CN109490604A - 电流测量 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电流测量。测量电路被布置成在不同时间或者在多相供电系统的各个相中由电流传感器测量的电流的不同频率分量进行多次测量。然后使用测量来校正传感器的传递函数的差异。

Description

电流测量
技术领域
本发明涉及电流测量设备，其配置成测量多相电源的导体中的电流，并涉及电流测量方法。本主题还涉及包括这种电流测量设备的多相电力供应装置。
背景技术
期望测量提供给负载的电流，例如用于计费目的或用于安全监控。各种电流测量装置包括电流分流器、电流互感器、Rogowski线圈、霍尔效应器件等。
电流分流器通过测量通过电流分流器的电流在电流分流器两端产生的电压来提供电流值的间接测量。在使用中，提供与负载串联的已知电阻的电流分流器，并且测量由负载汲取电流在电流分流器两端产生的电压。然后，考虑到测量的电压和分流器的已知电阻，基于欧姆定律确定通过电流分流器的电流。
因此，如果在分流器两端测量的电压是Vs并且分流器的传递函数是Fs，则可以从Is＝Vs*Fs计算电流Is。该概念可以扩展到包括作用于分流器两端产生的电压的信号处理链的传递特性。例如，来自分流器的电压信号可能在被数字化之前经受增益。需要考虑这些缩放因子。
发明内容
某些应用，例如电力消耗和发电的计量，需要在长时间内高精度地进行测量。例如，在北美，ANSI C12.20标准规定，对于.5消耗量表，精度为±0.5％，对于.2消耗量表，精度为±0.2％。适用于欧洲和其他地方的标准，如IEC 62053，规定了类似的精度要求。因此可以理解，必须高精度地知道电流分流器的电阻，以使仪表能够满足规定的精度要求。虽然分流电阻通常较低，以使功耗和不良电路效应最小化，但电流分流器仍然容易随温度漂移而发热，从而导致电阻变化，这可能导致在电阻的普通温度系数的分流中测量精度的损失。因此，鉴于其非常低的电阻温度系数，因此广泛使用由锰铜合金形成的分流电阻器。显而易见的是，准确的电流测量取决于在分流器上产生的电压的测量对于温度和寿命的准确和稳定。这是因为电压测量电路的传输增益的变化或电压测量电路中使用的参考的精度不足将导致误差。由于这些原因，当电流分流器和读出电子器件组合在一起时执行一次性工厂校准是正常的，因此与电流与测量值的实际组合传递函数相关的因子很大程度上由分流电阻器和电压测量，可以存储并用于后续测量，以达到所需的精度。
测量高电流值的另一种方法涉及使用缠绕在磁芯上的电流互感器，该磁芯设置在承载待测量电流的导体周围。电流互感器具有优于分流电阻器的优点，其具有较小的侵入性并且提供与载流导体的隔离。电流互感器只能测量交流电流。电流互感器在次级线圈中产生电流，该电流是初级导体中的电流的比率，然后次级线圈电流通过负载变为电压，称为负载电阻器。准确测量负载电阻两端的电压，并准确了解负载电阻两端的初级电流与电压的传递函数(即结合匝数，磁性和负载电阻的影响)，以准确和精确地测量电流。与电流分流器一样，通常执行一次性工厂校准以补偿一些或所有元件中的不准确性，这些元件有助于初级电流到测量值的整体传递函数。
另一种方法使用霍尔电流探头，它能够测量交流和直流。然而，在开环配置中，霍尔电流探头易于出现非线性和温度漂移。在闭环配置中，霍尔电流探头在非线性和温度漂移方面提供了改进，尽管在测量更高电流的情况下配置的重量和尺寸显着增加。Rogowski线圈电流探头可用于测量高电流。电流测量的方法，例如通过分流电阻器，电流互感器，Rogowski线圈和霍尔电流探头，在下面进行了描述和讨论：Current Sensing Techniques:A Review,Silvio Ziegler Robert C.Woodward and Herbert Ho-Ching Iu,IEEESensors Journal,Vol.9,No.4,April 2009。不同的方法各有优缺点。
负载电流测量通常与线电压测量结合进行，线电压测量涉及测量电流在其上传递的导体之间的电压，以便确定电功率。通常，导体之间的电阻分压器用于线电压测量。高精度功率计算需要精确且稳定的负载电流和线电压测量的相对相位和频率响应，以便精确地确定诸如功率因数，谐波含量以及有功功率和无功功率之间的差异等指标。
WO2013/038176描述了一种改进的电流测量方法。根据WO2013/038176的方法，如上所述，设置电流传感器，例如电流分流器，电流互感器，霍尔电流探头或罗果夫斯基线圈，与导体相关联以感测负载汲取电流流过导体。将具有足够高精度的参考信号施加到电流传感器，使得电流传感器响应于负载汲取电流信号和施加的参考信号。获取来自电流传感器的输出信号，并从输出信号中提取对应于参考信号的输出信号部分。然后，基于参考信号和对应于参考信号的输出信号的提取部分，确定电流传感器和电流传感器处理链的传递函数。此后，使用由电流传感器检测的传递函数和负载汲取电流确定流过导体的实际负载汲取电流。因此，负载汲取电流的测量精度取决于已知的参考信号具有相当高的精度，而不是电流传感器的性能，并且其处理链具有高精度。不依赖于电流传感器的已知精度意味着可以使用较低质量的传感器。此外，WO2013/038176的方法解决了由于老化和温度变化等引起的电流传感器及其处理链的漂移，并且还提供了附加功能，例如检测对电力消耗计的篡改。
WO2013/038176的方法依赖于从输出信号的其余部分适当地提取对应于参考信号的输出信号的一部分的能力，并且通常在参考信号的幅度比负载电流信号小得多的情况下。尽管WO2013/038176的装置被配置为改变参考信号的特性以改善对应于参考信号的输出信号的部分的适当提取，但在某些情况下参考信号和负载电流信号共享特性，对信号提取过程提出了障碍。WO2013/038176描述了一种解决该问题的方法，其涉及从输出信号中去除负载电流信号。更具体地，该方法包括对负载电流信号进行第二次测量，该负载电流信号缺少所施加的参考信号以提供第二输出信号并从第一输出信号中减去第二输出信号以留下对应于参考的第一输出信号的部分信号。WO2013/038176描述了如何通过同一导体中的两个电流传感器来实现这种方法，例如，带电导体，或带电导体中的一个电流传感器和中性导体中的另一个电流传感器，并且参考信号仅施加到两个电流传感器之一。
本发明人已经考虑将从负载电流信号中去除负载电流信号的方法扩展到多相配置，并且已经开始认识到这样做的容易性的障碍。考虑到WO2013/038176的配置，其包括在带电导体中的一个电流传感器和在中性导体中的另一个电流传感器，现在将描述表达WO2013/038176中描述的方法的替代方式。带电电传感器具有传递函数F1，中性电流传感器具有传递函数FN。当没有参考信号施加到任何电流传感器时，由带电电流传感器产生的测量M1与由第二电流传感器产生的测量MN的比率等于F1和FN的比率，假设带电电流返回到中性点上导体。因此，可以基于由两个电流传感器进行的测量来确定传递函数的比率K。因此，比率K基于独立的等式确定，即F1*M1+FN*MN＝0，其中K＝F1/FN＝-MN/M1。在确定了传递函数的比率之后，将参考信号施加到两个电流传感器之一，例如，两个电流传感器。带电导体中的电流传感器。测量来自两个电流传感器的输出信号。施加参考信号的电流传感器的传递函数，例如，电流传感器的传递函数。然后可以将F1确定为两个输出信号的函数，即较早确定的传递函数的比率K和单独的参考信号。因此，该过程涉及从确定施加参考信号的电流传感器的传递函数中去除负载电流信号。稍后将给出该过程的工作示例(关于等式1至14)以帮助读者。
