CN111257813B - 一种非接触式电压测量系统现场标定方法及其标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式电压测量系统现场标定方法及其标定装置，本发明通过实地测量获得相关系数矩阵，并进行逆运算得到解耦矩阵。该解耦矩阵解决了现场工频信号对非接触式电压测量系统的干扰，提高了非接触式电压测量系统的准确性，使得解耦矩阵的标定更加精确。

Description

一种非接触式电压测量系统现场标定方法及其标定装置

技术领域

本发明涉及一种非接触式电压测量系统现场标定方法及其标定装置，属于非接触测量技术领域。

背景技术

非接触式电压测量系统是利用空间电容原理对高压设备进行电压测量(包括直接测量或通过光电传感器测量)，避免了电压测量装置与电力设备的直接接触，提升了电力设备测量的安全性。但是非接触式电压测量系统中被测三相导体之间存在空间电容耦合的影响，导致任意一相的测量结果受到其他两项的影响，这种影响主要为工频正弦波信号，因此非接触式电压测量系统测量结果需进行解耦计算。然而解耦矩阵系数又受到很多因素的影响，包括传感器位置、空间电容分布等，现场工频干扰严重，因此解耦矩阵的标定较为困难。

发明内容

发明目的：本发明提出一种非接触式电压测量系统现场标定方法及其标定装置，解决现场解耦矩阵标定时相间干扰的难题。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种非接触式电压测量系统现场标定方法，包括以下步骤：

1)在被测导体上安装非接触电压传感器；

2)依次对每一相被测导体施加方波电压，并通过非接触电压传感器获取其他相的三次谐波分量；

3)得到方波电压与所述三次谐波分量之间的相关系数矩阵K；

4)对所述相关系数矩阵K做逆运算得到解耦矩阵K^-1。

所述步骤1)中在三相被测导体的每一相上均安装非接触电压传感器。

所述步骤2)中方波电压u_s3的低电平为-u_s/2，高电平为u_s/2，占空比为50％。

所述u_s取值200V。

所述步骤3)中相关系数矩阵K为：

其中u_1a、u_2a、u_3a为对A相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量；u_1b、u_2b、u_3b为对B相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量；u_1c、u_2c、u_3c为对C相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量。

有益效果：本发明通过实地测量获得相关系数矩阵，并进行逆运算得到解耦矩阵。该解耦矩阵解决了现场工频信号对非接触式电压测量系统的干扰，提高了非接触式电压测量系统的准确性，使得解耦矩阵的标定更加精确。

附图说明

图1为三相非接触式电压测量系统的结构示意图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为方波发生电路电路图。

具体实施方式

如图1所示，非接触式电压测量系统的三个电极分别对三相被测导体的A、B和C相施加3次方波电压，并记录每次测量结果。首先在三相被测导体上安装非接触电压传感器。

令三相被测导体各相实际电压分别为u_a、u_b、u_c，非接触传感器对三相被测导体各个相测得的电压分别为u₁、u₂、u₃，则满足如下关系：

即

其中

K^-1被称为解耦矩阵。

所述三相被测导体逐相施加方波电压u_s3，该方波电压低电平为-u_s/2，高电平为u_s/2，占空比为50％。对所述方波电压u_s3做傅里叶分解可得：

其中

即为三次谐波部分，现场u_s可以取200V。方波电压的三次谐波有效值为

当被测导体的A相被施加方波电压u_s3，且B相和C相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波。经检测，B和C相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1a、u_2a、u_3a，则满足如下方程：

由上式可得k₁₁＝u_1a/u_s3，k₂₁＝u_2a/u_s3，k₃₁＝u_3a/u_s3。若B和C相测量结果不正确，则再次对被测导体的A相被施加方波电压u_s3，直到B和C相测量结果正确。对于上述测量结果正确与否的判断，是根据占空比和幅值这两个指标。当测量结果的占空比与施加的方波信号一致，并且测量结果的幅值与施加的方波信号在每个时间上都成固定比例时，认为测量结果正确。反之占空比或幅值中任意一个指标不满足上述条件则认为测量结果不正确。

当被测导体的B相被施加方波电压u_s3，且A相和C相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波。经检测，A和C相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1b、u_2b、u_3b，则满足如下方程：

