CN105093149B - 用于电压感测装置的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为用于电压感测装置的校准方法。提供一种用于在多个导体存在的情况下增强一个或多个电压感测装置的测量精度的校准方法。该方法包括在操作上将一个或多个电压感测装置的至少一个电压感测装置耦合到多个导体的相应导体，并且使用至少一个电压感测装置来确定相应导体的所感测电压值。该方法还包括：确定校准矩阵，其具有表示至少一个电压感测装置的天线与多个导体中的其他导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子；以及使用校准矩阵通过从相应导体的所感测电压值中至少部分扣除交叉耦合的份额，来确定相应导体的校正电压值。

Description

用于电压感测装置的校准方法
技术领域
本说明书的实施例涉及电压感测装置，以及具体来说，涉及用于电压感测装置的校准方法。
背景技术
近来，电力供应市场的解除管制引起了电力提供商之间的增加竞争。现在比较常见的是公司和家庭在决定供应其电力需要的电力提供商时具有若干不同电力提供商的选择。这引起不同提供商之间对包括供应的定价和质量的问题的竞争。此外，电力提供商有时需要为其消费者供应比较便宜的电力，同时仍然确保对其消费者的供应的相同或改进质量。为了实现这些目标，电力提供商必须改进电力网络或配电系统的效率。此外，由于解除管制，网络损耗以及对电力供应的中断现在受到处罚。
通常发现，甚至在高度发达国家，所生成的全部电力的大约10%在电网网络本身中损失。例如，通过电力网络的载流电缆(又称作“电力线”)所传送的电力的一部分因传输损耗而可损失。表示电力网络中的电力损耗的这个指标在不太发达的国家上升到几乎25%。电力网络中的这种功率损耗可归因于未检测故障。此外，这些故障可在长时期未被检测。此外，甚至当检测到故障时，对广泛的电力网络定位故障通常也是棘手的。通过准确地提供电力网络中的电性质的信息(例如通过监测电力网络)，电力提供商也许能够显著降低电力网络中损失的电量，并且产生生成电力的成本的显著节省。此外，通过密切监测电力网络，电力提供商将处于更好的地位以对其消费者最小的不便迅速地校正电力网络中的故障，由此向其消费者提供改进的供应质量。
研制了多种传感器，以用于测量载流电缆、例如高压配电系统中的载流电缆中的电流。例如，光学电流传感器用来测量载流电缆中的电流。光学电流传感器一般基于法拉第效应。一些光学电流传感器使用块状玻璃或光纤电缆，其围绕载流电缆。虽然光学电流传感器具有很高的动态范围，但是光学电流传感器要求在安装时开启载流电缆，这也许是昂贵的过程。
用于测量电力网络中的电压的其他种类的传感器可采用绕载流电缆所设置的金属外壳。这些传感器使用金属外壳作为载流电缆与底下的地之间的分容器。在其他因素之中，外壳与载流电缆之间的电容取决于外壳与载流电缆之间的距离。相应地，由于对外壳与载流电缆之间的间隙的极限，金属外壳可具有载流电缆与外壳本身之间的有限电容。此外，由于有限电容，传感器可受到周围导体、例如测量电路的变化影响。此外，外壳面积的增加以增加外壳与载流电缆之间的电容通常引起传感器的寄生电容的增加。增加的寄生电容使传感器相对更易受到周围导体中的波动。
此外，在配置成测量电力线中的电压值的传感器的情况下，电压测量需要将电压测量装置物理地连接到电压线路和地。要求电压测量装置与地之间的这个物理连接，以防止被监测值不合需要地受到可存在于地与电压测量装置之间的任何物体的存在影响。作为举例，在电压测量装置与地之间的物理连接不存在的情况下，有意或无意地设置在地和/或电压测量装置邻近的经过车辆、树木、动物、鸟儿或者任何其他物体可引起电压测量装置的测量值的不合需要的变化。可以指出，提供电压测量装置与地之间的这种物理连接要求复杂安装过程。例如，这类安装过程既费时又是人工密集的，从而引起安装电压测量装置的成本的增加。此外，到地的物理连接可需要维护并且周期的检查。
发明内容
按照本说明书的方面，提供一种用于在多个导体存在的情况下增强一个或多个电压感测装置的测量精度的校准方法。该方法包括在操作上将一个或多个电压感测装置的至少一个电压感测装置耦合到多个导体的相应导体，并且使用至少一个电压感测装置来确定相应导体的所感测电压值。该方法还包括：确定校准矩阵，其具有表示至少一个电压感测装置的天线与多个导体中的其他导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子；以及使用校准矩阵通过从相应导体的所感测电压值中至少部分扣除交叉耦合的份额，来确定相应导体的校正电压值。
按照本说明书的另一方面，提供一种用于确定多相电力线的一个或多个电力线的单独电压值的方法。该方法包括在操作上将相应非接触式电压感测装置耦合到多相电力线的一个或多个电力线。此外，相应非接触式电压感测装置的每个包括：第一阻抗元件，具有第一阻抗，其中第一阻抗元件配置成在操作上耦合到一个或多个电力线的相应电力线；天线，在操作上耦合到第一阻抗元件；第二阻抗元件，具有第二阻抗；以及测量和通信电路，在操作上耦合到第一阻抗元件。此外，第二阻抗元件部分由天线和寄生阻抗元件来形成，并且其中寄生阻抗元件包括寄生阻抗。该方法还包括使用相应非接触式电压感测装置来确定多相电力线的一个或多个电力线的所感测电压值。另外，该方法包括确定包含交叉耦合因子的校准矩阵，其中交叉耦合因子表示相应非接触式电压感测装置与多相电力线的其他电力线之间的交叉耦合。另外，该方法包括使用校准矩阵通过从所感测电压值中至少部分扣除交叉耦合的份额，来确定相应电力线的单独电压值。
按照本说明书的又一方面，提供一种系统，其具有多个导体、多个非接触式电压感测装置和监测单元。监测单元在操作上耦合到多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式电压感测装置，并且配置成确定多个导体的相应导体的电压值。
技术方案1：一种校准方法，用于在多个导体存在的情况下增强一个或多个电压感测装置的测量精度，所述方法包括：
在操作上将所述一个或多个电压感测装置的至少一个电压感测装置耦合到所述多个导体的相应导体，
使用所述至少一个电压感测装置来确定所述相应导体的所感测电压值，
确定包含表示所述至少一个电压感测装置的天线与所述多个导体中的其他导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子的校准矩阵；以及
使用所述校准矩阵通过从所述相应导体的所述所感测电压值中至少部分扣除所述交叉耦合的份额，来确定所述相应导体的校正电压值。
技术方案2：如技术方案1所述的校准方法，其中，所述多个导体设置在所确定几何结构中。
技术方案3：如技术方案1所述的校准方法，其中，所述电压感测装置是非接触式电压感测装置，并且所述非接触式电压感测装置包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述相应导体；
所述天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成确定所述相应导体的所述所感测电压值。
技术方案4：如技术方案3所述的校准方法，其中，所述非接触式电压感测装置还包括配置成在所述第一阻抗元件的一侧或多侧提供屏蔽的导电元件。
技术方案5：如技术方案3所述的校准方法，其中，所述多个导体中的所述其他导体在操作上耦合到相应非接触式电压感测装置。
技术方案6：如技术方案5所述的校准方法，其中，一个或多个相应非接触式电压感测装置包括导电屏蔽。
技术方案7：一种用于确定多相电力线的一个或多个电力线的单独电压值的方法，包括：
在操作上将相应非接触式电压感测装置耦合到所述多相电力线的一个或多个电力线，其中所述相应非接触式电压感测装置的每个包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述一个或多个电力线的相应电力线；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；
