CN104854461A - 多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单点检测电流传感器，更具体的，其结构特征在于，包含：多个磁传感器模块，绝缘接触或相邻的设置在各多个汇流条上，以磁传感器测量并输出在汇流条流过的电流；信号收集模块，收集所述多个磁传感器模块输出的测量信号；以及信号干扰校正模块，对于所述信号收集模块收集的信号，计算所述多个汇流条相互之间的干扰量，并导出消除干扰的校正电流值。

Description

多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器

技术领域

本发明涉及单点检测电流传感器，更具体的，本发明涉及多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器。

背景技术

在配电盘和开关柜中以非接触式测定电流量的方式有使用电流变压器的方式和使用磁传感器的方式。如电流变压器使用环形铁芯的方式是在铁芯本身形成感应磁通，由此通过感应电动势测定电流大小的方式。由于感应磁通循环铁芯而形成，相对与其他电力线的干扰较小，但需要较大的空间，对振动或机械冲击容易产生机械性变形，而且如汇流条(bus bar)没有绝缘的环境下发生设置及控制系统间的安全性问题。

相反的，磁传感器方式是将如霍尔传感器(Hall Sensor)能测定磁通的传感器放置在汇流条周围直接测定磁通量换算成电流大小的方式(参照韩国专利申请号第10-2009-0075419号、韩国专利申请号第10-2012-0028306号)。如此，利用磁传感器在电线或汇流条的一点位置获取流通电流信息的单点检测电流传感器具有在设备易于设置的优点，但传感器本身具有易受温度、距离等环境影响的问题，以及连接于高电力负荷的汇流条在多重密集的环境下具有严重产生线间干扰而严重产生测定值误差的问题。

对此，本发明人要开发在多个汇流条密集的环境(多重汇流条)下测定电流量的，即不仅保持磁传感器方式的优点，并消除汇流条之间产生的干扰以提高测定精确度的电流传感器。

发明内容

发明所解决的技术课题

本发明是为了解决现有提出方法的如上所述问题而提出的，其目的是提供，包含计算多个汇流条相互之间的干扰量而导出消除干扰的校正电流值的信号干扰校正模块，从而消除线路间干扰而明显提高电流量测定精确度的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器。

而且，本发明的另一目的是提供，信号干扰校正模块包含干扰系数矩阵生成部、干扰系数导出部及校正电流值运算部而构成，从而根据干扰系数矩阵及计算以导出简单消除干扰的校正电流值的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器。

还有，本发明的又一目的是提供，按温度、电流量及测定位置和汇流条之间的距离，生成并储存多个干扰系数矩阵，以便根据相应温度、电流量及距离利用合适的干扰系数矩阵，从而使多种变数产生的误差最小化的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器。

用于解决课题的手段

为了完成所述目的，根据本发明的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其结构特征在于，包含：多个磁传感器模块，绝缘接触或相邻的设置在各多个汇流条上，以磁传感器测量并输出在汇流条流过的电流；信号收集模块，收集所述多个磁传感器模块输出的测量信号；以及信号干扰校正模块，对于所述信号收集模块收集的信号，计算所述多个汇流条相互之间的干扰量，并导出消除干扰的校正电流值。

优选地，所述磁传感器模块的构成可以包含：磁传感器，绝缘接触或相邻的设置在所述汇流条，并收集由流过所述汇流条的电流所产生的磁力线；以及信号分析电路，分析从所述磁传感器收集的信号，逆算在所述汇流条流过的电流信息。

优选地，信号干扰校正模块的构成可以包含：干扰系数矩阵生成部，生成干扰系数矩阵；干扰系数导出部，利用所述干扰系数矩阵或内插法，导出相应汇流条的干扰系数；以及校正电流值运算部，利用所述导出的相应干扰系数，导出校正电流值。

更优选地，所述信号干扰校正模块还包含干扰校正记忆体，用于储存在所述干扰系数矩阵生成部生成的干扰系数矩阵，以及利用所述干扰系数导出校正电流值的干扰校正方程式，所述干扰系数导出部及所述校正电流值运算部可以从所述干扰校正记忆体读取对所述测量信号的干扰校正所需的值而计算校正电流值。

更优选地，所述干扰系数矩阵可以从含温度、电流及所述测定位置和所述汇流条之间的距离的群中选出至少一个以上的变数，在其预先规定的范围内按预先规定的单位生成多个。

优选地，所述干扰系数矩阵可以根据下述数学式建模而生成。

[数学式]