由上式可得k₁₂＝u_1b/u_s3，k₂₂＝u_2b/u_s3，k₃₂＝u_3b/u_s3。若A和C相测量结果不正确，则再次对被测导体的B相被施加方波电压u_s3，直到A和C相测量结果正确。

当被测导体的C相被施加方波电压u_s3，且A相和B相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波。经检测，A和B相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1c、u_2c、u_3c，则满足如下方程：

由上式可得k₁₃＝u_1c/u_s3，k₂₃＝u_2c/u_s3，k₃₃＝u_3c/u_s3。若A和B相测量结果不正确，则再次对被测导体的C相被施加方波电压u_s3，直到A和B相测量结果正确。

因此通过式(2)-(4)可得相关系数矩阵

再对矩阵K进行逆运算即可得到解耦矩阵K^-1，完成解耦矩阵的现场标定。

非接触式电压测量系统包括手持式信号发送器、非接触电压测量仪以及软件系统。

手持式信号发送器包括了一个绝缘拉杆和一个方波发生器，方波发生电路如图3所示，包括了控制芯片、两个隔离和驱动电路、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2和直流电源DC。控制芯片用于产生方波信号及第二MOS管Q2的逻辑信号，由DSP控制器构成。隔离和驱动电路用于对小电压进行光电隔离，对小电压信号进行调理和放大，满足第一MOS管Q1和第二MOS管Q2触发的电压和功率需求，光电隔离采用光电隔离芯片，驱动电路采用功率放大电路构成。第一MOS管Q1和第二MOS管Q2用来输出方波电压。当第一MOS管Q1导通时第二MOS管Q2关断，则输出电压Vout即为直流电源DC的电压值。而当第一MOS管Q1关断时，第二MOS管Q2导通，则输出电压Vout即为地电位，从而构成了高压方波电压。

电压信号通过非接触式电压测量仪测得。

软件系统安装于监控后台上，由计算机自动进行计算。当对导体进行加压后，点击数据采集功能，由非接触式电压测录装置测得数据，并通过无线网络自动传到计算机端，当3次测量完毕后，计算机根据公式(5)自动计算得到系数矩阵K-1，完成现场标定。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非接触式电压测量系统现场标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)依次对每一相被测导体施加方波电压，并通过设置在所述被测导体上的非接触电压传感器获取其他相的三次谐波分量；

2)得到方波电压与所述三次谐波分量之间的相关系数矩阵K；

3)对所述相关系数矩阵K做逆运算得到解耦矩阵K^-1，完成解耦矩阵的现场标定；

其中，非接触式电压测量系统的三个电极分别对三相被测导体的A、B和C相施加3次方波电压，并记录每次测量结果：

首先在三相被测导体上安装非接触电压传感器，

令三相被测导体各相实际电压分别为u_a、u_b、u_c，非接触传感器对三相被测导体各个相测得的电压分别为u₁、u₂、u₃，则满足如下关系：

即

其中

K^-1被称为解耦矩阵；

所述三相被测导体逐相施加方波电压u_s3，该方波电压低电平为-u_s/2，高电平为u_s/2，占空比为50％；对所述方波电压u_s3做傅里叶分解可得：

即为三次谐波部分，方波电压的三次谐波有效值为

当被测导体的A相被施加方波电压u_s3，且B相和C相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波，经检测，B和C相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1a、u_2a、u_3a，则满足如下方程：

由上式可得k₁₁＝u_1a/u_s3，k₂₁＝u_2a/u_s3，k₃₁＝u_3a/u_s3；若B和C相测量结果不正确，则再次对被测导体的A相被施加方波电压u_s3，直到B和C相测量结果正确；对于上述测量结果正确与否的判断，是根据占空比和幅值这两个指标；当测量结果的占空比与施加的方波信号一致，并且测量结果的幅值与施加的方波信号在每个时间上都成固定比例时，认为测量结果正确；反之占空比或幅值中任意一个指标不满足上述条件则认为测量结果不正确；

当被测导体的B相被施加方波电压u_s3，且A相和C相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波；经检测，A和C相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1b、u_2b、u_3b，则满足如下方程：

由上式可得k₁₂＝u_1b/u_s3，k₂₂＝u_2b/u_s3，k₃₂＝u_3b/u_s3；若A和C相测量结果不正确，则再次对被测导体的B相被施加方波电压u_s3，直到A和C相测量结果正确；

