CN112964923A - 基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法 - Google Patents
基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112964923A CN112964923A CN202110176600.3A CN202110176600A CN112964923A CN 112964923 A CN112964923 A CN 112964923A CN 202110176600 A CN202110176600 A CN 202110176600A CN 112964923 A CN112964923 A CN 112964923A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- current
- sensor array
- magnetic
- vector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,通过构建传感器阵列进行非接触式电流测量,无需环绕导线,无需知道传感器与待测导线的相对位置,安装方便;测量时变电流时只需对t=0时刻采样点进行迭代计算,后续采样点通过比例系数直接求出,计算负担小;具备位置校验功能,当检测到传感器与导线位置发生变化时,设置t=0,重新进行迭代,故测量结果不会受到位置变化的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电流测量技术领域,尤其涉及一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法。
背景技术
电流是电力系统中的重要参数,其准确测量具有重要意义,传统的接触式电流测量方法需要将测量装置串联进电路,缺乏安全性和便捷性,并且测量装置本身会对待测电流造成影响。
随着传感技术的发展,非接触式电流测量得到广泛应用,当前的非接触式电流测量技术主要采用环绕的方式测量导线周围磁场,进而计算导线电流,这种方式对待测电流无影响,且较为安全,但仍旧需要断开线路进行安装,缺乏便捷性。
因此,需要一种无需环绕导线的非接触式电流测量方法以解决现有技术中安装便捷性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,它是一种无需环绕导线的非接触式电流测量方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,包括:
构建针对待测导线的传感器阵列,并根据各传感器组成的空间直角坐标以及传感器位置构建位置方程;
根据位置方程以及待测导线的磁感应强度,构建传感器的测量方程组;
迭代求解测量方程组,获得电流测量值。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,通过构建传感器阵列进行非接触式电流测量,无需环绕导线,无需知道传感器与待测导线的相对位置,安装方便;测量时变电流时只需对t=0时刻采样点进行迭代计算,后续采样点通过比例系数直接求出,计算负担小;具备位置校验功能,当检测到传感器与导线位置发生变化时,设置t=0,重新进行迭代,故测量结果不会受到位置变化的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的交变电流测量结果及误差曲线;
图3为本发明实施例提供的传感器位置发生变化前后的交电流测量结果及误差曲线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,如图1所示,其主要包括:
步骤1、构建针对待测导线的传感器阵列,并结合各传感器组成的空间直角坐标构建传感器的位置方程。
本发明实施例中,所述传感器阵列为依次排列在一条直线上的四个传感器;四个传感器记为A、B、C、D,磁敏感方向由A指向D方向,四个传感器之间的相对距离记为:LAB=m1,LAC=m2,LAD=m3。
本发明实施例中,以待测导线所在直线为z轴,x轴正向经过传感器A,从而组成空间直角坐标。
传感器A的坐标PA=[x1,0,0]T,传感器B的坐标PB=[x2,y2,z2]T,传感器C的坐标PC=[x3,y3,z3]T,传感器D的坐标PD=[x4,y4,z4]T,满足如下位置方程:
2、根据传感器的位置方程以及待测导线的磁感应强度,构建传感器的测量方程组。
本发明实施例中,设待测导线瞬时电流为i,激发圆形磁场环绕导线,磁感线平面与导线垂直,空间中磁感应强度大小为:
其中,R为测点(即传感器所在位置)与待测导线的垂直距离,μ0为真空磁导率;
则四个传感器测得的磁感应强度为:
其中,为四个测点的客观磁感应强度(矢量,无法测得),由待测电流i和距离R决定,而B1、B2、B3、B4为四个传感器主观感受到的磁感应强度(标量,可由传感器输出得到),为客观磁感应强度与传感器磁敏感方向的矢量积。
3、迭代求解测量方程组,获得电流测量值。
本步骤中,将坐标PC=[x3,y3,z3]T以及坐标PD=[x4,y4,z4]T带入测量方程组,得到:
上式中,C1~C4为B1~B4的变形,主要为了简化方程。
消去上式中的分母,将以上方程组变形为函数形式:
表示成矩阵函数形式为:
F=f(X)
其中,函数值向量F=[f1,f2,f3,f4]T,自变量向量X=[x1,x2,y2,i]T;
采用迭代方法求解矩阵函数的根:
首先,构建Jacobi矩阵J
利用Jacobi矩阵的逆矩阵J-1构建迭代方程组:
其中,X(k)为第k次迭代的自变量向量,F(k)为第k次迭代的函数值向量;
设置自变量向量初值X(0):
将自变量向量初值X(0)带入迭代方程组进行迭代,当F(k)满足精度要求,即向量的2-范数||F(k)||2<ε时停止迭代,ε表示允许的误差上限,得到t=0时刻的首次电流测量值ic(0)=i(k)。
步骤4、计算电流测量值与传感器测量值的比例系数。
电流测量值与传感器测量值之间的比例系数K表示为:
其中,ic(0)为t=0时刻的首次电流测量值,B1(0)、B2(0)、B3(0)、B4(0)表示t=0时刻的四个传感器测量值,k1、k2、k3、k4为电流测量值与四传感器测量值之间的比例系数。
步骤5、后续时刻中,如果传感器位置未发生改变,则利用比例系数直接计算电流测量值,如果传感器位置发生改变,则返回步骤3重新迭代求解测量方程组,获得电流测量值。
本发明实施例中,利用E(t)=Max{k1B1(t)-ic(t),k2B2(t)-ic(t),k3B3(t)-ic(t),k4B4(t)-ic(t)}进行位置校验,当E(t)大于设置的上限时,说明四个传感器利用比例系数计算出的电流值不一致,判定传感器位置发生改变,此时需要返回步骤3重新迭代求解。