$B=\frac{u_{0}I}{4\mathrm{\π}}\∫\frac{\mathrm{dl}\×r^}{r^2}=\frac{u_{0}I}{4\mathrm{\π}}\·\frac{1}{r}$

(在此，B＝磁通密度，u₀＝真空磁导率，I＝电流，r＝到导电体的距离(到汇流条或相邻汇流条的距离)，dl＝电流方向的线积分，r^＝r方向的单位矢量)

优选地，所述单点检测电流传感器还包含温度测定模块，所述干扰系数矩阵是在预先规定的温度范围内按预先规定的单位生成多个并储存，所述信号干扰校正模块可以利用符合所述温度测定模块所测定温度的干扰系数矩阵而导出校正电流值。

优选地，所述单点检测电流传感器还包含，对所述磁传感器模块输出的测量信号，计算含温度、与汇流条的距离、及磁通强度的环境变数，并按传感器导出测定误差校正值的测定误差校正模块，所述信号干扰校正模块根据所述测定误差校正模块导出的测定误差校正值可以导出所述校正电流值。

发明效果

根据本发明提出的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，包含计算多个汇流条相互之间的干扰量而导出消除干扰的校正电流值的信号干扰校正模块，从而消除线路间干扰而明显提高电流量测定精确度

而且，根据本发明，信号干扰校正模块包含干扰系数矩阵生成部、干扰系数导出部及校正电流值运算部而构成，从而根据干扰系数矩阵及计算可以导出简单消除干扰的校正电流值。

还有，根据本发明，按温度、电流量及测定位置和汇流条之间的距离，生成并储存多个干扰系数矩阵，以便根据相应温度、电流量及距离利用合适的干扰系数矩阵，从而可使多种变数产生的误差最小化。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器的构成图。

图2是通过根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器测定电流的过程图。

图3是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，磁传感器模块的电流测定方式图面。

图4是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，一个汇流条上由相邻汇流条上流过的电流产生干扰情形的图面。

图5是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，信号干扰校正模块的具体构成图。

图6是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，用于建模干扰公式的结构图。

图7是根据本发明另一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器的构成图。

具体实施方式

以下结合附图，为使本发明技术领域中具有通常知识的技术人员容易实施本发明，对较佳实施例进行详细的说明。只是，在本发明较佳实施例的详细说明中，有关公知功能或构成的具体说明，判断为对本发明的要旨产生不必要的混淆时，省略其详细说明。而且，对具有类似功能及作用的部分，在整个图面使用相同或类似的符号。

此外，在整个说明书中，表示某个部分与其它部分‘连接’时，这不仅包含‘直接连接’的情形，也包含在其中间放置其它元件‘间接连接’的情形。而且，在无特别反对的记载下，‘包含’某个构成因素并不是指排除其它构成因素，而是指还可能包含其它构成要素。

图1是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器的构成图，图2是通过根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器测定电流的过程图。如图1所示，根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器可以包含磁传感器模块100、信号收集模块200及信号干扰校正模块300而构成。更具体的，根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器是，如图2所示，与N个汇流条10分别相邻设置的N个磁传感器模块100在各个位置测定电流量I₀、I₁、…、I_n、…、I_N，信号收集模块200收集测定的电流量(测量信号)并传送给信号干扰校正模块300，信号干扰校正模块300计算汇流条相互之间的干扰量并导出消除干扰的校正电流值I’₀、I’₁、…、I’_n、…、I’_N。以下对本发明提出的单点检测电流传感器的各构成进行详细的说明。

磁传感器模块100可以绝缘接触或相邻的设置在各多个汇流条10上，以磁传感器测量并输出在汇流条10流过的电流。因设置在各个汇流条上，可由相同个数的磁传感器模块100和汇流条10构成。磁传感器模块100可以起将流过多重汇流条10的电流所产生的磁力线转换成电信号的作用。图3是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，磁传感器模块的电流测定方式图面。如图3所示，在汇流条10流过电流时，根据右手螺旋定则形成磁力线，磁传感器模块100可将磁力线转换成电信号而测定在汇流条10流过的电流。

根据本发明的一实施例，磁传感器模块100的构成可以包含：磁传感器，绝缘接触或相邻的设置在汇流条10，并收集由流过汇流条10的电流所产生的磁力线；以及信号分析电路，分析自从磁传感器收集的信号，逆算在汇流条10流过的电流信息。磁传感器可以使用霍尔传感器，但并不受限于此，可以使用多种传感器。