本发明人已经认识到，上述用于单相电力供应的方法不会扩展到用于多相电源而不进行细微的修改。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于多相电源的电流测量设备，其包括至少两个电流测量换能器。电流的测量装置包括用于确定多相供应的不同阶段中的换能器的传递函数的比率的装置。用于确定比率的装置可以包括数据处理器，其被布置成通过比较多个电流测量值并通过应用电流的基尔霍夫斯定律来确定传递函数的比率来确定至少两个电流测量换能器的传递函数的比率。
值得列出多相系统中出现的问题，这些问题不会出现在单相系统中。
根据基尔霍夫的电流定律，在理想的多相配置中(没有接地故障)，活相和中性线中的电流总和为零。例如，在三相加中性配置中，第一至第三相和中性线中的电流之和为零。在实践中，由于在实时相位和中性点上的传递函数之间经常存在差异，所以实时相位和中性点中的电流的测量值的总和可以是非零的，并且看起来是不平衡的。为了将单相方法应用于多相配置，需要通过例如确定不同相的传递函数如何对不平衡做出贡献来表征不平衡。这意味着需要确定活相和中性相的所有不同对组合之间的传递函数的比率。
本发明人已经意识到，即使以这种方式扩展上述单相方法，该方法也只提供独立的方程，即(F1*M1)+(F2*M2)+(F3*M3)+(FN*MN)＝0。在上面简要讨论的单相示例中(以及稍后关于等式1至14更详细地说)，我们需要比较两个电流传感器的传递函数的相对响应，并且这表示为传递函数比率K。扩展该原理，在多相系统中，需要比较多个电流传感器的相对响应，并且这可以表示为多个传递函数比。然而，可以看出，如上所述，仅创建单个独立方程不足以允许正确地识别多个传递函数比。需要更独立的方程来提供各种传递函数比。所需的独立方程的数量取决于多相配置的形式。例如，需要两个独立的方程式，其中将单相方法应用于没有中性或三相布置的三相布置，即两个活相和中性。根据该示例并且存在第一相和第二相以及中性点，需要第一比率K1和第二比率K2，其中K1是第一阶段中电流传感器的传递函数F1的比率。中性电流传感器的传递函数FN和K2是第二相中的电流传感器的传递函数F2与中性电流传感器的传递函数FN的比值。作为另一个例子，需要三个独立的方程式，其中一个方法将单相方法延伸到具有中性的三相布置。根据该示例，需要第一至第三比率K1至K3，其中K1至K3中的每一个是第一至第三相中的电流传感器中的不同的一个与中性电流传感器的传递函数FN的比率。
鉴于上述问题设计了本主题。因此，本发明的一个目的是提供一种电流测量设备，其被配置为测量多相电源的导体中的电流，其中电流测量的总和(与没有接地故障条件下的实际电流不同)。在多相电源的导体中，除了基本上为零之外，这种测量值与非零值的总和是由测量装置上的测量装置的传递函数之间的差异引起的。
电流测量设备被配置为估计传递函数之间的不匹配量并补偿失配。另一个目的是避免在每个供电阶段必须使用两个测量变换器，但是如果我们希望允许在相之间进行检查以改善信号提取或希望为系统增加冗余，则不排除这种选择。
优选的，电流测量设备包括：
测量装置，被配置为相对于从多相电源汲取电流信号的至少一个负载设置，该测量装置在如此设置时可操作以测量在至少三个导体中的每一个中的负载汲取电流信号，多相电源并提供各自的输出信号；
信号源，用于将参考输入信号施加到测量装置，由此关于导体测量的输出信号包括对应于导体中的负载汲取电流信号的负载输出信号和对应于参考输入信号的参考输出信号；和
处理设备，用于确定至少第一和第二传递函数比，第一传递函数比是关于第一对导体确定的，第二传递函数比是关于第二对导体确定的，基于关于至少三个导体测量的每个输出信号的至少一部分确定最小第一和第二传递函数比，每个传递函数比与至少一个其他传递函数比不同地确定。在以下之一的实部和虚部或幅度和相位：a)至少一个频带和b)输出信号的至少时间窗。
优选地，处理设备还可操作以关于以下中的至少一个进行确定：测量的负载汲取电流信号；所述至少一个负载消耗的电功率，所述确定取决于所述至少第一和第二传递函数比，所述参考输入信号和关于所述导体测量的至少一部分输出信号并且包括参考输出信号。
参考信号最好是已知的时变电流。
通过估计传输比，可以更精确地估计施加参考输入信号的信道中的负载电流。然后可以从该信道的输出信号中提取/减去负载电流的估计值以留下参考输出信号。可以认为参考输出信号受到由负载电流引起的降低的干扰。由于较少的干扰与参考输出信号相关联，因此可以更加确定地估计测量装置的传递函数。
在使用中，测量装置可操作地测量多相电源的至少三个导体中的每一个中的负载汲取电流信号，并提供相应的输出信号。电流测量设备的信号源被布置成将参考输入信号施加到测量装置，由此对应于参考输入信号，关于导体测量的输出信号包括对应于导体中的负载汲取电流信号的负载输出信号和参考输出信号。
电流测量设备的处理设备用于确定至少第一和第二传递函数比。第一传递函数比是关于第一对导体确定的，第二传递函数比是关于第二对导体确定的。根据关于至少三个导体测量的每个输出信号的至少一部分来确定至少第一和第二传递函数比。优选地，至少一个输出信号缺少参考输出信号。
测量设备可以被配置和操作，使得使用针对包括在多相电源中的所有导体进行的测量来确定传递函数比。例如，在多相电力供应是包括第一和第二带电相和中性线的分相供电的情况下，可以关于第一带电导体和中性线确定第一传递函数比，并且可以关于第二带电导体和中性线确定第二传递函数比。或者，可以关于第一带电导体和中性线确定第一传递函数比，并且可以关于第一带电导体和第二带电导体确定第二传递函数比。不管确定哪个传递函数比，可以根据对所有三个导体进行的测量，即关于第一和第二带电导体和中性导体的测量，确定比率(作为函数)。
作为另一示例并且其中多相电力供应是包括第一至第三带电相和中性线的三相电源，可以关于第一带电导体和中性线确定第一传递函数比，第二传递函数可以关于第二带电导体和中性线确定比率，并且可以关于第三带电导体和中性线或者关于第一带电导体和第三带电导体确定第三传递函数比。
在另一个实施例中，其中多相电源是包括第一至第三活相和中性的三相电源，可以假设其中一个导体中的电流具有特定值，由此可以确定传递函数比。仅对四个导体中的三个进行测量的基础。例如，可以假设中性导体具有零值。本实施例可以是合适的，例如，对于中性没有电流测量。
处理设备可用于根据线性函数的应用确定传递函数比，例如快速傅里叶变换(FFT)或积分，如下面更详细描述的。由于在多相布置中存在多于一个电流路径，因此可能不太希望应用非线性函数，例如均方根(RMS)。