测量和通信电路，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
使用所述相应非接触式电压感测装置来确定所述多相电力线的所述一个或多个电力线的所感测电压值；
确定包含交叉耦合因子的校准矩阵，其中所述交叉耦合因子表示所述相应非接触式电压感测装置与所述多相电力线的其他电力线之间的交叉耦合；以及
使用所述校准矩阵通过从所述所感测电压值中至少部分扣除所述交叉耦合的份额，来确定所述相应电力线的单独电压值。
技术方案8：如技术方案7所述的方法，其中，所述单独电压值与三相电力线中的三个电力线的所感测电压值之间的关系表示为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
其中，VL1、VL2和VL3是所述三个电力线的单独电压值，VZ1、VZ2和VZ3是所述三个电力线的所感测电压值，以及[L]是矩阵。
技术方案9：如技术方案8所述的方法，其中，所述校准矩阵表示为：
Figure 825634DEST_PATH_IMAGE002
其中，[M]是所述校准矩阵。
技术方案10：如技术方案8所述的方法，其中，耦合到所述三相电力线的第一导体的非接触式电压感测装置的所感测电压值(VZ1)定义为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
其中Z11是第一阻抗，Z12、Z13是所述非接触式电压感测装置的所述天线与其他两个电力线之间的寄生阻抗，以及Zp1是所述天线与参考表面之间的寄生电容。
技术方案11：如技术方案7所述的方法，还包括对所述电力线的所述相应非接触式电压感测装置的所感测电压值进行时间同步。
技术方案12：如技术方案7所述的方法，其中，所述多相电力线的各电力线在操作上耦合到相应非接触式电压感测装置。
技术方案13：如技术方案12所述的校准方法，其中，至少一个相应非接触式电压感测装置包括导电屏蔽。
技术方案14：如技术方案7所述的方法，还包括依次地向所述多相电力线提供电流，以推断所述校准矩阵。
技术方案15：如技术方案14所述的方法，还包括将所述多相电力线的其他电力线保持在参考电位，同时依次地向所述多相电力线提供电流，以推断所述校准矩阵。
技术方案16：一种监测系统，包括：
多个导体，
多个非接触式电压感测装置，其中所述多个非接触式电压感测装置的各非接触式电压感测装置耦合到所述多个导体的相应导体，所述多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式电压感测装置包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述相应导体；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，以测量所述相应导体的所述电压值；以及
监测单元，在操作上耦合到所述多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式电压感测装置，并且配置成确定所述多个导体的所述相应导体的电压值。
技术方案17：如技术方案16所述的监测系统，其中，所述监测单元配置成：
确定包含表示一个或多个非接触式电压感测装置与相应一个或多个相邻导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子的校准矩阵；以及
从所感测电压值中至少部分扣除所述交叉耦合的份额，以得到所述多个导体的导体的校正电压值。
技术方案18：如技术方案16所述的监测系统，其中，所述多个导体相互设置在所确定几何结构中。
技术方案19：如技术方案18所述的监测系统，其中，所述所确定几何结构包括所述多个导体的两个或更多导体之间的距离、所述多个导体的导体的相对取向、所述多个导体的导体的布局、所述多个导体的导体的截面或者其组合。
技术方案20：如技术方案16所述的监测系统，其中，所述多个导体包括三相电力线，并且所述三相电力线的各电力线包括相应非接触式电压感测装置。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本说明书的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是按照本说明书的方面、具有导电壳体的示范非接触式电压感测装置的示意表示；
图2是按照本说明书的方面、具有导电屏蔽的示范非接触式电压感测装置的示意表示；
图3是按照本说明书的方面、具有天线的示范非接触式电压感测装置的示意图，其中天线的至少一部分是电绝缘的；
图4是按照本说明书的方面、采用非接触式电压感测装置的示范监测系统的示意表示；
图5是按照本说明书的方面、非接触式电压感测装置的相应天线与非接触式电压感测装置的相邻导体之间的交叉耦合的示意表示；以及
图6是按照本说明书的方面、用于安装和校准非接触式电压感测装置的示范方法的流程图。
具体实施方式
本说明书的实施例提供用于在多个导体存在的情况下增强一个或多个电压感测装置的感测能够的校准方法。通常，当电流流经导体或者导体被充电时，导体产生电磁场。导体的这个电磁场通常与导体的电参数(例如电压和/或电流)成比例。此外，来自存在于该导体的邻域的一个或多个导体的电磁场可能不合需要地影响电压感测装置的所感测电压值。相应地，至少部分通过给定导体的电压值以及多个导体中的其他导体的电压值，来促成给定导体的所感测电压值。
电压感测装置除了受到其上安装电压感测装置的导体的电磁场影响之外还受到邻域中存在的导体的电磁场影响的这种现象可称作“交叉耦合”。此外，可期望从所感测电压值中至少部分扣除或抵消交叉耦合的影响，以得到导体的校正电压值。
在某些实施例中，交叉耦合可在电压感测装置与多个导体的另一个导体之间发生。具体来说，当另一导体的电磁场干扰导体的电压感测装置或者与其交互时，交叉耦合可在电压感测装置与另一导体之间发生。在某些实施例中，在电压感测装置是非接触式电压感测装置的情况下，多个导体的一个或多个导体可采用相应的一个或多个非接触式电压感测装置。此外，在这些实施例的一部分中，交叉耦合可存在于多个导体的相应导体的给定非接触式电压感测装置与多个导体中的其他导体之间。这些其他导体可称作相邻导体。非接触式电压感测装置与相邻导体之间的这种交叉耦合可能不合需要地影响给定非接触式电压感测装置的所感测电压值。相应地，期望从给定非接触式电压感测装置的所感测电压值至少部分去除交叉耦合的影响，以得到相应导体的电压值。有利地，这样得到的导体的电压值是导体的电压值的相对更准确表示。
如本说明书中通篇所使用，术语“导体”表示电导体。如本文所使用的术语“非接触式”表示不存在非接触式电压感测装置与参考表面和其他导体(例如多相传输中的其他输电线)之间的直接物理接触。在具体示例中，本说明书的非接触式电压感测装置可以没有直接地物理耦合到地以提供参考电位。可以指出，在一些实施例中，参考表面可以是地或者中性导体。但是，在一些其他实施例中，参考表面可以是除了地之外的任何其他表面，其中参考表面具有已知电位、称作“参考电位”。
在某些实施例中，校准方法可用来降低一个或多个非接触式电压感测装置的对应天线与多个导体的相邻导体之间的交叉耦合的影响。此外，校准方法可用来降低寄生阻抗的影响，以进一步增强一个或多个非接触式电压感测装置的感测能力或精度。在一个示例中，多个导体的各导体可耦合到相应非接触式电压感测装置。但是，在另一个示例中，多个导体的一个或多个导体可以不耦合到非接触式电压感测装置。
在一个示例中，校准方法可用来至少部分降低或抵消非接触式电压感测装置与多相电力线之间的交叉耦合的影响。在具体示例中，多相电力线可以是三相配电线。此外，三相电力线可以是用于电力供应的配电网络的一部分。如本文所使用的术语“配电线”、“输电线”和“电力线”在本说明书中通篇可以可互换地使用。
