I/O、Sync_Cycle_I/O、Sync_Transient_I/O和Sync_Time_I/O分別用于同步能量測量、頻率、周期時間、瞬態和時間的同步。

3.2.2 頻率同步

對于頻率同步，每個設備上的每個組都可以同步到一個公共信號。例如：

§ 第一臺儀器的第一組的頻率被設置為一個信號，例如U1。

§ 第二臺儀器的第一組的頻率設置為外部。然后，它的輸入是來自第一臺儀器并被設置為相同的信號U1。只有第一組的信號可以設置為第二臺儀器的輸入。

時間效應，即不同設備信號之間的時間差，非常小，可以忽略不計。

ü 在LMG600的“Group組”菜單可以選擇同步源，來監控頻率的調整。該源可以設置為來自當前或者任意其他組和外部的電壓或電流通道

需要頻率同步的典型應用示例是不間斷電源（UPS）。UPS是維持設備供電的裝置，是轉換器、開關和儲能設備的組合。

圖6：UPS系統上的時間延遲

對于大多數UPS系統，需要無縫轉換，并且輸入頻率應與輸出頻率同步。輸入和輸出之間存在相角差指示時移/延遲，并且需要測量此時間延遲。為了使兩個信號的速率*相同，主設備的頻率（fA）是從設備的輸入（fB = fA）。然后，LMGA測量輸入和相應的相角，LMGB測量輸出和與輸入之間的相角。

3.2.3 周期時間同步

周期時間粗略地定義了獲取數值/測量結果的頻率（平均）。為了從多個LMG設備同時準確地生成測量值，周期時間必須*相同。周期時間同步具有主/從功能。周期時間在主設備上定義，其余/從設備設置為“外部”，并由主設備控制。

下圖是一個儀器的不同組信號或不同儀器和 不同頻率的信號之間的周期時間同步示例。 在LMG上的“Instrument儀器”菜單下，可以設置周期時間并將其應用于設備的所有信號和組，并通過主/從操作應用到其他設備。

 圖 7：周期時間同步

如上圖所示，每次當前周期結束既新周期的開始，直到測量到每個信號的最后一個過零點。根據信號的頻率，時間差（Snippet片段）會有所不同。也有可能在每個周期時間測量不同數量的信號周期。例如，圖上信號3的兩個周期在第一個周期內測量，而在第二個周期中測量三個周期。

重要的是要理解片段并不意味著測量誤差，而是各種測量結果來自略有不同的時間間隔。如果問題是我們如何精確地同時測量：答案是沒有物理方法可以實現*同步，而只有幾乎同步的信號。

使用LMG600，測量是無間隙的。當測量周期結束時，完成的周期用于計算測量值，未完成的周期用作下一個周期采樣的起始值。比如以50ms的周期時間測量周期為20 ms的信號，則實際測量時間在40ms和60ms之間交替。沒有片段就沒有無間隙的測量！

ü 使用DURNORM命令讀取每個周期的實際持續時間。通過在DURNORM命令后添加通道數字來讀取每個通道的測量時間（例如DURNORM2）。每個組的測量時間都不同 。

3.2.4 能量測量同步

為了執行能量測量，應定義開始時間和測量持續時間。測量持續時間取決于周期模式，當選擇固定間隔周期模式時，它是周期時間的整數。同樣，當周期模式分別設置為“Hram諧波”或“Scope示波”時，它取決于諧波分析的周期長度或真實采樣率。該儀器只將完整的周期用于能量計算。

在下圖中，描述了一臺儀器中的能量測量。

圖 8：能量測量

應用的持續時間是通過用戶的外部I/O定義的。我們可以注意到：

§ 測量開始的周期包含在實際測量中

§ 則積分時間相應地調整

§ 測量停止的周期不包括在實際測量中

§ 應用持續時間和實際持續時間之間存在時間差

如果能量測量在周期開始時開始，則不存在時間不確定性。但是，如果能量測量在一個周期結束時開始，則整個周期將包含在實際測量持續時間中。同樣，如果能量測量在新周期開始時停止，則實數和應用持續時間之間沒有差異，不確定性等于0。如果能量測量在周期結束時停止，則該周期不包括在能量測量中。

能量測量的時間不確定性最大值等于：

在能量測量期間，在能量測量開始的周期和能量測量停止的周期間存在周期誤差。欲了解更多信息，請參閱應用文章“使用LMG600精密功率分析儀進行能量測量”。

要同步兩臺設備的能量測量，應將從設備能量菜單上的控制模式設置為外部。同步連接接口上的控制信號是開始測量所必需的，其由主設備提供。

ü 在“enegy能量”菜單，將主設備的“Control Mode控制模式”設置為“Direct直接”，并將從設備的“Control Mode控制模式”設置為“External外部”。在從設備上按啟動。在主設備上按啟動時，兩臺設備中的能量測量都將開始。監視持續時間的微小差異。