有利地，处理设备还可操作使得每个传递函数比与至少一个频带和/或至少一个时间窗中的实部和虚部中的至少一个的至少一个其他传递函数比不同地确定输出信号。可以通过参考信号幅度和相位来检查实部和虚部。因此，处理设备可以基于至少两个独立的等式(通过关于输出信号的至少一个频带和时间窗口中的实部和虚部中的至少一个的不同确定而获得)来操作，以提供至少两个相应的传递函数比。在多相电源包括三个导体(例如两个带电导体和中性导体或三个带电导体)的情况下，处理设备可操作以提供两个传递函数比，并且其中多相电源包括四个导体，例如三个，如果带电导体和中性线，处理设备可以操作以提供三个传递函数比。
优选地，处理设备还可操作以关于以下中的至少一个进行确定：a)测量的负载汲取电流信号；b)至少一个负载消耗的电能。根据至少第一和第二传递函数比，参考输入信号和关于缺少参考输出信号的导体测量的输出信号的至少一部分来进行确定。关于对所测量的负载汲取电流信号和由至少一个负载消耗的电功率中的至少一个进行确定，处理设备可用于确定一个或多个条件，例如功耗，如下面和WO2013/038176中进一步描述的，故障状况或检测电力消耗计的篡改。可以定期进行确定。
如上所述，每个传递函数比是根据关于导体测量的输出信号的至少一部分确定的，并且每个输出信号都缺少参考输出信号。
根据第一种方法，当确定传递函数比时，没有参考输入信号可以施加到导体，由此关于导体测量的输出信号缺少参考输出信号。
根据第二种方法，参考输入信号被施加到导体，并且处理设备可以在关于缺少参考输出信号的导体测量的每个输出信号的一部分上操作。信号源可用于将具有不同特性的参考输入信号施加到负载汲取电流信号，由此一部分输出信号缺少参考输出信号。例如，参考输入信号可以具有与负载汲取电流信号不同的频率分布，由此处理设备的频率分析提供从剩余输出信号中提取缺少参考输出信号的部分。
根据第三种可选方法，电流测量设备可用于至少减少，如果不从输出信号中移除参考输出信号。更具体地，电流测量设备可以包括滤波器，该滤波器可操作以减少如果不从输出信号中移除参考输出信号。可替代地或另外地，电流测量设备可以操作以应用参考去除传递函数以减少如果不从输出信号中移除参考输出信号。可以根据参考输入信号的特性的知识来确定参考去除传递函数的特性。例如，可以估计参考输入信号对测量的输出信号的贡献。然后，处理设备可以操作以根据估计的贡献从测量的输出信号中去除参考输出信号。然而，如果参考信号明显小于负载信号或者是双极性(即，它改变方向使得其对测量电流的长期平均贡献为零)，则可能不需要去除参考信号的贡献。通常，如果电流测量用作能量测量系统的一部分，其中使用(或生成)的功率计算为I和V的乘积以及I和V之间的任何相角，那么参考信号可以被忽略，如果它与I或V不相关，因为随着时间的推移，其净能量贡献为零。然而，如果需要更复杂的计算，则参考信号可能影响那些计算，并且处理设备移除参考信号可能是有利的。
根据第四种方法，电流测量设备可以在时域的基础上操作，以根据缺少参考输出信号的输出信号的一部分来确定传递函数比。例如，在将参考输入信号作为方波施加的情况下，处理设备可以操作以应用窗口来选择缺少参考输出信号的输出信号的一部分。
电流测量设备可用于应用第一至第四种方法中的一种或多种。
如上所述，在信号输出的至少一个频带和/或时间窗口中，关于实部，虚部或虚部和虚部的至少一个其他传递函数比，确定每个传递函数比。当考虑输出信号的至少一部分将用于频域中的传递函数比确定时，输出信号可包括多个独立数据。这种多个独立数据可用于提供多个独立方程。进一步考虑时域，根据基尔霍夫电流定律，从测量来自至少三个导体的输出信号得到的负载汲取电流信号的分量可以在频带内求和为零。更具体地，当没有其他电流路径(例如由于接地故障引起的泄漏路径)时，在频带内导出的负载汲取电流信号的分量的实部和虚部中的每一个应该总和为零。因此，分别处理导出的负载汲取电流信号的分量的实部和虚部可以提供两个独立的方程。例如，在多相电源具有三个导体的情况下，可以根据在频带内导出的负载汲取电流信号的实部和虚部来确定第一和第二传递函数比。因此，处理设备可用于确定导出的负载汲取电流信号的至少一部分的实部和虚部。更具体地，处理设备可用于执行功能以对导出的负载汲取电流信号执行频谱分析，例如快速傅里叶变换(FFT)，以提供实部和虚部。例如，FFT可以用于提供0到100Hz之间的10个箱，每个箱的宽度为10Hz。然后可以使用50Hz箱的内容的实部和虚部来提供两个独立的等式。频率仓的数量，它们的宽度和跨越的频率范围仅作为非限制性示例给出。
替代地或另外地，可以从导出的负载汲取电流信号的多个频带中获得多个独立数据。更具体地，可以从第一频带获得第一独立数据，并且可以从第二频带获得第二独立数据。根据上面提供的示例，其中应用FFT以提供0到100Hz之间的十个区间，50Hz区间和70Hz区间的内容的实部可以用于提供两个独立的方程。考虑具有三个导体的多相电源的示例，可以通过参考第一和第二频带中的输出信号数据来确定第一和第二传递函数比。作为另一示例并且其中多相电力供应具有四个导体，可以根据包括在第一至第三频带中的信号数据来确定第一至第三传递函数比。或者，可以组合使用多个频带和实部和虚部，从而在四导体多相电源中，可以根据第一频带内的信号的实部和虚部确定第一和第二传递函数比。可以根据包括在第二频带中的信号数据来确定第三传递函数比。使用非谐波性质的音调可以反映不相关的数据。根据第一种方法，处理设备因此可以对包括非谐波性质的音调的数据进行操作。处理设备可用于确定数据是否充分不相关。更具体地，处理设备可以用于确定关于导体测量的数据的值的比率，例如实际值的比率，并确定所确定的比率之间的变化。另外，处理设备可用于将所确定的比率与阈值之间的变化进行比较，并且如果变化超过阈值，则得出结论数据是充分不相关的。根据第二种方法，处理设备可以在谐波性质的音调上操作。更具体地，处理设备可用于根据对负载汲取电流信号的关键频率分量的了解，选择性地使用包括独立数据的音调。例如，奇次谐波可能由与偶次谐波不同的负载情况引起，并且可以知道或可确定奇次谐波比偶次谐波更容易包含独立数据。因此，在50Hz是基频的情况下，处理设备可以在第三和第五谐波上工作，即150Hz和250Hz。或者，处理设备可用于处理奇数和偶数谐波的组合，例如，150Hz和200Hz，其中电源的基频为50Hz。