当被测导体的C相被施加方波电压u_s3，且A相和B相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波；经检测，A和B相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1c、u_2c、u_3c，则满足如下方程：

由上式可得k₁₃＝u_1c/u_s3，k₂₃＝u_2c/u_s3，k₃₃＝u_3c/u_s3；若A和B相测量结果不正确，则再次对被测导体的C相被施加方波电压u_s3，直到A和B相测量结果正确；

通过式(2)-(4)可得相关系数矩阵

再对矩阵K进行逆运算即可得到解耦矩阵K^-1，完成解耦矩阵的现场标定；其中u_1a、u_2a、u_3a为对A相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量；u_1b、u_2b、u_3b为对B相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量；u_1c、u_2c、u_3c为对C相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量。

2.根据权利要求1所述的非接触式电压测量系统现场标定方法，其特征在于，所述u_s取值200V。

3.一种非接触式电压测量系统现场标定装置，其特征在于，包括：

电压发生器，产生方波电压并将其施加在被测导体上；

电压传感器，安装在被测导体上的每一相上用来获取测量结果；

计算模块，根据上述测量结果计算出相关系数矩阵K，做逆运算得到解耦矩阵K^-1，完成解耦矩阵的现场标定；

其中，非接触式电压测量系统的三个电极分别对三相被测导体的A、B和C相施加3次方波电压，并记录每次测量结果：

首先在三相被测导体上安装非接触电压传感器，

令三相被测导体各相实际电压分别为u_a、u_b、u_c，非接触传感器对三相被测导体各个相测得的电压分别为u₁、u₂、u₃，则满足如下关系：

即

其中

K^-1被称为解耦矩阵；

所述三相被测导体逐相施加方波电压u_s3，该方波电压低电平为-u_s/2，高电平为u_s/2，占空比为50％；对所述方波电压u_s3做傅里叶分解可得：

即为三次谐波部分，方波电压的三次谐波有效值为

当被测导体的A相被施加方波电压u_s3，且B相和C相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波，经检测，B和C相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1a、u_2a、u_3a，则满足如下方程：

由上式可得k₁₁＝u_1a/u_s3，k₂₁＝u_2a/u_s3，k₃₁＝u_3a/u_s3；若B和C相测量结果不正确，则再次对被测导体的A相被施加方波电压u_s3，直到B和C相测量结果正确；对于上述测量结果正确与否的判断，是根据占空比和幅值这两个指标；当测量结果的占空比与施加的方波信号一致，并且测量结果的幅值与施加的方波信号在每个时间上都成固定比例时，认为测量结果正确；反之占空比或幅值中任意一个指标不满足上述条件则认为测量结果不正确；

当被测导体的B相被施加方波电压u_s3，且A相和C相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波；经检测，A和C相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1b、u_2b、u_3b，则满足如下方程：

由上式可得k₁₂＝u_1b/u_s3，k₂₂＝u_2b/u_s3，k₃₂＝u_3b/u_s3；若A和C相测量结果不正确，则再次对被测导体的B相被施加方波电压u_s3，直到A和C相测量结果正确；

当被测导体的C相被施加方波电压u_s3，且A相和B相不加电压时，非接触传感器测得A、B、C相的波形也为方波；经检测，A和B相测量结果正确后，由傅里叶分解可得A、B和C相所测得的电压信号中的3次谐波，分别命名为u_1c、u_2c、u_3c，则满足如下方程：

由上式可得k₁₃＝u_1c/u_s3，k₂₃＝u_2c/u_s3，k₃₃＝u_3c/u_s3；若A和B相测量结果不正确，则再次对被测导体的C相被施加方波电压u_s3，直到A和B相测量结果正确；

通过式(2)-(4)可得相关系数矩阵

再对矩阵K进行逆运算即可得到解耦矩阵K^-1，完成解耦矩阵的现场标定；

其中u_1a、u_2a、u_3a为对A相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量；u_1b、u_2b、u_3b为对B相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量；u_1c、u_2c、u_3c为对C相施加方波电压时，三相被测导体所测得的三次谐波分量。

4.根据权利要求3所述的非接触式电压测量系统现场标定装置，其特征在于，所述u_s取值200V。

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