3.2.5 瞬態同步

瞬態同步是指瞬態事件的開始時間的同步。選擇為輸入時，上升沿會觸發儀器中的瞬態記錄。選擇為輸出時，上升沿表示儀器中觸發了瞬變。0.1ms后，信號變回0。

3.2.6 效率

我們已經看到，在實際系統中，*同步是不可能的，同步設備之間總是存在時間延遲“snippet片段”。這也會影響效率測量，并可能導致效率測量高于實際值甚至高于1。輸入和輸出功率測量來自略有不同的時間間隔。這與系統中的節能設備（例如電容器，電機繞組）相結合，可能會導致錯誤的效率結果。

讓我們假設一個系統，其中一臺儀器測量交流輸入，另一臺儀器測量直流輸出。交流輸入具有50Hz頻率，20ms周期（T），周期時間設置為60ms。50 ms后，額外的負載接通到輸出端，電流從0.05A增加到0.5A。然后輸入電流將從0.1A（峰值）增加到1.5A（峰值）。

圖 9：片段對效率測量的影響

在周期時間同步期間，信號被測量直到周期內最后一次正過零。在周期時間n期間僅測量輸入電流的兩個周期，而在周期時間n+1上測量片段。片段是輸入和輸出之間的時間延遲。

在周期時間n結束時，恰好輸出電流高于輸入電流，這導致效率高于1。在下一個周期中，這種能量泄漏被修復。

1.3 數據傳輸方法

有不同的系統架構和方法可以從各種設備獲取數據。每種方法都有其優點和缺點，只要延遲不同。   在以下部分中，描述了三種不同的數據傳輸方法。所有這些方法都可用于同步多達10臺設備。

3.3.1 數字耦合

在數字耦合期間，每個設備都應通過接口（例如以太網或CAN）連接到PC，如圖所示。通過PC軟件，可以從所有設備和每個周期時間獲取測量結果。更具體地說，可以：

§ 定義主設備和從設備

§ 選擇輸入設置，例如每臺設備通道數、周期時間、記錄值數量

§ 存儲結果

當新的周期時間開始時，首先記錄主設備的值，然后記錄從設備的值。

圖 10：數字耦合

兩臺儀器之間的數據傳輸延遲小于1μs。同樣的延遲也適用于周期、能量、瞬態和頻率同步。在所有這些情況下，只發布單個脈沖。

3.3.2 模擬耦合

在模擬耦合期間，兩臺儀器通過過程信號接口（PSI）連接。LMG600的過程信號接口共有10個模擬輸入（8個慢速輸入和2個快速輸入）和32個模擬輸出。從設備的測量數據通過PSI（模擬輸出）傳輸到主設備（模擬輸入）。由主設備收集從設備的測量結果，并顯示在主設備的屏幕或PC上（如果有連接）

在PSI菜單上，應選擇0V和+10V參考點電壓，以產生0或+10V輸入電壓的值。例如，如果電壓的真有效值幾乎等于220伏，則0V參考可以設置為0伏，+10V參考可以設置為220伏。更好的選擇是將0V參考設置為210V，將+10V參考設置為230V，從而降低誤差。

圖 11：模擬耦合

這種方法的缺點是，由于使用了PSI，因此存在附加誤差。信號從數字轉換為模擬（D/A轉換）和從模擬轉換為數字（A/D轉換），這會導致誤差（例如偏移誤差、增益誤差）。額外的信號處理也會導致時間延遲。對于靜態信號，其中不同測量值的值是相同的，這種延遲并不重要。但是，當測量動態信號時，由于信號的變化和波動，任何時間延遲都很重要。此外，可以通過PSI傳輸的值的數量也存在限制。

3.3.3 時間同步/時間戳

圖 12：由于兩個同步設備之間的數據傳輸延遲而導致的常見問題

假設用戶在每個測量周期后使用Cont ON命令連續輸出每個設備的測量值。由于數據傳輸延遲（例如1μs），計算機有可能在一個周期結束之前向一臺儀器發送命令，在下一個周期開始后向另一臺儀器發送命令。儀器1輸出周期2的結果，而儀器2輸出周期3的結果。在這些情況下，可以使用時間同步來檢測時差并校正數據。

時間同步是發布絕對時間到所有設備。當前時間可以從一個設備發送到另一個設備，或者一個設備可以接收時間并按其設置內部時鐘。儀器之間的時間每10ms同步一次，而小周期時間為10ms。偏差小于100μs。

圖 13：時間同步