替代地或另外地，可以从输出信号的多个不同时间窗口获得多个独立数据。不同负载，例如关于负载切换或非线性，可以在不同时间出现。因此，可以在不同的时间窗口分析输出信号以提供独立的方程。根据一种方法，窗口可以跨越负载汲取电流信号的多个周期。负载情况可以在相对长期的基础上改变，并且使得负载汲取电流信号的一个周期到另一个周期的变化是明显的。例如，设备可以打开或关闭，从而可以提供在切换之前和之后测量的数据形式的独立数据。根据另一种方法，窗口可以在负载汲取电流信号的周期内。负载情况可以在相对短期的基础上改变，并且使得在负载汲取电流信号的一个周期内变化是明显的。例如，半波整流器可操作以接近正峰值或负峰值，全波整流器可在正峰值和负峰值附近开启，基于晶闸管的调光器在周期中的任何点开启但始终转动在零交叉点附近断开，线性负载吸收与线路负载成比例的电流。了解负载情况或确定负载情况，例如，通过分析负载汲取电流信号，可以确定窗口长度相对于负载汲取电流信号的周期和相对相位的相关性。窗口和负载绘制的电流信号。根据又一种方法，每个窗口的长度可以使得其跨越负载汲取电流信号的样本。对于多相布置的每个相，电压和电流可以在不同方向上从一个样本改变到下一个样本。因此，由于每个负载中的电流以不同的比例变化，因此负载与传递函数的比率可以随样本而变化。
可以在持续的基础上确定至少一个传递函数比，例如通过形成移动平均值或使用来自移动时间窗口的值。因此，可不需要更新用于确定传递函数比的所有值，而仅更新当前测量所提供的那些值。在传递函数比确定基于未根据测量值更新的值的情况下，这些值可以是先前测量值或估计值。此外，可以在持续的基础上关于测量的负载汲取电流信号和消耗的电功率中的至少一个进行确定。该确定可以例如包括确定至少一个传递函数。
处理设备还可操作以确定关于至少一个导体的传递函数和传递函数的变化中的至少一个。处理设备可用于通过分析测量的参考输出信号来确定多个电流传感器中的至少一个的传递函数。如前所述，可以根据施加到电流传感器的参考输入信号和与电流传感器测量的输出信号中包括的参考输出信号相对应的数据来确定传递函数。对应于参考输出信号的数据可以根据至少第一和第二传递函数比以及关于包括参考输出信号的导体测量的输出信号的至少一部分来确定。根据至少第一和第二传递函数比和测量的输出信号确定相应的数据可以包括在施加参考输入信号时从关于导体测量的输出信号中减去负载输出信号。在处理设备可操作以确定传递函数的变化的情况下，处理设备可进一步操作以检测是否存在篡改事件或存在故障。在WO2013/038176中进一步描述了篡改和故障检测。
在确定了传递函数比之后，处理设备可以根据传递函数比进行操作，以从关于导体测量的输出信号的至少一部分中减去负载输出信号，并且该输出信号包括参考输出信号以离开参考输出信号。根据传递函数比减去负载输出信号可以使负载输出信号被减去到比未应用本公开的教导的情况更合适的程度。然后，处理设备可操作以关于以下中的至少一个进行确定：测量的负载汲取电流信号；所述至少一个负载消耗的电能。因此，例如，可以进行改进的确定，其中负载输出信号具有比参考输出信号大得多的幅度，否则可能难以进行取决于参考输出信号的确定。
本发明人已经意识到，传递函数的比率的变化可以指示篡改或故障事件，因此可能不必确定传递函数的变化。根据另一种方法，处理设备因此可以操作以检测传递函数比随时间的变化并且根据传递函数比的变化做出关于篡改或故障事件的确定。更具体地，可以将传递函数比的变化与指定值进行比较，并且如果变化大于指定值，则可以指示篡改或故障事件。
电流测量设备可以被配置为施加多个参考输入信号，每个参考输入信号关于不同的导体被施加到测量装置。多个参考输入信号可以具有基本相同的特性，并且可以在不同的时间应用于测量装置。或者，多个参考输入信号可以具有不同的特性，并且可以同时或在不同的时间应用于测量装置，或者一些信号可以被布置为在时域中(全部或部分地)重叠而其他信号不重叠。
本发明人已经意识到，可以不必将多于一个参考输入信号应用于测量装置，以使得能够关于所测量的负载汲取电流信号和由所述至少一个消耗的电功率中的至少一个进行确定加载。因此，当参考输入信号被施加到第一导体时，处理设备可操作以根据传递函数比和关于导体的测量来确定关于第一导体的传递函数。此外，处理设备可用于根据为第一个导体确定的传递函数和传递函数比确定关于每个其他导体的传递函数，并且不向其他导体的任一个施加参考输入信号。
电流测量设备还可包括至少一个滤波器，该滤波器用于提供以下至少一个的滤波：用于确定传递函数比的测量值；传递函数比；以及根据传递函数比进行的诸如传递函数的确定。至少一个滤波器可以构成为数字滤波器，因此可以包括在处理设备中。滤波器可以被配置为执行开环滤波和闭环滤波中的至少一个。开环滤波器可能涉及单次通过而没有反馈，例如滚动平均值或窗口平均值。闭环滤波器可以被配置为将来自滤波器的输出的数据反馈到滤波器的输入，由此闭环滤波器可操作以跟踪或跟随变化。闭环滤波器可以是例如最佳拟合滤波器。在采用最佳拟合方法的情况下，初始值可以是基于较早测量和估计的至少一个确定的。可以根据测量并根据给定的方法(例如爬山方法或应用最小均方滤波器)来确定后续值。可以关于它们的误差测试后续值，例如如下所述，并且根据其确定的其他值例如减少误差。
处理设备可用于确定关于确定传递函数比的置信度。更具体地，处理设备可用于根据根据传递函数比确定的至少一个误差确定置信度。可以根据关于所有导体测量的电流之和来确定误差。在理想的布置中，所有导体中测量的电流之和为零。在关于所有导体测量的电流之和是除零之外的值的情况下，该值的大小可以反映误差的程度。处理设备可以操作以根据关于是否使用根据本主题的方法的错误做出决定。更具体地，在确定的误差大于指定值的情况下，处理设备可以操作以使用根据本主题的方法。替代地并且在确定的误差大于指定值的情况下，处理设备可以操作以使用替代方法来进行确定，例如WO2013/038176中描述的其他方法之一。
测量装置可包括多个电流传感器，每个电流传感器相对于不同的导体设置，从而测量导体中的负载汲取电流。电流传感器可以是分流电阻器，电流互感器，霍尔电流探头或Rogowski线圈，如电流探头。测量装置可包括多个相同类型的电流传感器，例如，分流电阻器，或多个不同类型的电流传感器，例如，多个带电导体中的每一个中的分流电阻器和围绕中性导体设置的电流互感器。
在负载汲取电流信号是交流电的情况下，交流电的基频可以小于500Hz，例如对于家用电源基本上为60Hz或基本上为50Hz的频率，或对于船只或飞机份主电源而言基本上为400Hz的频率。替代地或另外地，参考输入信号的频率可以小于250kHz，100kHz，50kHz，20kHz，10kHz，5kHz，2.5kHz或1.25kHz，625Hz，320Hz，160Hz，80Hz。或小于负载汲取电流的基波。
参考输入信号的幅度可以远小于负载汲取电流的幅度。负载汲取电流信号可以是至少0.1安培峰值或RMS。更具体地，负载汲取电流信号可以是至少1安培峰值或RMS、5安培峰值或RMS、10安培峰值或RMS、20安培峰值或RMS、40安培峰值或RMS、80安培峰值或RMS、100安培峰值或RMS、200安培峰值或RMS或320安培峰值或RMS。相反，参考输入信号可以在100μA和500mA之间。这些值仅供参考。
在本公开的实施例中，提供了一种电流测量设备，包括：
测量布置，被配置为相对于从多相电源汲取电流信号的至少一个负载设置，该测量装置在如此设置时可操作以测量在至少三个导体中的每一个中的负载汲取电流信号。多相电源并提供相应的输出信号；
信号源，用于将参考输入信号施加到测量装置，由此关于导体测量的输出信号包括对应于导体中的负载汲取电流信号的负载输出信号和对应于参考输入信号的参考输出信号；和