在操作中，当电流流经电力线时存在于电力线周围的电磁场可能不合需要地影响设置在电力线的周围环境中的电子组件。相应地，在多相电力线的情况下，当多相电力线的各电力线采用一个或多个非接触式电压感测装置，各非接触式电压感测装置可受到多相电力线的其他电力线的电磁场影响。作为举例，在三相电力线的情况下，在三相电力线的每个具有相应非接触式电压感测装置的情况下，由非接触式电压感测装置所测量的电压值可反映来自三个电力线的份额，而不只是来自非接触式电压感测装置与其耦合以测量电压值的相应电力线的份额。相应地，期望测量各电力线所生成的电场对电压感测装置(其操作上耦合到相邻电力线)的影响，以促进电力线的校正电压值的计算。本说明书的方法可用于现有以及将来的电压感测装置。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置因易于安装而可以是优选的。作为举例，在非接触式电压感测装置的情况下，不要求提供感测装置与地之间的物理接触。相应地，安装非接触式电压感测装置主要需要将非接触式电压感测装置物理地耦合在配置成携带电流的主体上。例如，在导体是电力线的情况下，非接触式电压感测装置夹到电力线上。此外，有利地，非接触式电压感测装置不受地与传感器之间的物理物体的是否存在影响。因此，可期望使用非接触式电压感测装置。此外，由于非接触式电压感测装置在操作上耦合到多相电力线的单电力线，因此非接触式电压感测装置没有干扰电力线的结构或布局。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置可包括具有第一阻抗的第一阻抗元件以及具有第二阻抗的第二阻抗元件。第一和第二阻抗可用来测量导体的电压。第一阻抗元件的非限制性示例可包括一个或多个电阻器、一个或多个电容器、一个或多个电感器或者其组合。在一个示例中，非接触式电压感测装置可包括作为第一阻抗元件的电容器。在操作中，第一阻抗元件配置成感测电参数、例如导体的电压。
此外，非接触式电压感测装置包括天线，其操作上耦合到第一阻抗元件。天线配置成与寄生阻抗元件结合形成第二阻抗元件。具体来说，第二阻抗元件通过天线和寄生阻抗元件来形成，其中寄生阻抗元件在天线与参考表面之间形成。第二阻抗元件的阻抗(又称作“第二阻抗”)是寄生阻抗元件的阻抗(又称作“寄生阻抗”)和天线的阻抗的组合。此外，由于非接触式电压感测装置的设计，所以在一些实施例中，天线的阻抗与寄生阻抗相比可以是可忽略的。在这些实施例中，第二阻抗的值可与寄生阻抗的值基本上相似。相应地，第二阻抗基本上可以是出现在天线与参考表面之间的寄生阻抗。在非限制性示例中，寄生阻抗主要可包括寄生电容。
此外，在某些实施例中，非接触式电压感测装置包括测量和通信电路，其中测量和通论电路配置成基于在第一阻抗元件两端所感测的电压值来测量导体的电压。此外，在某些实施例中，第一阻抗元件可设置在第一结点与第二结点之间。类似地，天线可设置在另一个第一结点与另一个第二之间。此外，第一阻抗元件的第二结点可操作上耦合到天线的第一结点。在具体示例中，第一阻抗元件的第二结点和天线的第一结点可以是第一阻抗元件与天线之间的公共结点。在操作中，第一阻抗元件的第一结点可保持在与导体相同的电位。通过使与导体对应的电压能够出现在第一阻抗元件两端，将第一阻抗元件的第一结点保持在与导体相同的电位使非接触式电压感测装置能够测量导体的电压。此外，天线的第二结点可配置成形成与导体的电压不同的电压。出现在天线的第二结点的电压可因流经寄生阻抗元件的电流而引起。因此，非接触式电压感测装置的结构使第一和第二阻抗元件的组合能够充当导体与参考表面之间的分压器。由于第一与第二阻抗元件之间的这种分压，可在第一阻抗元件两端创建电压差。此外，测量和通信电路可配置成测量出现于第一阻抗元件两端的这个电压差。在一些实施例中，测量和通信电路可配置成基于第一阻抗、第二阻抗的值以及出现在第一阻抗元件两端的电压差来测量导体的电压。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置包括导电元件，其配置成屏蔽第一阻抗元件免受从导体、例如载流电力线发出的电磁辐射。此外，在一些实施例中，导电元件可保持在与导体相同的电压。
此外，可以指出，天线可以是导电体，其具有第一部分和第二部分。此外，电绝缘体可设置在天线的第一部分，以防止天线的导电体与导电元件的电短接。另外，天线的第二部分可设置在电绝缘体以及导电元件的外部。设置在电绝缘体以及导电元件的外部的天线的第二部分可暴露于参考表面。此外，天线的第二部分与参考表面相结合可促成第二阻抗和/或寄生阻抗的形成。在某些实施例中，天线的第二部分的尺寸可选择成促进天线阻抗与寄生阻抗相比的较小值。天线的第二部分充当天线的第二结点。
在某些实施例中，非接触式电压感测装置可配置成将所测量电压值传递到所确定位置，非限制性地例如控制单元、监测单元、显示单元或者其组合。此外，非接触式电压感测装置可配置成使用测量和通信电路来传递所测量电压值。有利地，非接触式电压感测装置可配置成实现导体、非限制性地例如电力线的电压值的实时监测。
有利地，在非接触式电压感测装置正感测和测量电力线(非接触式电压感测装置设置在其上)的电压值的同时，非接触式电压感测装置的测量值不会不合需要或者不利地受到导电或非导电物体(其可有意或无意地设置在非接触式电压感测装置与参考表面之间)的是否存在影响。作为举例，由非接触式电压感测装置所测量的电力线的所测量电压值可以没有因导电体(非限制性地例如电力线附近的静止或运动车辆)的存在而不利地受到影响。此外，与要求测量装置与地之间的直接物理连接的常规测量装置相比，非接触式电压感测装置比较易于安装。具体来说，非接触式电压感测装置配置成安装在电力线上，而没有对非接触式电压感测装置物理地耦合到地的任何进一步需要。
另外，一个或多个非接触式电压感测装置可配置成用于监测系统中，其中监测系统可包括控制单元和/或监测单元。一个或多个非接触式电压感测装置可配置成将导体的所测量电压值传递给控制单元和/或监测单元。在一些实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置可包括多个数据获取通信装置(DAC)。在一些实施例中，DAC可形成测量和通信电路的组成部分。在某些实施例中，表示电力线的电压的数据由DAC通过全球移动通信系统(GSM)链路来传递给控制单元、例如控制中心计算机。这是将数据发送给控制单元、监测单元或者任何其他控制中心计算机或装置的廉价和安全方式。
此外，在一些实施例中，监测系统可形成电力网络的一部分。此外，电力网络可采用一个或多个监测系统。在这些实施例的一部分中，电力网络可采用多个电力线、多个非接触式电压感测装置和一个或多个监测系统。此外，多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式感测装置可在操作上耦合到一个或多个监测系统。在一个示例中，监测系统可配置成将所测量电压值传递给电力网络中的控制单元。在某些实施例中，非接触式电压感测装置可配置成按照节省成本的方式、通过宽地理区域来提供表示电力网络的对应电力线的电压值的信号。在一个实施例中，多个DAC的每个DAC可具有与其关联的一个或多个非接触式电压感测装置，使得表示电力线的电压值的信号可从非接触式电压感测装置传送给另一个非接触式电压感测装置或者相同或其他监测系统的控制单元。在一个示例中，从一个DAC传送给控制单元的电性质可在传递给控制单元之前传送给另一个DAC。通过具有多个DAC，处理可在DAC或者在控制单元中执行。在一个示例中，信号可在DAC中放大，并且数据的暂时存储可在每个DAC中执行。