图4是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，一个汇流条上由相邻汇流条上流过的电流产生干扰情形的图面。如图4所示，像通常的配电盘或开关柜环境，配置多个汇流条10时，在待测定电流量的汇流条11上设置的磁传感器模块101，不仅受到该汇流条11上流过电流的影响，而且也受到由相邻汇流条12上流过电流干扰的磁场影响。这是在与汇流条10的间隔更接近时、在相邻汇流条流过的电流更大时、不能完全遮蔽高电压的放电等的问题时，将变成更严重的问题。而且，即使采取物理性遮蔽，也不能完全遮蔽泄漏的磁场而产生某种程度的干扰现象。为了解决这种问题，本发明揭示包含信号收集模块200及信号干扰校正模块300，由此对各汇流条10测定的测量信号，利用公式或从测定值建模的干扰系数消除干扰，以导出正确的校正电流值。

信号收集模块200可以执行，收集多个磁传感器模块100输出的测量信号，并传送给信号干扰校正模块300的功能。

信号干扰校正模块300，对于信号收集模块200收集的信号，可以计算多个汇流条10相互之间的干扰量，并导出消除干扰的校正电流值。

图5是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，信号干扰校正模块的具体构成图。如图5所示，在根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，信号干扰校正模块300可以包含干扰系数矩阵生成部310、干扰系数导出部320及校正电流值运算部330而构成。根据实施例还可以包含干扰校正记忆体340而构成。

干扰系数矩阵生成部310可以生成干扰系数矩阵。干扰系数可以用hn,m来表示，这是指在第n汇流条10流过的电流在第m汇流条10干扰的量。图6是根据本发明一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器中，用于建模干扰公式的结构图。如图6所示，由于第n汇流条10实际流过的电流I'_n，在第n+1磁传感器模块100测定的干扰电流量可以用h_n,n+1*I'_n表示。因此，在第n汇流条10测定的电流In可以用实际在第n汇流条10流过的电流量I'_n、和由相邻汇流条10流过的电流I'₀、I'₁、I'_n-1、I'_n+1干扰的电流量h_0,n*I'₀+h_1,n*I'₁+h_2,n*I'₂…来表示。

实际在各汇流条10流过的电流用矩阵I'表示，由磁传感器模块100测定的电流用矩阵I表示时，根据干扰系数矩阵H可以计算测定电流I＝H*I'(对实际电流相乘干扰系数的值)(参照下述数学式1及矩阵)。即，测定电流I可以看成是受到在相邻汇流条10流过的实际电流I'干扰影响的值。干扰系数矩阵H是对于温度、距离通过实验测定可以定义成表格。但H为I'的函数时，即，H受到I'的影响时，I'的初始值设为I，找出h后，反复I＝H^-1*I的计算和H的寻找，可以计算收敛值I'。

数学式1

I＝H*I'(I:测定电流矩阵，H：干扰系数矩阵，I'：实际电流矩阵)

$\left[\begin{array}{c}{I}_0\\ I_1\\ .\\ .\\ .\\ I_n\\ .\\ .\\ .\\ I_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccccc}{h}_{\mathrm{0,0}}& h_{\mathrm{1,0}}& h_{\mathrm{2,0}}& ...& h_{n,0}& ...& h_{N,0}\\ h_{\mathrm{0,1}}& h_{\mathrm{1,1}}& h_{\mathrm{2,1}}& ...& h_{n,1}& ...& h_{N,1}\\ .& .& .& & .& & .\\ .& .& .& & .& & .\\ .& .& .& & .& & .\\ h_{0,n}& h_{1,n}& h_{2,n}& ...& h_{n,n}& ...& h_{N,n}\\ .& .& .& & & & .\\ .& .& .& & & & .\\ .& .& .& & & & .\\ h_{0,N}& h_{1,N}& h_{2,N}& ...& h_{n,N}& ...& h_{N,N}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I^{\′}}_0\\ {I^{\′}}_1\\ .\\ .\\ .\\ {I^{\′}}_n\\ .\\ .\\ .\\ {I^{\′}}_N\end{array}\right]$

h₀₀、h₁₁、h₂₂、h_NN表示测定对象汇流条10对自身的影响比率，可以为1，但根据温度、电流量、距离等的变数，也可能不是1。上述的干扰系数矩阵可以根据汇流条10和磁传感器模块100的物理形状用公式导出，也可以根据实际环境的测定而导出。另外，可以根据温度、与汇流条的距离、磁通强度等的环境变数而特性化，而且，没有测定的环境值可以用内插法等来推定。