处理设备，用于确定至少第一和第二传递函数比，第一传递函数比是关于第一对导体确定的，第二传递函数比是关于第二对导体确定的，at根据关于至少三个导体测量的每个输出信号的至少一部分并且缺少参考输出信号来确定最小的第一和第二传递函数比，每个传递函数比的确定与至少不同。关于实部和虚部或者幅度和相位的另一个传递函数比在以下之一：a)至少一个频带和b)输出信号的至少时间窗；
处理设备还可操作以对以下中的至少一个进行确定：测量的负载汲取电流信号；所述至少一个负载消耗的电功率，所述确定取决于所述至少第一和第二传递函数比，所述参考输入信号和关于所述导体测量的至少一部分输出信号并且包括参考输出信号。
根据本公开的第二方面，提供了一种多相电力供应装置，包括：至少一个负载；至少三个导体，电流信号由至少一个负载吸取；根据本发明的第一方面的电流测量设备。
多相市电电源可以是分相供电或不带中性的三相供电。因此，多相电力供应装置可以包括三个导体，例如两个带电导体和中性导体或三个带电导体。电流测量设备可以配置成进行相应数量的测量。或者，多相市电电源可以是具有中性的三相电源。因此，多相供电装置可以包括四个导体，例如三个带电导体和中性导体。电流测量设备可以配置成进行相应数量的测量。或者，可以假设中性导体中的电流小并且可以省略中性线中的电流传感器或者可以使用假设的传递函数。这导致估计传递函数的精度降低，但这可能是简化信号处理和计算负担的可接受的权衡，同时还可能减少组件数量。本公开的第二方面的进一步实施例可以包括本公开的第一方面的一个或多个特征。
本发明的另一个目的是提供一种电流测量方法，其提供多相电源的导体中的电流的测量。其中，电流测量部件的传递函数的差异导致电流的测量的总和。在多相电源的导体中，除了基本上为零之外。
根据本发明的第三方面，提供一种电流测量方法，包括：
通过测量装置测量在多相电源的至少三个导体中的每一个中的负载汲取电流信号，以提供相应的输出信号；
将参考输入信号施加到测量装置，由此关于导体测量的输出信号包括对应于导体中的负载汲取电流信号的负载输出信号和对应于参考输入信号的参考输出信号；
确定至少第一和第二传递函数比，第一传递函数比是关于第一对导体确定的，第二传递函数比是关于第二对导体确定的，所述至少第一和第二传递函数根据关于至少三个导体测量的每个输出信号的至少一部分并且缺少参考输出信号来确定比率，每个传递函数比与至少一个其他传递函数比不同地确定在输出信号的至少一个频带和时间窗口中的实部和虚部中的至少一个；和
做出关于以下至少一个的确定：测量的负载汲取电流信号；所述至少一个负载消耗的电功率，所述确定取决于所述至少第一和第二传递函数比，所述参考输入信号和关于所述导体测量的至少一部分输出信号并且包括参考输出信号。
本公开的第三方面的实施例可以包括本公开的第一方面的一个或多个特征。
附图说明
本发明主题的其他特征和优点将从以下具体描述中变得显而易见，所述具体描述仅作为示例并参考附图给出，其中：
图1显示了带中性线的三相星形配置；
图2显示了三相三角形配置；
图3显示了三相配置的带电和中性线电流波形；
图4显示了三相配置中测量的实时和中性波形的总和，其中电流测量通道中的传递函数没有精确匹配；
图5示出了具有中性的三相星形配置，其具有电流测量装置的四个电流传感器；
图6示出了幅度与频率的关系图中的代表性区间；
图7是电流矢量的极坐标图；
图8示出了图5的布置，同时将已知的测量电流施加到第一电流传感器；
图9显示了用于确定传递函数比的方程式；
图10是根据本主题的电流测量设备的实施例的框图表示。
图11表示根据最佳拟合方法在本主题中过滤所涉及的步骤；
图12表示根据误差最小化方法提供传递函数比的最佳确定；
图13再现了WO2013/038176的图表；
图14说明了如何使用来自时域的数据来生成多个独立的方程。
具体实施方式
通常，希望知道流过导线的电流。在WO2013/038176中描述了可以做到这一点的装置。图13再现了WO2013/038176的图17b的一部分，为了提供有用的教程，将对其进行讨论。在WO2013/038176中描述的本发明的布置中，信号源418产生已知的所需精度的参考电流r(t)。信号源418连接到第一电流传感器的两端，在该示例中，是电源406和负载708之间的电源线404中的电流分流器402。返回线由导体412提供。
如果线404中的时间t处的负载电流是I(t)，则通过电流分流器402的电流I402(t)是
I402(t)＝I(t)+r(t) 等式1
分流器具有电阻R402，并且在分流器402两端产生电压V402。该电压由信号处理和转换块420测量。
第二电流传感器2102(在该示例中是电流互感器)通过在导体412中与第一电流分流器402串联设置。在第二电流传感器中流动的电流I2102是I(t)，因为它是负载电流。这导致在第二电流传感器的负载电阻器2014上产生电压V2102。
可以看出，应该可以取电压V2102并对其进行缩放和反转，使得它匹配并消除电流分流器402两端的电压分量，该电压分量仅由负载电流I(t)引起。
如果成功完成，那么我们可以仅仅根据参考电流r(t)提取在电流分流器402上产生的电压分量。
假定r(t)是已知的，这允许以改进的精度估计电流分流器402和信号处理和转换块的传递函数。在框422中提取传递函数，并且在框2010中执行进一步处理。
如果我们采用一种惯例，那么当前流向负载的电流是正的
I1+In＝0 等式2
其中I1是导体404中的电流
In是导体412中的电流
信号处理块420和2004可以被视为分别输出数字代码C1和Cn。
我们可以写
I1＝F1C1 等式3
In＝FnCn 等式4
从这里我们可以推导出传递函数的比率
F1C1+FnCn＝0 等式5
知道比率K我们现在可以使用它来缩放Cn以从C1中减去它以留下参考电流的贡献。
我们知道(来自图13)
I1+Ir＝F1C1 等式7
以及
I1＝-In＝-FnCn 等式8
根据等式8，根据传递函数比K重写Fn是有用的。
从等式6中，我们可以将两边乘以Fn然后除以K
代入等式8
然后我们可以将这个表达式替换为I1回到等式7中
除以C1
在等式的一侧收集F1中的项
或者
因此，从不存在参考信号时获得码率，并且知道参考信号Ir的大小，可以确定F1的值。
可以看出，上述技术减小了负载电流对参考信号的提取的干扰，并且传递函数的计算在单相上使用两个传感器。
因此，将其扩展到具有三个或四个导体的多相系统可能需要六个或八个电流传感器和相关的信号处理电子器件。这会产生成本，从而对客户对这些产品的吸收产生不利影响。发明人希望将WO2013/038176中所需的技术扩展到多相系统，但不需要承诺大量的电流传感器。
具有中性的三相星形配置(通常标记为10)在图1中示出。配置10包括在第一带电相L1中的第一负载12，其承载电流I1、在第二带电相L2中的第一负载14，其承载电流I2、在第三带电相L3中的第三负载16，其承载电流I3。中性相带有电流In。根据Kirchhoff电流定律，节点17处的电流之和为零，使得I1+I2+I3+In＝0.。因此基尔霍夫电流定律也适用于没有中性的三相星形配置，使得I1+I2+I3+In＝0.。