此外，本说明书的非接触式电压感测装置可易于可适合不同动态范围、带宽和灵敏度值。在一个实施例中，第一阻抗元件可修改成适配用于不同动态范围、带宽和灵敏度值的非接触式电压传感器。作为举例，在第一阻抗元件是电容器的情况下，具有较高电容的电容器可用来得到较低带宽，反过来也是一样。在一个实施例中，第一阻抗元件的第一电容的值可等于或大于大约1 nF。在相同或不同实施例中，来自第二阻抗元件的寄生电容的值可小于或等于大约0.01 pF。
图1示出示范非接触式电压感测装置100。非接触式电压感测装置100可配置成测量导体、非限制性地例如电力线102相对参考表面120的电压值。电力线102可以是高压线、中压线或者任何其他电力线或者任何其他电导体(其配置成携带电流)。在某些实施例中，非接触式电压感测装置100包括采取导电壳体104的形式的导电元件。导电壳体104可配置成保护非接触式电压感测装置100的一个或多个组件免受电力线102的电磁辐射。此外，导电壳体104可对非接触式电压感测装置100的一侧或多侧提供屏蔽。在一些实施例中，导电壳体104可保持在与电力线102相同的电压。在一个实施例中，导电壳体104可使用导电连接器106来旁路到电力线102。将导电壳体104保持在与电力线102相同的电位可促进原本因非接触式电压感测装置100的电子组件周围的电场的存在而引起的干扰的降低。此外，将导电壳体104保持在与电力线102相同的电位增强非接触式电压感测装置100的测量精度。
在所示实施例中，非接触式电压感测装置100还包括第一阻抗元件108，其设置在第一结点107与第二结点109之间。在一些实施例中，第一阻抗元件108可包括电容器、电阻器、电感器或者其组合。此外，第一阻抗元件108可具有以下称作“第一阻抗”的阻抗。第一阻抗元件108配置成感测电力线102的至少一个电参数。作为举例，出现在第一阻抗元件108两端的电压表示电力线102的所感测电参数。第一阻抗元件108在第一结点107连接到电力线102。
此外，第一阻抗元件108在第二结点109操作上耦合到天线110。第二结点109是在第一阻抗元件108与天线110之间共享的公共结点。此外，出现在第一阻抗元件108两端的电压表示电力线102与第二结点109之间存在的电压差。在导电壳体104保持在与电力线102相同的电压的实施例中，电力线102与第二结点109之间的电压差与导电壳体104和第二结点109之间的电压差是相同的。相应地，在第一阻抗元件108两端的电压差可通过将电压感测装置、例如伏特计设置在结点114与116之间来测量。
此外，天线110包括第一部分130和第二部分131。可以指出，天线110的第一和第二部分130、131可以不是物理上不同的实体。天线110的第一部分130可以是天线110中使用电绝缘体128与导电壳体104绝缘的部分。此外，天线110的第二部分131可以是设置在电绝缘体128外部的部分。此外，天线110的第二部分131可设置在导电壳体104外部。此外，天线110的第二部分131可暴露于参考表面120，一般通过结点124表示。在某些实施例中，天线110的结点122在天线110的第二部分131上形成。具体来说，天线110设置在结点109(其是天线110的第一结点)与结点122(其是天线110的第二结点)之间。此外，天线110的第二部分131在电绝缘体128外部外露。
在所示实施例中，非接触式电压感测装置100包括第二阻抗元件133，其通过天线110的至少一部分和寄生阻抗元件118来形成。具体来说，第二阻抗元件133通过天线110的第二部分131和寄生阻抗元件118来形成。此外，寄生阻抗元件118设置在天线110与参考表面120之间。具体来说，寄生阻抗元件118存在于天线110的结点122与表示参考表面120的结点124之间。第二阻抗元件133的阻抗值可称作第二阻抗。可以指出，第二阻抗是寄生阻抗和天线的阻抗的组合。此外，可以指出，第二阻抗可与寄生阻抗基本上相似，因为天线的阻抗的值与寄生阻抗的值相比可以基本上更低。
此外，在参考表面为地的实施例中，寄生阻抗可定义为天线110与地之间的寄生电容。但是，在参考表面120是与地不同的表面的其他实施例中，寄生电容可定义为天线110与参考电位之间的阻抗，其中参考电位是参考表面120的电位。
另外，在天线110的至少一部分设置在电绝缘体128中的实施例中，天线110的总体尺寸可能不成问题，但是，只有天线的第二部分131(其设置在电绝缘体128外部)可促成寄生阻抗。在一些实施例中，第二部分131的长度可高达大约10 cm。相应地，可期望提供具有第二部分131的较小尺寸的天线110，以便提供寄生阻抗元件的较高寄生阻抗。可以指出，高寄生阻抗或者低寄生电容使非接触式电压感测装置能够不会不合需要地受到周围导体的变化影响。因此，增加的寄生阻抗使非接触式电压感测装置100相对更易受到周围导体中的波动，同时仍然保持非接触式电压感测装置100与参考表面120之间的物理分隔。此外，在一些实施例中，天线110可以是电缆、导线、板、形成图案的延长结构、阻抗元件或者其组合。在一个实施例中，天线110可包括集总阻抗元件。作为举例，天线110可以是集总电容器，其中电容器的第一端子设置在电绝缘体128中，以及集总电容器的第二端子暴露于参考表面120。
此外，可以指出，主要由于因第一阻抗元件108与参考表面120之间的天线110的存在引起的阻抗分压器作用，第一阻抗元件108的结点107与109之间的电压差(V1)可出现。具体来说，天线110的存在引起第二阻抗元件133的形成，由此提供分割的阻抗。在假定天线阻抗与寄生阻抗相比是可忽略的并且第一阻抗元件108是电容器的一个示例中，天线110可引起寄生电容器的形成。此外，在这个示例中，第一阻抗元件108或者电容器可充当电力线102与参考表面120之间的分压器。
在一个实施例中，第二阻抗可比第一阻抗的值要高至少大约50倍。在另一个实施例中，第二阻抗可比第一阻抗的值要高至少大约100倍。在又一实施例中，第二阻抗可比第一阻抗的值要高大约100至10000倍。在一些实施例中，通过具有高寄生阻抗、高天线阻抗或者它们两者，第二阻抗可具有较高值。在一些其他实施例中，通过具有高寄生阻抗，第二阻抗可具有较高值。虽然第一阻抗的值主要通过用作第一阻抗元件的装置的类型来支配，但是寄生阻抗主要由天线110的尺寸来支配。此外，天线阻抗的值可由用来形成天线110的阻抗元件来支配。为了具有第一阻抗的较低值，在一些实施例中，集总电容器可用作第一阻抗元件108。
在一些实施例中，电力线102中的电压可使用第一阻抗、第二阻抗的值以及第一阻抗元件108两端的电压差来计算。电力线的电压可通过等式(1)来表示
等式(1)
其中，VL表示电力线102相对参考表面120的电压，Vo表示第一阻抗元件两端的电压差，Z1表示第一阻抗值，以及Z2表示第二阻抗值。第一阻抗元件108两端的电压值可通过电力线102的电压来支配，但是，第二阻抗的值可通过设置在电绝缘体128外部的天线10的天线阻抗、尺寸以及天线110与参考表面120之间的距离来支配。期望具有寄生阻抗的值的最小变化。由于天线110的小尺寸，寄生阻抗的值比较高。因此，有利地，电力线102的电压(VL)的所估计值的变化为最小。相应地，非接触式电压感测装置100与地120之间的导体或其他物体的存在不会不利地影响电力线102中的电压值的测量。
在某些实施例中，伏特计112的输出可在操作上耦合到测量和通信电路132。在一些实施例中，测量和通信电路132可包括处理器134、监测器136和DAC 138。测量和通信电路132配置成测量第一阻抗元件108两端的电压差。此外，测量和通信电路132的处理器134配置成基于第一阻抗的值、出现在第一阻抗元件108两端的电压的值和第二阻抗的值来确定电力线102的电压值。此外，电力线102的校正电压的所确定值可使用DAC 138无线地传递给其他非接触式电压感测装置(未示出)或者控制单元。