在实验中，在各汇流条依序流通电流而测定电流，且只在1号汇流条10流过1A电流时，

即，实际电流I'矩阵为

在0号汇流条的测定电流I₀是，

I₀＝h_0,0*I'₀+h_1,0*I'₁+h_2,0*I'₂+…+h_n,0*I'_n+…+h_N,0*I'_N

(在此，I＝由磁传感器测定模块测定的电流，h_n,m＝在第n汇流条流过的电流对第m汇流条干扰的干扰系数，I'＝实际电流，n＝测定对象汇流条的序号)

在此代入所述实际电流时，I₀＝h_1,0*I'₁。即，在1号汇流条10流过1A实际电流，在第0号汇流条10测量到0.1A的电流时，则0号汇流条10受到1号汇流条10的10％干扰，此时干扰系数h_1.0就是0.1。

另外，假设汇流条10设置得非常有规则，这种干扰系数是根据汇流条10之间的距离、磁传感器模块100和汇流条10之间的距离具有基本的物理性差异。因此，即使在有规则地构成的汇流条10也需要求得各个的干扰系数。

另外，由于干扰系数可以根据、磁通强度(电流量)、测定位置和汇流条10之间的距离等而不同，因此，优选地，可以从含温度、电流及测定位置和汇流条10之间的距离的群中选出至少一个以上的变数，在其预先规定的范围内按预先规定的单位生成多个干扰系数矩阵。生成的多个干扰系数矩阵可以储存在干扰校正记忆体340或其它单独的记忆体。

即，干扰系数可以根据温度和磁通强度分别测定。物理性干扰量与电流量成正比，但其根据汇流条的配置和干扰遮蔽程度而不同，因此将上述实验按不同的温度及电流量进行测定，可以导出根据及电流量的H矩阵，而且对需要的部分，可以使用内插法求得系数使用。因此，对于温度值和电流值可以存在多个H矩阵。

用于选择实际系数的输入有温度和电流强度。利用由传感器等测定的温度值可以参照H矩阵中匹配温度值的系数。以类似的方法，对于电流强度的矩阵值，当确定温度值后，以测定的电流I为基准选择就行。例如，将上述实验，对于50A规格的汇流条10，在电流1A、10A、25A、50A进行测定，且在温度-40度、-20度、0度、20度、40度、60度、80度进行测定而具有矩阵的情形，为了便利起见将其以H(T,C)表示，T是温度，C是电流量。对于如上所述的组合，H矩阵总共存在4(对于电流量的个数)*7(对于温度的个数)＝28个。若汇流条10动作当时的温度为40度，I'₀的电流量是10A，I'₁的电流量是20A时，H矩阵的第一列是基于I'₀的干扰系数，因此从H(T＝40度，C＝10A)中取出，第二列是基于I'₁的干扰系数，因此从H(T＝40度，C＝20A)中取出。如果温度或电流值在表格中不存在时，可以使用内插法而求得。

这种干扰系数中，基于距离和电流量的影响是物理现象，可以采用数学建模。磁通密度B与距离成反比、与电流量成正比，因此可以通过汇流条的距离、和测定的电流量进行建模。

即，干扰系数矩阵可以根据下述数学式进行建模而生成。

数学式2

$B=\frac{u_{0}I}{4\mathrm{\π}}\∫\frac{\mathrm{dl}\×r^}{r^2}=\frac{u_{0}I}{4\mathrm{\π}}\·\frac{1}{r}$

(在此，B＝磁通密度，u₀＝真空磁导率，I＝电流，r＝到导电体的距离(到汇流条或相邻汇流条的距离)，dl＝电流方向的线积分，r^＝r方向的单位矢量)

总而言之，H矩阵的各元素h_n,m可以当作距离、电流、遮蔽、温度等的函数，将其可以按温度、电流、距离进行测定，或设置汇流条10的状态下进行测定，或进行建模来确定。

干扰系数导出部320是利用干扰系数矩阵或内插法，可以导出相应汇流条的干扰系数，校正电流值运算部330是利用导出的相应干扰系数，可以导出校正电流值。

而且，干扰校正记忆体340可以储存在干扰系数矩阵生成部生成的干扰系数矩阵，以及利用干扰系数导出校正电流值的干扰校正方程式，干扰系数导出部320及校正电流值运算部330可以从干扰校正记忆体340读取对测量信号的干扰校正所需的值而计算校正电流值。

另外，在汇流条10上的干扰随着距离急速衰减，因此实际干扰系数只考虑2次相邻汇流条的干扰就可以取得充分的精确度。因此，如下述数学式及矩阵一样，可以更简易地表示。

数学式3

(在此，I＝由磁传感器测定模块测定的电流，h_n,m＝在第n汇流条流过的电流对第m汇流条干扰的干扰系数，I'＝实际电流，n＝测定对象汇流条的序号)