如果判定传感器位置未发生改变,则可以直接利用比例系数计算电流测量值:
首先,计算t时刻各传感器的电流测量值ic1(t)、ic2(t)、ic3(t)、ic4(t):
最终,t时刻的瞬时电流测量值为四个传感器测量值的平均值,表示为:
为了进一步说明本发明,下面再以具体的实例对上述测量方法进行仿真测试,具体来说:
传感器阵列参数:m1=0.01,m2=0.02,m3=0.03,单位:米。
(1)稳恒电流测试。
电流真实值:i=1,单位:安培。
传感器位置真实值:PA=[x1,0,0]T=[0.1000,0,0]T,PB=[x2,y2,z2]T≈[0.09500,0.008484,0.001736]T,PC=[x3,y3,z3]T≈[0.09000,0.01697,0.003473]T,PD=[x4,y4,z4]T≈[0.08500,0.02545,0.005209]T,单位:米。
迭代初始值:x1 (0)=1,x2 (0)=1,y2 (0)=1,i(0)=1。
允许误差上限:ε=10-6。
将上述信息按照前述方法,迭代过程如表1所示。
迭代次数k | <sub>x1</sub><sup>(k)</sup> | <sub>x2</sub><sup>(k)</sup> | <sub>y2</sub><sup>(k)</sup> | i<sup>(k)</sup> | f<sub>1</sub><sup>(k)</sup> | f<sub>2</sub><sup>(k)</sup> | f<sub>3</sub><sup>(k)</sup> | f<sub>4</sub><sup>(k)</sup> |
0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0.08484376 | 0.00186532 | 0.00505749 | 0.01077674 |
1 | 1 | 0.95 | 0.504849232 | 0.084843757 | 0.04201045 | 0.00065110 | 0.00142219 | 0.00282231 |
2 | 1 | 0.95 | 0.259553935 | 0.209281356 | 0.03052396 | 0.00036136 | 0.00054869 | 0.00088883 |
3 | 1 | 0.95 | 0.143643957 | 0.420342517 | 0.02446409 | 0.00025717 | 0.00029900 | 0.00037495 |
4 | 1 | 0.95 | 0.096878595 | 0.727501729 | 0.01436441 | 0.00014568 | 0.00015249 | 0.00016486 |
5 | 1 | 0.95 | 0.085591277 | 0.960535199 | 0.00263032 | 0.00002642 | 0.00002682 | 0.00002754 |
6 | 1 | 0.95 | 0.084847021 | 0.999618698 | 0.00002909 | 0.00000029 | 0.00000029 | 0.00000030 |
7 | 1 | 0.95 | 0.084843757 | 0.999999985 | 0.00000000124 | 0.00000000001 | 0.00000000001 | 0.00000000001 |
表1迭代求解过程
可以看出,按照本发明的方法经七次迭代后收敛,电流计算值为0.999999985安培,绝对误差ei<1.6×10-8安培,进而求得比例系数K=105×[5.8932,5.3610,4.9432,4.6396]T。
(2)交变电流测试
电流真实值:i=cos(100πt+π/3),单位:安培。
传感器位置真实值、迭代初始值与允许误差上限与上述稳恒电流测试相同。
经七次迭代后收敛,求得比例系数K=105×[5.8932,5.3610,4.9432,4.6396]T,可以看出,传感器位置不变,则比例系数不变。利用比例系数得到电流测量值与测量误差如图2所示。
可以看出,电流计算值绝对误差ei<10-14安培,相比于稳恒电流测试,测量精度提高,是由于引入比例系数将4个传感器解耦,单独计算后进行平均,进一步消除了误差。
(3)传感器位置变化测试
考虑测量过程中传感器由于某种原因发生位移的情况,传感器位置状态于t=0.04s时刻发生改变,由状态1变为状态2,设置状态检测参数Emax=10-3。
状态1:PA=[x1,0,0]T=[0.1000,0,0]T,PB=[x2,y2,z2]T≈[0.09500,0.008484,0.001736]T,PC=[x3,y3,z3]T≈[0.09000,0.01697,0.003473]T,PD=[x4,y4,z4]T≈[0.08500,0.02545,0.005209]T,单位:米。
状态2:PA=[x1,0,0]T=[0.2000,0,0]T,PB=[x2,y2,z2]T≈[0.1980,0.009672,0.001564]T,PC=[x3,y3,z3]T≈[0.1960,0.01934,0.003129]T,PD=[x4,y4,z4]T≈[0.1940,0.0290,0.004693]T,单位:米。
交变电流真实值:i=cos(100πt+π/3),单位:安培。
比例系数向量在t=0.04s时发生改变,由K1=105×[5.8932,5.3610,4.9432,4.6396]T,变为K2=106×[1.0339,1.0157,1.0026,0.9945]T,电流测量值与测量误差如图3所示。
仿真结果表明,本发明上述方法能够及时检测出传感器位置状态变化,并重新进行迭代求得新的比例系数,电流绝对误差ei<10-13,说明传感器位置变化不影响电流测量。
基于上述仿真测试的结果可知,本发明提供的方法无需环绕导线即可实现非接触式测量,安装方便,计算负担小,且能够自动检测传感器相对导线的位置是否发生变化,并自动矫正测量结果。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现,也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,其特征在于,包括:
构建针对待测导线的传感器阵列,并根据各传感器组成的空间直角坐标以及传感器位置构建位置方程;
根据位置方程以及待测导线的磁感应强度,构建传感器的测量方程组;