在图2中示出了通常标记为20的三相三角形配置。配置20包括具有电流I1的第一带电相L1、带有电流I2的第二带电相L2和带有电流I3的第三带电相L3。它还包括第一和第三带电相之间的负载22、第一和第二带电相之间的负载24和第二和第三带电相之间的负载26。基尔霍夫电流定律适用于此，使得I1+I2+I3+In＝0.。
三相配置中的带电和中性电流波形如图3所示。从图3中可以看出，带电和中性电流波形的相位和相对大小使得它们的总和为零(假设没有接地故障)。然而，在实践中，换能器的传递函数与相位和中性点上的相关测量电路之间总是存在差异，由此实时相和中性线中的电流的测量值的总和不为零，因此看起来是不平衡的，即使电流实际上是平衡的。这种不平衡反映在图4所示的具有正弦波分量的波形40的总和中。
如上所述，基于以下认识设计本公开：在三相配置中适当减去负载输出信号以留下参考输出信号需要确定所有相的传递函数的比率以及提供基于相对于相的电流测量的足够数量的独立方程。下面参考图5和6进一步考虑这些实现。
图5中示出了具有中性的三相星形配置，其具有电流测量装置50的四个电流传感器。图5中的负载LOAD1、LOAD2和LOAD3由与图1中相同的附图标记表示。设置第一电流传感器52以测量在第一活相L1中流动的负载汲取电流I1。第一电流传感器52可以包括电流分流器、用于放大分流器两端产生的电压的放大器、滤波器、可能是偏移发生器，以将分流器两端产生的电压的共模值移动到与输入信号更容易使用的放大器的电源轨相比的范围，以及模数转换器。
总的来说，电流传感器52用于监视电流I1并输出数字代码C1。但是，由于我们想知道如何处理数字代码以获取当前数据，我们可以通过以下方式表示从代码到当前的转换：
I1＝F1×C1 等式15
这与等式3相同。
设置第二电流传感器54，以便测量在第二带电相L2中流动的负载汲取电流I2。第二电流传感器54具有传递函数F2，并且可操作以提供与第二实况阶段中的负载汲取电流信号对应的第二输出信号C2。设置第三电流传感器56，以便测量在第三带电相L3中流动的负载汲取电流I3。第三电流传感器56具有传递函数F3并且可操作以提供与第三实况阶段中的负载汲取电流信号对应的第三输出信号C3。设置第四电流传感器58，以便测量在中性相中流动的负载汲取电流In。第四电流传感器58具有传递函数Fn，并且用于提供与中性相位中的负载汲取电流信号对应的第四输出信号Cn。
因此我们也可以写
I2＝F2xC2
I3＝F3xC3
In＝FnxCn 等式16
本发明人已经认识到，基于第一至第四负载汲取电流I1、I2、I3和In的Kirchhoff电流定律的应用仅提供了一个独立的方程，该方程不足以确定不同导体对之间的传递函数的比率。如上所述，在三导体配置中需要两个独立的等式，例如分相配置、三相三角配置或没有中性的三相星配置。此外，在四导体配置中需要三个独立的等式，例如具有中性的三相星形配置。
现在将描述一种或多种方法提供多个独立方程。应注意，基于缺少参考输出信号的测量数据提供多个独立方程。下面描述提供缺少参考输出信号的测量数据。
根据一种方法，利用电流传感器在频域中进行的测量的处理提供了独立测量数据的增加，从而提供了多个独立的方程。根据这种方法，快速傅里叶变换(FFT)应用于信号C1、C2、C3和Cn，它们代表第一至第四负载汲取电流I1、I2、I3和In，以及传递函数F1、F2、F3和Fn。FFT被安排成将信号的分量映射到离散的频率范围，称为“频段”。在该示例中，FFT形成0到100Hz之间的十个频段，每个频段为10Hz宽。图6示出了幅度相对于任意频率的曲线图中的代表性区间。本发明人已经意识到，基尔霍夫电流定律适用于测量数据的每个实部和虚部，使得实部的和为零，并且虚部的和为零。
图7是表示实部的矢量图，即I1a、I2a、I3a和Ina，其中I1a表示在第一个实时阶段测量的电流的图6中识别的频率段(a)中的实部数据，其中I2a表示在第一至第四负载汲取电流I1、I2、I3和In的第二有效相位中测量的电流的频率段(a)中的实部数据。为了符合基尔霍夫电流定律，矢量图70必须是闭合路径，其是在原点处开始和结束的路径。从而
Real(11a+12a+I3a+Ina)＝0
以及
Reactive(I1a+I2a+I3a+Ina)＝0 等式17
这适用于其他频段。因此，例如30Hz频段、50Hz频段和70Hz频段的内容的实部可用于提供三个独立的等式。或者，特定频段中的实部和虚部可用于提供两个独立的方程。作为另一替代方案，多个频段中的实部和虚部可用于例如通过使用30Hz频段中的实部和虚部以及50Hz频段中的实部来提供三个独立的等式。
根据另一种方法，在时域中利用电流传感器进行的测量的处理提供了独立测量数据的增加，从而提供了多个独立的方程。根据该方法，通过将多个不同的时间窗应用于测量的输出信号来获得独立数据。该方法取决于多相布置的加载，例如关于切换事件或非线性，随时间的变化。可以在负载汲取电流信号的周期与周期之间或在负载汲取电流信号的周期内进行改变。变化发生在一个周期到另一个周期的地方，例如，当设备打开或关闭时，时间窗口跨越负载汲取电流信号的周期。在一个周期内发生变化的情况下，窗口处于负载汲取电流信号的周期内。例如，半波整流器可用于接近正峰值或负峰值，全波整流器可在正峰值和负峰值附近开启，基于晶闸管的调光器在周期中的任何一点开启，但总是在过零点附近关闭，线性负载吸收与线路负载成比例的电流。相对于负载汲取电流信号的周期的窗口的长度以及窗口的相对相位和负载汲取的电流信号是通过分析来自先前测量的负载汲取电流信号，根据负载情况的知识或负载情况的确定来确定的。根据该方法的一种形式，每个窗口的长度使得它跨越负载汲取电流信号的样本。在这种形式中，相对于多相布置的每个相，电压和电流在不同方向上从一个样本变化到下一个样本(即，幅度的增加或减小)。因此，由于每个负载中的电流以不同的比例变化，因此负载与传递函数比的比率随样本而变化。
现在将提供用于图5中所示配置的三个传递函数比的工作示例。
在该示例中，后缀'a'表示例如来自30Hz频段的实部，Fx表示第X电流测量布置的传递函数，Cxa表示第X电流测量布置的码，其中X-1到3为第一至第三阶段或n为中立阶段：
然后使用第二组样本其中后缀'b'表示例如来自30Hz频段的虚部，并且从上面的等式代替F1：
然后使用第三组样本，其中后缀'c'表示例如来自50Hz频段的实部，并且从上面的等式中取代F1和F2，得到图9中所示的等式。简化到目前为止提供的等式，得到了每个带电相的传递函数与中性相的传递函数的比率：
然后在上面用后缀“d”表示的新数据上使用上述等式，现在可以找到任何输出信号的负载绘制电流分量：