上述例子显示在时间轴上对采样信号消除干扰的例子，如果电流的干扰在短期内保持一定时，可将电流I'和I转换成考量相位的复数，不必计算每一个电流采样值，而是计算一次以减小整个计算量。

图7是根据本发明另一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器的构成图。如图7所示，根据本发明另一实施例的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器还可以包含温度测定模块400而构成，干扰系数矩阵是在预先规定的温度范围内按预先规定的单位生成多个并储存，信号干扰校正模块300可以利用符合温度测定模块400所测定温度的干扰系数矩阵而导出校正电流值。

而且，单点检测电流传感器还可以包含，对磁传感器模块输出的测量信号，计算含温度、与汇流条的距离、及磁通强度的环境变数，并按传感器导出测定误差校正值的测定误差校正模块500而构成，信号干扰校正模块300也可以根据测定误差校正模块导出的测定误差校正值500而导出校正电流值。由于各磁传感器模块100可能根据温度、距离、磁通强度等环境变数而产生误差，因此在无干扰的单一汇流条测定的测定电流量和实际电流量比较，可以导出通过温度、距离等环境变数的测定误差校正变数。这种测定误差校正变数也可以储存在单独的记忆体而利用。

如上所述，本发明可由本发明技术领域中具有通常知识的技术人员实施多种变形或应用，而且根据本发明的技术思想范围应根据记载的权利要求书来定义。

<主要图形标记的说明>

10：汇流条      11：待测定的汇流条

12：相邻汇流条  100：磁传感器模块

101：相邻磁传感器模块    102：相邻磁传感器模块

200：信号收集模块        300：信号干扰校正模块

310：干扰系数矩阵生成部  320：干扰系数导出部

330：校正电流值运算部    340：干扰校正记忆体

400：温度测定模块        500：测定误差校正模块

Claims (8)

1.一种多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，包含：

多个磁传感器模块，绝缘接触或相邻的设置在各多个汇流条上，以磁传感器测量并输出在汇流条流过的电流；

信号收集模块，收集所述多个磁传感器模块输出的测量信号；以及

信号干扰校正模块，对于所述信号收集模块收集的信号，计算所述多个汇流条相互之间的干扰量，并导出消除干扰的校正电流值。

2.根据权利要求1所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

所述磁传感器模块的构成包含：

磁传感器，绝缘接触或相邻的设置在所述汇流条，并收集由流过所述汇流条的电流所产生的磁力线；以及

信号分析电路，分析从所述磁传感器收集的信号，逆算在所述汇流条流过的电流信息。

3.根据权利要求1所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

信号干扰校正模块的构成包含：

干扰系数矩阵生成部，生成干扰系数矩阵；

干扰系数导出部，利用所述干扰系数矩阵或内插法，导出相应汇流条的干扰系数；以及

校正电流值运算部，利用所述导出的相应干扰系数，导出校正电流值。

4.根据权利要求3所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

所述信号干扰校正模块还包含：

干扰校正记忆体，用于储存在所述干扰系数矩阵生成部生成的干扰系数矩阵，以及利用所述干扰系数导出校正电流值的干扰校正方程式，

所述干扰系数导出部及所述校正电流值运算部从所述干扰校正记忆体读取对所述测量信号的干扰校正所需的值而计算校正电流值。

5.根据权利要求3所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

所述干扰系数矩阵是，从含温度、电流及测定位置和所述汇流条之间的距离的群中选出至少一个以上的变数，在其预先规定的范围内按预先规定的单位生成多个。

6.根据权利要求3所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

所述干扰系数矩阵是根据下述数学式建模而生成，

[数学式]

(在此，B＝磁通密度，u₀＝真空磁导率，I＝电流，r＝到导电体的距离(到汇流条或相邻汇流条的距离)，dl＝电流方向的线积分，r^＝r方向的单位矢量)。

7.根据权利要求1所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

所述单点检测电流传感器还包含温度测定模块，且干扰系数矩阵是在预先规定的温度范围内按预先规定的单位生成多个并储存，所述信号干扰校正模块是利用符合所述温度测定模块所测定温度的干扰系数矩阵而导出校正电流值。

8.根据权利要求1所述的多重汇流条用干扰校正方式单点检测电流传感器，其特征在于，

所述单点检测电流传感器还包含，对所述磁传感器模块输出的测量信号，计算含温度、与汇流条的距离、及磁通强度的环境变数，并按传感器导出测定误差校正值的测定误差校正模块，

所述信号干扰校正模块根据所述测定误差校正模块导出的测定误差校正值，导出所述校正电流值。