另外，处理器134的功能可通过多种编程语言来实现，包括但不限于Ruby、超文本预处理器(PHP)、Perl、Delphi、Python、C、C++或Java。这种代码可存储或者适合于存储在可由基于处理器的系统来访问以运行所存储代码的一个或多个有形机器可读介质上，例如数据资料库芯片、本地或远程硬盘、光盘(即，CD或DVD)、固态驱动器或其他介质上。
在一个实施例中，测量和通信电路132可以是高输入阻抗电路。测量和通信电路132可配置成使用第一阻抗和寄生阻抗的值来确定电力线102的校正电压值。在所示实施例中，测量和通信电路132可设置在导电壳体104中。但是，在这里未示出的一备选实施例中，测量和通信电路132可设置在导电壳体104外部。
测量和通信电路132使用DAC 138在通信上耦合到其他装置，例如控制单元(未示出)或者其他非接触式电压感测装置。在一个实施例中，控制单元可配置成从一个或多个非接触式感测装置100来接收表示电力线102的电压值的数据。
在一些实施例中，测量和通信电路132可配置成向控制单元提供电力线102的所确定电压值。在一个实施例中，测量和通信电路132可配置成使用DAC 138或者无线电发射器/接收器与控制单元进行通信。在某些实施例中，非接触式电压感测装置100可以是远程感测装置。术语“远程感测装置”可用来表示一种感测装置，其在通信上耦合到监测单元和/或控制单元，同时相对监测单元和/或控制单元位于远程位置。在一个实施例中，远程感测装置可无线耦合到监测单元和/或控制单元。
此外，虽然未示出，但是非接触式电压感测装置100可包括保护盖或外壳，其绕导电壳体104的至少一部分设置。保护盖可由非导电材料来制成，非限制性地例如非导电聚合物或者非导电陶瓷。此外，在一个实施例中，保护盖可配置成向非接触式电压感测装置100提供机械强度和/或环境保护。
图2示出图1的非接触式电压感测装置的一备选实施例。在所示实施例中，非接触式电压感测装置200在操作上耦合到电力线208，并且配置成测量电力线208的电压。非接触式电压感测装置200包括第一阻抗元件202、天线204以及测量和通信电路206。非接触式电压感测装置200可配置成安装在电力线208上。此外，非接触式电压感测装置200可包括采取导电屏蔽210的形式的导电元件。导电屏蔽210包括第一部分(即，第一导电屏蔽212)和第二部分(即，第二电屏蔽214)。导电屏蔽210的第一导电屏蔽212设置在第一阻抗元件202与电力线208之间。相应地，第一导电屏蔽212配置成保护非接触式电压感测装置200免受来自电力线208的电磁辐射。此外，导电屏蔽210的第二导电屏蔽214设置在天线204与参考表面216之间。第二导电屏蔽214配置成防止参考表面216与第一阻抗元件202之间的任何电干扰。此外，第二导电屏蔽214可配置成实现第二阻抗元件225的形成。具体来说，第二阻抗元件225可部分通过天线204和寄生阻抗元件218来形成。此外，寄生阻抗元件218可设置在天线204与参考表面216之间。
此外，天线204包括第一部分220、第二部分224和电绝缘体222。天线204的第一部分220可设置在电绝缘体222中，而天线204的第二部分可设置在电绝缘体222外部。天线204的第二部分224可设置在第二导电屏蔽214中与参考表面216相同的一侧。天线204的第二部分224与参考表面216相结合可形成寄生阻抗元件218。
此外，第一和第二导电屏蔽212、214均可保持在与电力线208相同的电位。虽然某些实施例中未示出，但是导电屏蔽210可以仅包括第一或第二导电屏蔽212、214其中之一。在一个示例中，导电屏蔽210可以仅包括第一导电屏蔽212。
图3示出非接触式电压感测装置300，其配置成测量导体302相对参考表面312的电压值。非接触式电压感测装置300包括第一阻抗元件(例如电容器304)、天线306以及测量和通信电路308。测量和通信电路308配置成基于由电容器304和第二阻抗元件320所感测的一个或多个电参数来测量电压值。在所示实施例中，假定天线阻抗基本上低于寄生电容。相应地，寄生电容与第二阻抗基本上相似。此外，可在天线306与参考表面312之间所形成的寄生电容器310两端来感测寄生电容。在所示实施例中，电容器304示为单个或集总电容器，但是在一备选实施例中，多个电容器可用来取代电容器304。在这些实施例的一部分中，多个电容器可电耦合，以有效地形成集总电容器。此外，天线306可包括设置在电绝缘体316中的部分314以及设置在电绝缘体316外部的部分318。设置在电绝缘体316外部的部分318与参考表面312结合形成寄生电容器310。
图4示出按照本说明书的方面、电力网络中采用的监测系统400的一示范实施例。在所示实施例中，电力线408、410和412可在操作上耦合到公共电极，以形成较大电力网络的组成部分。监测系统400包括3个非接触式电压感测装置402、404和406，其分别设置在其相应电力线408、410和412上。非接触式电压感测装置402、404和406可单独测量其相应电力线408、410和412上的电压。一旦测量了电压值，非接触式电压感测装置402、404和406可将所测量电压值传递给监测单元414、例如中央计算机。在非接触式电压感测装置402、404和406与监测单元414进行通信的情况下，监测单元414可配置成在需要时将数据传送给控制单元416，以执行所需步骤。作为举例，在监测一个或多个电力线408、410和412的电压值的波动或下降或上升的情况下，对应非接触式电压感测装置402、404和406可与监测单元414进行通信，以便将数据传送给控制单元416，以执行校正措施。
在某些实施例中，各非接触式感测装置402、404和406可包括对应处理器(图4中未示出)。在这些实施例中的一部分中，对应处理器可配置成相互通信。这样，所测量电压的处理可在非接触式电压感测装置402、404和406的每个来执行，这降低控制单元416的计算开销要求，并且还可增强监测系统400的效率。此外，除了非接触式电压感测装置402、404和406的单独处理器之外，监测系统400还可包括处理器单元(图4中未示出)，其设置在非接触式电压感测装置402、404、406的一个或多个与监测单元414或控制单元416之间。处理器单元可配置成在将数据传送给监测单元414或控制单元416之前处理从非接触式电压感测装置402、404和406所接收的数据。备选地，在一些其他实施例中，监测系统400可包括非接触式感测装置402、404和406之间的公共处理器单元，以用于处理来自一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406的所测量电信号，并且将经处理的数据传送给控制单元416。
在一些实施例中，监测单元414、控制单元416或者它们两者可配置成将所请求信息存储在存储资料库(未示出)中。在一个实施例中，存储资料库可包括诸如硬盘驱动器、软盘驱动器、致密光盘读/写(CD-R/W)驱动器、数字多功能光盘(DVD)驱动器、闪盘驱动器和/或固态存储装置之类的装置。
此外，在某些实施例中，监测系统400可包括显示单元418。在一些实施例中，显示单元418可形成监测单元414或控制单元416的一部分。在某些实施例中，两个或更多非接触式电压感测装置402、404和406可沿电力线408、410和412的长度来设置。