迭代求解测量方程组,获得电流测量值。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,其特征在于,所述传感器阵列为依次排列在一条直线上的四个传感器;四个传感器记为A、B、C、D,四个传感器之间的相对距离记为:LAB=m1,LAC=m2,LAD=m3。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,其特征在于,所述迭代求解测量方程组,获得电流测量值的步骤包括:
将坐标PC=[x3,y3,z3]T以及坐标PD=[x4,y4,z4]T带入测量方程组,得到:
将上式变形,得到:
将上式示为矩阵函数形式:
F=f(X)
其中,函数值向量F=[f1,f2,f3,f4]T,自变量向量X=[x1,x2,y2,i]T;
采用迭代方法求解矩阵函数的根:
首先,构建Jacobi矩阵J
利用Jacobi矩阵的逆矩阵J-1构建迭代方程组:
其中,X(k)为第k次迭代的自变量向量,F(k)为第k次迭代的函数值向量;
设置自变量向量初值X(0):
将自变量向量初值X(0)带入迭代方程组进行迭代,当F(k)满足精度要求,即向量的2-范数||F(k)||2<ε时停止迭代,ε表示允许的误差上限,得到t=0时刻的首次电流测量值ic(0)=i(k)。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,其特征在于,该方法还包括:
计算电流测量值与传感器测量值的比例系数;后续时刻中,如果传感器位置未发生改变,则利用比例系数直接计算电流测量值;如果传感器位置发生改变,则重新迭代求解测量方程组,获得电流测量值。
9.根据权利要求6所述的一种基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法,其特征在于,利用E(t)=Max{k1B1(t)-ic(t),k2B2(t)-ic(t),k3B3(t)-ic(t),k4B4(t)-ic(t)}进行位置校验,当E(t)大于设置的上限时,判定传感器位置发生改变。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110176600.3A CN112964923B (zh) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | 基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110176600.3A CN112964923B (zh) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | 基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112964923A true CN112964923A (zh) | 2021-06-15 |
CN112964923B CN112964923B (zh) | 2022-07-19 |
Family
ID=76284434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110176600.3A Active CN112964923B (zh) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | 基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112964923B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114441833A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-06 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 电流测量方法、装置、计算机设备、存储介质 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108761171A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-06 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种线路电流的测量方法及装置 |
CN108759643A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-11-06 | 华中科技大学 | 一种基于磁传感器阵列坐标系的磁性目标定位方法 |
CN108982944A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-11 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种扁平导体的电流测量方法、装置、设备及存储介质 |
CN109283380A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 电力系统中线路电流的测量方法、装置、设备及存储介质 |
CN109283379A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种导线电流测量方法、装置、设备及可读存储介质 |
US20190302169A1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Wuhan University | Nonlinear model transformation solving and optimization method for partial discharge positioning based on multi-ultrasonic sensor |
CN111999543A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-27 | 云南电网有限责任公司临沧供电局 | 一种适用于平行三相线故障选线的磁感式电流计算方法 |
-
2021
- 2021-02-09 CN CN202110176600.3A patent/CN112964923B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108759643A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-11-06 | 华中科技大学 | 一种基于磁传感器阵列坐标系的磁性目标定位方法 |