在希望确定图5的第一电流传感器52的传递函数F1的情况下，施加已知的参考输入信号，使得其由第一电流传感器感测，其中，第一输出信号包括对应于负载汲取电流信号的负载输出信号和对应于施加的参考输入信号的参考输出信号。当通过以下方式施加参考输入信号时，从第一输出信号中减去负载输出信号，以便根据已知值提供F1的等式，其中后缀'x'表示缺少参考输出信号的新的测量数据，后缀'xr'表示包括参考输出信号的新测量数据。
然后通过现在确定的第一电流传感器的传递函数和上面指定的传递函数比的方程确定剩余的传递函数，即F2、F3和Fn。在另一个实施例中，其中多相电源是包括第一至第三带电相和中性线的三相电源，假设其中一个导体中的电流具有特定值，从而根据仅对四个导体中的三个进行测量来确定传递函数比率。例如，在中性点没有电流测量的情况下，假设中性导体的值为零。
图10中示出了用于测量图5的三相配置中的电流的电流测量设备的示例。电流测量设备100包括第一分流电阻器102、第二分流电阻器104和在三相布置的相应一个导体中的第三分流电阻器106。负载108从三相布置汲取电力。电流测量设备100还包括第一电压测量设备110(其可操作以测量第一分流电阻器102两端的电压)和信号源112(其可操作以将参考输入信号施加到由第一分流电阻器102感测的导体)。电流测量设备100还包括第二电压测量装置114和第三电压测量装置116，第二电压测量装置114用于测量第二分流电阻器104两端的电压，第三电压测量装置116用于测量第三分流电阻器106两端的电压。电压测量装置110、114、116可操作以提供相应的一个导体中的电流测量，如WO2013/038176中详细描述的。读者完整地参考该出版物，但具体参见图1a和1b以及相关描述。
信号源112用于将已知或可确定的参考输入信号(应注意，参考输入信号不需要预先确定)施加到导体，使得参考输入信号由第一分流电阻器102感测，由此第一电压测量装置110测量的电压包括对应于负载汲取电流信号的负载输出信号和对应于参考输入信号的参考输出信号。参考输出信号和参考输入信号提供导体中电流的精确测量并因此提供功耗，并且还用于确定诸如篡改和故障状况的事件，如WO2013/038176中更详细描述的。
包括在电流测量设备100的处理器中的传递函数比确定模块118接收来自第一至第三电压测量设备110、114、116中的每一个的输入。传递函数比确定模块118用于根据上述工作示例中描述的方法计算第一和第二传递函数比。如上所述，基于缺少参考输出信号的测量数据计算传递函数比。几种方法中的一种或多种考虑了参考输出信号。根据第一种方法，信号源112被关断，使得没有参考输入信号被施加到由第一分流电阻器102感测的导体。根据第二种方法，参考输入信号被施加到由第一分流电阻器102感测的导体，并且传递函数比确定模块118对于关于缺少参考输出信号的导体测量的输出信号的一部分可操作。在该方法中，信号源112可操作以将具有不同频率分布的参考输入信号施加到负载汲取电流信号，由此传递函数比确定模块118的频率分析从输出信号的其余部分中提取缺少参考输出信号的输出信号的一部分。根据第三种方法，电流测量设备100可操作以至少减少如果不从输出信号中移除参考输出信号。更具体地，电流测量设备100包括滤波器(未示出)，其可操作以减少如果不从第一电压测量设备110的输出信号中移除参考输出信号。或者，电流测量设备100可操作地应用参考去除传递函数以减少如果不从第一电压测量设备110的输出信号中移除参考输出信号。参考去除传递函数和滤波器的特性根据参考输入信号的特性的知识来确定。在该方法的一种形式中，参考输入信号对测量的输出信号的贡献是通过传递函数比确定模块118可操作以根据估计的贡献从测量的输出信号中去除参考输出信号来估计的。根据第四种方法并且其中参考输入信号被应用为方波等，传递函数比确定模块118用于将窗口应用于测量的输出信号，以选择缺少参考输出信号的输出信号的一部分。在WO2014/191776中描述了方波或类似参考信号和窗口函数的使用。
在本主题的形式中，传递函数比率是在持续的基础上确定的。在某些情况下，可能不需要更新用于确定传递函数比的所有数据，仅更新当前测量所提供的数据。未根据测量值更新的数据是先前测量的数据或估计的数据。此外，通过在持续的基础上确定传递函数，关于测量的负载汲取电流信号和消耗的电功率，在持续的基础上进行确定。传递函数的确定如下所述。
电流测量设备100还包括传递函数确定模块120，其接收来自传递函数比率确定模块118的输入。传递函数确定模块120可根据上述工作实例中描述的方法确定关于一个导体的传递函数。因此，根据已知的参考输入信号、已经计算的传递函数比、来自第二和第三电压测量装置114、116的新测量(缺少参考输出信号)以及来自第一电压测量设备112的包括参考输出信号的新测量值，确定传递函数。在确定了关于导体之一的传递函数之后，传递函数确定模块120然后可操作以根据传递函数比确定另外两个传递函数。
电流测量设备100还包括第一电流计算模块122，其从传递函数确定模块120接收适当的传递函数和来自第一电压测量设备110的输入。在被第一电流计算模块122接收之前，来自第一电压测量装置110的输出由参考输出信号去除模块124处理，参考输出信号去除模块124用于从第一电压测量装置110的输出中去除参考输出信号，从而防止参考输出信号导致测量误差。在WO2013/038176中更详细地描述了参考输出信号去除模块124的形式和功能。此外，电流测量设备100包括第二和第三电流计算模块126，每个电流计算模块126从传递函数确定模块120接收适当的传递函数，并且从第二和第三电压测量设备114、116中的相应一个接收输入。第一至第三电流计算模块122、126用于根据从第一至第三电压测量装置110、114、116中的相应一个接收的测量值计算相应的一个导体中的负载汲取电流。然后根据计算的负载汲取电流和相对于导体测量的电压确定功耗，如WO2013/038176中详细描述的。此外，电流测量设备100可操作以根据确定的传递函数确定诸如故障状况或篡改之类的事件。在WO2013/038176中详细描述了这种事件的确定。在本主题的形式中，电流测量设备100可操作以根据传递函数的比率的变化确定事件。超过阈值的传递函数的比率的变化可以指示篡改或故障事件，并因此提供事件确定的替代或附加方法。
电流测量设备100用于过滤传递函数比并过滤根据滤波的传递函数比确定的传递函数。图11表示过滤方法中涉及的步骤200。接收202测量数据并用于确定传递函数比率204。然后对所确定的传递函数比率进行滤波206，然后如上所述确定208其中一个分流电阻器的传递函数。然后过滤传递函数210。该方法还涉及反馈以提供传递函数的最佳确定。更具体地，最佳拟合算法212接收由步骤204确定的传递函数比和由步骤208确定的传递函数，并提供与接收的测量数据202组合的输出。最佳拟合算法212可根据给定方法(例如爬山方法)或通过最小均方滤波来操作。电流测量设备100还可操作以根据误差最小化方法提供传递函数比的最佳确定。该方法中涉及的步骤300在图12中表示。关于所有导体接收302测量数据。然后根据以下等式对测量数据求和304：
该误差通过与理想的零和之和的偏差来反映，其在上式中表示。因此，电流测量设备可操作以调节所确定的传递函数比率306以使总和更接近零。然后，调整的传递函数比被反馈308并与新接收的测量数据组合。
如前所述，在时域中的不同时间点采样也可以用于生成合适的独立方程组，以允许计算传递函数的比率。图14示意性地表示在三相电源的三个导体L1、L2和L3中流动的电流。假设在时间“a”取一组样本。表示样本值的数字化输出代码分别是相位L1、L2和L3的C1a、C2a和C3a。在时间“b”取第二个样本得到代码C1b、C2b、C3b。样品C1c、C2c和C3c可以在时间“c”取得，依此类推。这允许设置独立的方程，因为C1a/C2a≠C1b/C2b。
该装置可以被安排成在继续计算传递函数比和传递函数本身之前测试方程将是独立的。这可以例如通过测试C1a/C2a≠C1b/C2b来完成。该装置还可以被安排成检查结果不会受到噪声或量化误差的不利影响。这可以通过确保将在进一步计算中使用的ADC输出值具有C1、C2和C3各自具有大于阈值的幅度来完成。阈值可以由用户或制造商设置。
因此，可以使用估计的传递函数比来改善参考信号的识别(有效地改善参考信号的信噪比)，从而允许更精确地确定电流传感器的传输特性。。
此处提出的权利要求以单一依赖格式编写，以供USPTO使用。然而，应该理解，每个权利要求可以多次取决于任何前述权利要求，除非这显然是不可行的。

Claims (20)

1.一种用于多相电源的电流测量设备，包括：至少两个电流测量变换器；和数据处理器，布置为通过应用Kirchoffs电流法则来比较多个电流测量值并确定传递函数的比率，确定所述至少两个电流测量变换器的传递函数的比率。
2.权利要求1所述的电流测量设备，其中使用以下中的至少一个来确定每个传递函数与该传递函数比或每个其他传递函数比不同：
在至少一个频率范围内测量的电流的实部和虚部；和
在不同时间进行的电流测量。
3.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述电流测量设备执行频域分析，并使用在一个或多个频率范围内的电流的同相(实部)和异相(虚部)分量的测量值作为传递函数比率的确定的一部分。
4.权利要求1所述的电流测量设备，还包括表征设备，用于表征至少一个电流测量变换器的传递函数到指定的精度。
5.权利要求4所述的电流测量设备，其中所述表征设备包括：用于将第一已知时变电流添加到由所述第一电流传感器测量的电流的电流源；以及用于监控所述第一电流传感器的输出的处理器，用于由于已知的时变电流提取信号分量，并且基于将已知时变电流的提取信号与已知时变电流进行比较以确定所述第一电流传感器的传递函数。
6.权利要求1所述的电流测量设备，包括第一、第二和第三电流变换器，用于测量分相电源中三相电源或电流的第一、第二和第三相中的电流。
7.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述数据处理器进一步设置为确定在多相电源的每个相中流动的电流。
8.权利要求3所述的电流测量设备，其中来自测量换能器的信号从时域变换到频域，以提供在多个频率区间处测量的电流的实部和虚部的估计，并且所述数据处理器被布置为解决多个独立方程，其中对于两个或更多个频率仓，所测量的电流的实部的总和为零，并且所测量的电流的虚部的总和为零。
9.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述数据处理器被布置为执行时域分析，其中所述数据处理器被布置为将多个不同的时间窗口应用于测量的输出信号，以识别多相电源的负载的变化。
10.权利要求9所述的电流测量设备，其中应用以下其中一项：
预计负载的变化将在AC电流的周期与周期之间发生，并且时间窗跨越AC电流的周期；
预计负载电流的变化发生在AC电流的一个周期内，并且窗口在AC电流的一个周期内。
11.权利要求1所述的电流测量设备，包括在功耗表中，包括包括至少一个用于测量电压的电压测量装置和累加器，用于累积给定时间的电压乘积和在相同给定时间吸取的电流之和。
12.权利要求5所述的电流测量设备，其中所述电流测量设备进一步配置为将第二已知时变电流施加到第二个电流传感器，并且其中所述第一和第二已知时变电流可以在不同时间施加，或者第一和第二时变电流具有不同的特性并且同时应用。
13.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述数据处理器进一步设置为确定用于估计传递函数比率的数据的置信度度量或者确定传递比率的估计值，并且当更新传递函数比率的估计值时使用其置信度度量。
14.权利要求1所述的电流测量设备，其中从分流电阻、电流互感器、Rogowski线圈、霍尔探头、磁阻器中选择的传感器有：
所有相同的类型；或
包括不同类型的转换器。
15.权利要求5所述的电流测量设备，其中所述数据处理器用于减去与第一换能器测量的负载电流相对应的信号，以使得由于已知时变电流的贡献更容易测量，使用其他电流传感器的传递函数的知识来估计负载电流信号。
16.在多相电源中校正电流传感器失配的方法，其中第一负载电流在第一供电导体中流动，第二负载电流在第二供电导体中流动，并且第三负载电流在第三供电导体中流动，该方法包括通过假设电流之和为零来确定分别测量第一、第二和第三负载电流的第一、第二和第三换能器的传递函数的比率。
17.权利要求16所述的方法，其中将已知参考信号施加到第一电流路径，使得第一换能器的输出包括负载电流分量和参考信号分量，并且其中来自第二和第三换能器的信号用于估计和去除来自第一换能器输出的负载电流分量，以便基本上离开参考信号分量，使得参考信号分量可以与已知的参考信号进行比较，以便表征第一传感器的传递函数。
18.电流测量方法，包括：
通过测量装置测量在多相电源的至少三个导体中的每一个中的负载汲取电流信号，以提供相应的输出信号；
将参考输入信号施加到测量装置，其中，关于导体测量的输出信号包括对应于导体中的负载汲取电流信号的负载输出信号和对应于参考输入信号的参考输出信号；
确定至少第一和第二传递函数比，第一传递函数比是关于第一对导体确定的，第二传递函数比是关于第二对导体确定的，所述至少第一和第二传递函数根据关于至少三个导体测量的每个输出信号的至少一部分并且缺少参考输出信号来确定比率，在输出信号的至少一个频带和时间窗中，关于实部和虚部中的至少一个的至少一个其他传递函数比，不同地确定每个传递函数比；并就以下至少一项作出决定：测量的负载牵引电流信号；所述至少一个负载消耗的电功率，所述确定取决于所述至少第一和第二传递函数比，所述参考输入信号和关于所述导体测量的至少一部分输出信号并且包括参考输出信号。
19.权利要求18所述的方法，还包括在使用输出估计负载消耗的电功率之前，从电流传感器的输出端移除参考输出信号。
20.权利要求18所述的方法，还包括估计表示传感器输出处的负载电流的负载分量并减去负载分量以便基本上仅留下参考输出信号。
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