在非限制性示例中，设置在同一电力线上的任何两个相邻非接触式电压感测装置之间的距离可以为大约1公里。此外，任何两个相邻设置的非接触式电压感测装置402、404和406之间的距离对于同一电力线可以是相同或不同的。来自一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406、表示电力线的电压的数据可在将数据发送给控制单元416之前由一个或多个监测单元418来测量和/或处理。在一个实施例中，数据可经由DAC(未示出)从非接触式电压感测装置传送给一个或多个监测单元418，其中DAC可形成非接触式电压感测装置402、404和406的一部分。在一些实施例中，除了与非接触式电压感测装置402、404和406对应的单独DAC单元之外，监测系统400还可包括附加DAC单元。在这些实施例中，DAC单元可配置成对于从一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406所接收的数据运行计算，以估计沿电力线408、410和412的长度的电力线408、410的总体状态。在这些实施例的一部分中，DAC单元可形成单独处理器或公共处理器单元的一部分，以便在将数据向上传送给控制单元416之前处理表示电力线的电性质的数据。这样，通信可在DAC的每个中执行，这可帮助简化单独测量传感器的构造。取决于电力线408、410和412的线路条件以及线路上的支路和负载的分布，非接触式电压感测装置402、404和406的各种组合可用于电力线408、410和412上。
在某些实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406可配置成从非接触式电压感测装置安装于其上的电力线来直接供电。此外，在一个实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置402、404和406可配置成直接从电力线的磁场来吸取操作电力。
此外，可以指出，单独非接触式电压感测装置402、404和406的DAC可以或者可以不与控制单元416或监测单元414直接通信链路。此外，任何数量的转发器单元或其他监测单元可用来将信号从非接触式电压感测装置402、404和406在途中转发到控制单元416。
此外，非接触式电压感测装置402、404和406的每个的位置可例如在非接触式电压感测装置402、404和406的安装期间使用标准全球定位系统(GPS)来得到。这然后又可完整或部分地用作那个特定非接触式电压感测装置的地址。非接触式电压感测装置402、404和406的位置可用来将工程师引导到特定非接触式电压感测装置，以便进一步促进服务人员确定故障位置的能力。此外，从不同电力线所得到的测量可经过时间同步。在一些实施例中，GPS信号可用于对于跨非接触式电压感测装置402、404和406的测量进行时间同步。
在三相线路的情况下，非接触式电压感测装置可设置在三相线路的一个或多个上。在一示例实施例中，如非接触式电压感测装置所感测的来自三相线路的电压值可使用复数算术来求和。在某些实施例中，如果故障条件存在于电力线上，则电力线的电流和电压值可用来确定电力线上的故障的位置。在一些实施例中，本说明书的电压传感器可与电流传感器相集成。在这些实施例中，集成传感器可用来提供电流和电压值，以确定电力线上的故障的位置。
一旦识别故障位置或故障条件，在一些实施例中，可使用移动通信装置(非限制性地例如蜂窝电话、寻呼机)来警告维修人员，并且将会理解，可使用例如通过GSM网络来警告维修人员的各种其他方法。
此外，可以指出，在一些实施例中，各非接触式电压感测装置可与参考表面(例如地)电隔离，并且因此可以比较简单地安装在电力线上。可通过添加其他测量设备，从高架电力线进行各种不同测量。
另外，在某些实施例中，一个或多个非接触式电压感测装置可配置成从非接触式电压感测装置安装于其上的电力线来直接供电。作为举例，一个或多个非接触式电压感测装置可配置成直接从电力线的磁场来吸取操作电力。
在某些实施例中，多个导体可设置在所确定几何结构中。在一具体实施例中，相邻导体可相对具有非接触式电压感测装置的多个导体的导体来设置在所确定几何结构中。所确定几何结构的非限制性示例可包括多个导体的两个或更多导体之间的距离、导体的相对取向、导体的布局、导体的截面或者其组合。在一个实施例中，多个导体可相互平行设置。在另一个实施例中，三相电力线路的三个电力线的布局可以是三角形(参见图5)。此外，在这个实施例中，任何两个导体之间的距离可与任何其他两个导体之间的距离相似。
此外，非接触式电压感测装置与相邻导体之间的交叉耦合可至少部分取决于非接触式电压感测装置相对相邻导体的相对位置或几何结构。另外，非接触式电压感测装置与相邻导体之间的交叉耦合可至少部分取决于非接触式电压感测装置相对相邻导体的非接触式感测装置的导电屏蔽的相对位置或几何结构。此外，交叉耦合还可取决于天线的物理尺寸。作为举例，具有天线的较大尺寸的天线可呈现与相邻导体的较高交叉耦合。具体来说，具有较大第二部分、即设置在电导体外部的部分的天线可呈现与相邻导体的较高交叉耦合。相应地，具有较大第二部分的天线可具有不合需要的较低寄生阻抗或者不合需要的较高寄生电容。
另外，如上文所述，在操作中，由于交叉耦合，由特定非接触式电压感测装置对给定导体所感测的电压值可能不是相应导体的校正电压值的准确表示。此外，在一些实施例中，导体的校正电压值与导体的所感测电压值之间的关系可按照矩阵关系来表达。
此外，有利地，由于非接触式电压感测装置的设计，第一阻抗可基本上较低，以及第二阻抗或寄生阻抗可以较大。对参考表面的这个较大寄生阻抗可保持为通过周围的小阻抗变化相对未扰动。相应地，校准方法可以不会不合需要地受到周围的变化影响。这类变化的非限制性示例可包括除了多个导体之外的导体的存在。此外，可以指出，在某些实施例中，非接触式电压感测装置的所感测电压值的交叉耦合因子是基本上恒定的，而与逐个位置变化的周围条件无关。因此，因为交叉耦合因子没有随环境和环境条件而改变，所以可对特定设定、非限制性地例如实验室设定来确定这些交叉耦合因子。此外，可使用交叉耦合因子至少部分从所感测电压值中扣除交叉耦合的份额。在一个实施例中，交叉耦合因子可使用来自非接触式电压感测装置的所感测电压值与导体的校正电压之间的矩阵关系来确定。
图5示出非接触式电压感测装置508、510和512的天线502、504和506与非接触式电压感测装置508、510和512的相邻导体之间的交叉耦合的示意表示500。具体来说，交叉耦合可在非接触式电压感测装置508、510和512的天线502、504和506的第二部分(即，设置在电绝缘体外部的部分)与非接触式电压感测装置508、510和512的相邻导体之间发生。在所示实施例中，参考标号508、510和512是非接触式电压感测装置的表示。此外，非接触式电压感测装置508在操作上耦合到导体532，非接触式电压感测装置510耦合到导体534，以及非接触式电压感测装置512在操作上耦合到导体536。所示实施例表示多相电力线布置，其中导体532、534和536可以是三相电力线布置的三个电力线。在某些实施例中，本说明书的校准方法可用来确定导体532、534和536的单独电压值。
此外，非接触式电压感测装置508包括第一阻抗元件514、具有第二阻抗的第二阻抗元件(图5中未示出)和天线502。此外，第一阻抗元件514具有第一阻抗(Z11)。此外，第二阻抗元件部分由天线502以及具有寄生阻抗的寄生阻抗元件516来形成。如上文所述，第二阻抗与寄生阻抗(Zp1)基本上相似。类似地，非接触式电压感测装置510包括第一阻抗元件520、具有寄生阻抗元件522的第二阻抗元件(未示出)和天线504。此外，第一阻抗元件520具有第一阻抗(Z22)，以及寄生阻抗元件522具有寄生阻抗(Zp2)。同样，非接触式电压感测装置512包括第一阻抗元件524、具有寄生阻抗元件526的第二阻抗元件和天线506。此外，第一阻抗元件524具有第一阻抗(Z33)，以及寄生阻抗元件526具有寄生阻抗(Zp3)。另外，如上文所述，非接触式电压感测装置508、510和512的第二阻抗与相应寄生阻抗基本上相似。
另外，虽然图5的实施例中未示出，但是非接触式电压感测装置508、510和512的每个还可包括相应测量和通信电路，其配置成测量相应导体532、534和536的电压值。在一个实施例中，相应导体的电压值可基于第一阻抗的值、第二阻抗的值以及出现在第一阻抗元件两端的电压的值来测量。此外，参考表面通过参考标号530来表示。参考表面530对于不同非接触式电压感测装置508、510和512可以是相同或不同的。在一个实施例中，参考表面530可以是地。可以指出，在所示实施例中，导体532、534和536按照三角形布局设置成相互平行。此外，导体532、534和536设置在彼此相似的距离。此外，可以指出，在其他实施例中，导体可按照除了三角形布局之外的其他几何布局来设置。
在所示实施例中，虚线540表示非接触式电压感测装置508的天线502与非接触式电压感测装置508的相邻导体534之间的交叉耦合。此外，参考标号542表示因交叉耦合540引起的寄生阻抗(Z12)。类似地，虚线544表示非接触式电压感测装置508的天线502与非接触式电压感测装置508的相邻导体536之间的交叉耦合。此外，参考标号546表示因交叉耦合544引起的寄生阻抗(Z13)。
类似地，虚线548表示非接触式电压感测装置510的天线504与非接触式电压感测装置510的相邻导体532之间的交叉耦合。此外，参考标号550表示因交叉耦合548引起的寄生阻抗(Z21)。类似地，虚线552表示非接触式电压感测装置510的天线504与导体536之间的交叉耦合。此外，参考标号554表示因交叉耦合552引起的寄生阻抗(Z23)。
此外，虚线556表示非接触式电压感测装置512的天线506与非接触式电压感测装置512的相邻导体532之间的交叉耦合。此外，参考标号558表示因交叉耦合556引起的寄生阻抗(Z31)。类似地，虚线560表示非接触式电压感测装置512的天线506与导体534之间的交叉耦合。此外，参考标号562表示因交叉耦合560引起的寄生阻抗(Z32)。
在某些实施例中，导体532的电压可表示为VL1。类似地，导体534的电压可表示为VL2，以及导体536的电压可表示为VL3。此外，在非接触式电压感测装置508的第一阻抗元件514两端的电压是导体532的所感测电压值，并且可表示为VZ1。此外，在非接触式电压感测装置510的第一阻抗元件520两端的电压是导体534的所感测电压值，并且可表示为VZ2。类似地，在非接触式电压感测装置512的第一阻抗元件524两端的电压是导体536的所感测电压值，并且可表示为VZ3。
在某些实施例中，如果VLX是配电线X的电压，VZX是配电线X的电压的所测量或感测值，1、2和3表示三相，以及[M]是校准矩阵，则校正电力线电压(VLX)与所感测值(VZX)之间的关系可按照矩阵关系(VLX=[M] VZX或VLX=[L]-1 VZX)来表示。等式(2)示出三相电力线的矩阵关系(即，L VLX = VZX)。此外，校准矩阵[M]是矩阵[L]的逆。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
等式(2)
此外，如等式(3)所表示，校准矩阵[M]是矩阵[L]的逆。
Figure 834096DEST_PATH_IMAGE006
等式(3)
此外，可以指出，单独矩阵元素通过寄生阻抗以及给定非接触式电压感测装置的天线与(1) 相邻导体，和/或(2) 相邻导体的非接触式电压感测装置的导电屏蔽之间的交叉耦合现象来促成。如上文所述，由于交叉耦合，出现在非接触式电压感测装置508、510和512的第一阻抗元件514、520和524两端的电压受到相邻导体的电压影响。相应地，作为举例，出现在电压感测装置508的第一阻抗元件514两端的电压VZ1可通过等式(4)来表示，其是等式VZ1=L11 VL1+L12 VL2+L13 VL3的修改形式。
可以指出，项1/Z11主要表示第一阻抗的逆，并且与1/Z12、1/Z13或1/ZP1相比具有较大值。相应地，在一个实施例中，VL1、VL2和VL3的系数中的分母可近似为等于大约1/Z11。
此外，如非接触式电压感测装置508所感测的第一导体532的所感测电压值(VZ1)可由等式(4)表示。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
等式(4)
其中，VL1的系数可表示为L11，VL1的系数可表示为L12，以及VL1的系数可表示为L13。可以指出，系数L11的分母可由1/Z11来主导，因为Z11与Zp1、Z12和Z13相比是比较小的。
在等式(4)中，VL2和VL3的系数分别表示交叉耦合因子L12和L13。理论上，期望具有作为零的交叉耦合因子L12和L13。但是，由于交叉耦合现象，交叉耦合因子为非零。为了确定在非接触式电压感测装置508的第一阻抗元件514两端的电压VZ1，在已知设定中，电流可在导体中依次地提供。相应地，当确定第一阻抗元件514两端的电压VZ1时，相邻导体534和536中的电流可保持在大约零。相应地，等式(2)中的项VL2和VL3的值可保持在0。
此外，通常，Z12和Z13与Zp1相比是比较小的，相应地，分子通过因导体532、534和536引起的寄生阻抗来主导。因此，校准矩阵变成较少取决于参考表面、例如地，因为Zp1的份额在所感测电压值中不显著。因此，有利地，包括参考表面附近的导体的物体的是否存在不会干扰非接触式电压感测装置508、510和512的所感测值。
类似地，出现在非接触式电压感测装置510的第一阻抗元件520两端的所感测电压值VZ2以及出现在非接触式电压感测装置512的第一阻抗元件524两端的所感测电压值VZ3可使用与等式(4)相似的对应等式来确定。此外，可计算VZ2和VZ3的值，并且校准矩阵可如等式(2)和(3)所表示来确定。
在某些实施例中，校准矩阵[M]的项也可取决于非接触式电压感测装置508、510和512的天线和相邻导体532、534和/或536的相对空间位置和几何结构以及相邻导体的非接触式电压感测装置的导电屏蔽。作为举例，具有较大尺寸的天线可具有与相邻导体的较高交叉耦合。相应地，具有较大尺寸的天线可具有较低寄生阻抗。此外，由于矩阵项与非接触式电压感测装置和相邻导体的相对几何结构的相关性，如果在现场和实验室的几何结构和空间关系比较相似，则矩阵项的一个或多个在实验室以及在现场可以是相同的。相应地，当非接触式电压感测装置在现场使用时，校准矩阵可在实验室中事先测量。
在某些实施例中，校准矩阵可随时间而修改。作为举例，校准矩阵可在维护周期之后通过一旦再次在现场则执行测量导体电压的相似过程来修改。因此，非接触式电压感测装置可提供导体的电压连同其相位的准确和交叉耦合测量。
在一些实施例中，VL1、VL2和VL3的值可在已知设定、例如实验室的设定中测量，其中可采用VL1、VL2和VL3的已知值。此外，在一些实施例中，导体可在不同时间来依次供电，以推断校准矩阵中的各种交叉耦合因子的值。另外，在这些实施例的一部分中，当给定导体加电时，其他导体可保持在参考电位。此外，VL1、VL2和VL3的值可在实验室设定外部、在相位和幅度两个方面可靠地重构。
在某些实施例中，本说明书的校准方法可用于其他领域中、非限制性地例如电场的其他参数或者电场的其他效应、非限制性地例如压电元件中生成的机械应力。另外，相似方法可用于相对地所感测的所感测泄漏电流值。
图6是用于确定多个导体的一个或多个导体的单独电压值的示范方法的流程图600。在步骤602，该方法包括在操作上将一个或多个电压感测装置的至少一个电压感测装置耦合到多个导体的相应导体。在步骤604，该方法包括使用至少一个电压感测装置来确定所感测电压值，其中所感测电压值至少部分通过相应导体的电压值和多个导体中的其他导体的电压值来促成。此外，在步骤606，该方法包括确定表示至少一个电压感测装置的天线与其他导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子。在一个示例中，非接触式电压感测装置可在操作上耦合到实验室设定中的导体，以及校准矩阵、例如等式(2)中表示的校准矩阵可对实验室设定中的非接触式电压感测装置来确定。在一个示例中，可通过对导体依次加电，以确定来自各相邻传感器的交叉耦合对电压感测装置的影响，来提供校准矩阵。在一个实施例中，具有已知精度的单独电压感测装置可用来计算校准矩阵。在一个示例中，已知精度可高于非接触式电压感测装置的预期精度。
在一个实施例中，可在三个或更多不同的时间实例、在三个电力线上提供电压的3个或更多单独集合，以及相应矩阵[M]可使用等式(2)、(3)和(4)来计算。此外，在步骤608，该方法包括使用校准矩阵通过从所感测电压值中至少部分扣除交叉耦合的份额，来确定相应导体的电压值。
可选地，该方法还可包括对相应导体的所感测电压值进行时间同步。在一些实施例中，GPS信号可用于对于跨非接触式电压感测装置的所感测电压值进行时间同步。另外，在某些实施例中，校准矩阵可进一步细化以获得测量的增加精度。作为举例，用于校准矩阵的校正因子可使用校正值和第一校准之后所得到的所感测值来确定。
有利地，本说明书的系统和方法配置成提供相对更准确的电压值，由此在提供商端增强感测能力，以促进配电网的监测。
虽然本公开仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求书预计涵盖落入本公开的真实精神之内的所有这类修改和变更。

Claims (20)

1.一种校准方法，用于在多个导体存在的情况下增强一个或多个电压感测装置的测量精度，所述方法包括：
在操作上将所述一个或多个电压感测装置的至少一个电压感测装置耦合到所述多个导体的相应导体，
使用所述至少一个电压感测装置来确定所述相应导体的所感测电压值，
确定包含表示所述至少一个电压感测装置的天线与所述多个导体中的其他导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子的校准矩阵，其中所述至少一个电压感测装置包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述相应导体和所述天线；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件具有寄生阻抗，并且所述第二阻抗比所述第一阻抗的值大；以及
使用所述校准矩阵通过从所述相应导体的所述所感测电压值中至少部分扣除所述交叉耦合的份额，来确定所述相应导体的校正电压值。
2.如权利要求1所述的校准方法，其中，所述多个导体设置在所确定几何结构中。
3.如权利要求1所述的校准方法，其中，所述电压感测装置是非接触式电压感测装置，并且所述非接触式电压感测装置进一步包括：测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成确定所述相应导体的所述所感测电压值。
4.如权利要求3所述的校准方法，其中，所述非接触式电压感测装置还包括配置成在所述第一阻抗元件的一侧或多侧提供屏蔽的导电元件。
5.如权利要求3所述的校准方法，其中，所述多个导体中的所述其他导体在操作上耦合到相应非接触式电压感测装置。
6.如权利要求5所述的校准方法，其中，一个或多个相应非接触式电压感测装置包括导电屏蔽。
7.一种用于确定多相电力线的一个或多个电力线的单独电压值的方法，包括：
在操作上将相应非接触式电压感测装置耦合到所述多相电力线的一个或多个电力线，其中所述相应非接触式电压感测装置的每个包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述一个或多个电力线的相应电力线；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件具有寄生阻抗，并且所述第二阻抗比所述第一阻抗的值大；
测量和通信电路，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
使用所述相应非接触式电压感测装置来确定所述多相电力线的所述一个或多个电力线的所感测电压值；
确定包含交叉耦合因子的校准矩阵，其中所述交叉耦合因子表示所述相应非接触式电压感测装置与所述多相电力线的其他电力线之间的交叉耦合；以及
使用所述校准矩阵通过从所述所感测电压值中至少部分扣除所述交叉耦合的份额，来确定所述相应电力线的单独电压值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述单独电压值与三相电力线中的三个电力线的所感测电压值之间的关系表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，VL1、VL2和VL3是所述三个电力线的单独电压值，VZ1、VZ2和VZ3是所述三个电力线的所感测电压值，以及[L]是矩阵。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述校准矩阵表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，[M]是所述校准矩阵。
10.如权利要求8所述的方法，其中，多相电力线中的一个或多个电力线包括第一、第二、第三三相电力线，其中耦合到所述三相电力线中的第一三相电力线的非接触式电压感测装置的所感测的电压值VZ1定义为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中Z11是第一阻抗，Z12是所述天线与所述第二三相电力线之间的寄生阻抗，Z13是所述天线与所述第三三相电力线之间的寄生阻抗，以及Zp1是所述天线与参考表面之间的寄生电容。
11.如权利要求7所述的方法，还包括对所述电力线的所述相应非接触式电压感测装置的所感测电压值进行时间同步。
12.如权利要求7所述的方法，其中，所述多相电力线的各电力线在操作上耦合到相应非接触式电压感测装置。
13.如权利要求12所述的方法，其中，至少一个相应非接触式电压感测装置包括导电屏蔽。
14.如权利要求7所述的方法，还包括依次地向所述多相电力线提供电流，以推断所述校准矩阵。
15.如权利要求14所述的方法，还包括将所述多相电力线的其他电力线保持在参考电位，同时依次地向所述多相电力线提供电流，以推断所述校准矩阵。
16.一种监测系统，包括：
多个导体，
多个非接触式电压感测装置，其中所述多个非接触式电压感测装置的各非接触式电压感测装置耦合到所述多个导体的相应导体，所述多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式电压感测装置包括：
具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述相应导体；
天线，在操作上耦合到所述第一阻抗元件；
具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天线和寄生阻抗元件来形成，并且所述寄生阻抗元件具有寄生阻抗，并且所述第二阻抗比所述第一阻抗的值大；
测量和通信电路，耦合到所述第一阻抗元件，以测量所述相应导体的所述电压值；以及
监测单元，在操作上耦合到所述多个非接触式电压感测装置的一个或多个非接触式电压感测装置，并且配置成确定所述多个导体的所述相应导体的电压值。
17.如权利要求16所述的监测系统，其中，所述监测单元配置成：
确定包含表示一个或多个非接触式电压感测装置与所述多个导体中的相应一个或多个相邻导体之间的交叉耦合的交叉耦合因子的校准矩阵；以及
从所感测电压值中至少部分扣除所述交叉耦合的份额，以得到所述多个导体的导体的校正电压值。
18.如权利要求16所述的监测系统，其中，所述多个导体相互设置在所确定几何结构中。
19.如权利要求18所述的监测系统，其中，所述所确定几何结构包括所述多个导体的两个或更多导体之间的距离、所述多个导体的导体的相对取向、所述多个导体的导体的布局、所述多个导体的导体的截面或者其组合。
20.如权利要求16所述的监测系统，其中，所述多个导体包括三相电力线，并且所述三相电力线的各电力线包括相应非接触式电压感测装置。
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