US20190302169A1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Wuhan University | Nonlinear model transformation solving and optimization method for partial discharge positioning based on multi-ultrasonic sensor |
CN108761171A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-06 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种线路电流的测量方法及装置 |
CN108982944A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-11 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种扁平导体的电流测量方法、装置、设备及存储介质 |
CN109283380A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 电力系统中线路电流的测量方法、装置、设备及存储介质 |
CN109283379A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种导线电流测量方法、装置、设备及可读存储介质 |
CN111999543A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-27 | 云南电网有限责任公司临沧供电局 | 一种适用于平行三相线故障选线的磁感式电流计算方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ARSALAN HABIB KHAWAJA等: "《Estimation of Current and Sag in Overhead Power Transmission》", 《IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS》 * |
宋宪等: "基于二步法的多芯电缆非侵入式电流测量校正方法", 《工程科学学报》 * |
杨明明等: "用海面磁偶极子源定位海底矢量磁传感器", 《探测与控制学报》 * |
王敬等: "基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电流测量", 《电力系统自动化》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114441833A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-06 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 电流测量方法、装置、计算机设备、存储介质 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112964923B (zh) | 2022-07-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3769094B1 (en) | Contactless current measurement using magnetic sensors | |
CN108828289B (zh) | 一种磁传感器测量三芯电力电缆各相芯线电流的偏心误差的方法 | |
CN103267723B (zh) | 基于场指纹法的金属管道、容器坑蚀检测方法 | |
US20090192730A1 (en) | Damage Detection Apparatus, Damage Detection Method and Recording Medium | |
CN107328980A (zh) | 多芯电缆非侵入式电流测量方法及测量装置 | |
CN111650539A (zh) | 导线运行参数检测方法、系统、装置和计算机设备 | |
CN103292773B (zh) | 一种基于最小区域的对称度误差评定方法 | |
CN112287297B (zh) | 基于随机采样的电能表质量一致性评价方法与介质 | |
CN105044649B (zh) | 一种电流互感器误差水平动态检测方法及系统 | |
CN112964923B (zh) | 基于磁传感器阵列的非环绕式电流测量方法 | |
CN105277794B (zh) | 电缆接头压接电阻的测量方法与系统 | |
Stevanatto et al. | Parameter identification and analysis of uncertainties in measurements of lead–acid batteries | |
CN111458573A (zh) | 导线电力参数测量方法、装置、系统和计算机设备 | |
Carobbi et al. | Proficiency testing by using traveling samples with preassigned reference values | |
CN114113231B (zh) | 电缆皱纹金属护套的缺陷检测方法、装置、设备及介质 | |
CN105510864A (zh) | 一种电能表误差计量的检测方法 | |
CN113609749B (zh) | 适用于多场景的基于磁场信号的电流计算方法 | |
CN105068035A (zh) | 一种电压互感器误差水平动态检测方法及系统 | |
CN115640732B (zh) | 一种基于磁场分布的配电网电弧故障定位方法 | |
CN115343579B (zh) | 一种电网故障分析方法、装置及电子设备 | |
Slížik et al. | Metrology of electromagnetic intensity measurement in near field | |
CN112666395B (zh) | 非接触式的金属材质电导率测量方法及系统 | |
CN114966475A (zh) | 一种电能计量装置送电前异常接线智能检测系统及方法 | |
JPH0555833B2 (zh) | ||
CN114441833B (zh) | 电流测量方法、装置、计算机设备、存储介质 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |