CN113238089B - 非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质，涉及电力测试技术领域，本申请实施例通过向电气回路中输入参考电压信号，控制参考电压信号U_r和待测电路的电压U_s之间相位差为θ度和(180°‑θ)度，然后基于该两种状态下测得的电气回路中的电流以及电气回路中没有参考电压信号(即第三参考电压信号为零)的情况下测得的电流来计算待测电路的电压，该种装置在测量待测电路的电压时，无需破坏待测电路的绝缘层，且具有结构简单、成本低廉的特点，因此可以降低进行电压测量的成本。

Description

非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及电力测试技术领域，特别是涉及一种非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

电压测量在电力系统中应用广泛，电压测量的准确性、可靠性、便利性等对电力系统的故障检测和故障分析有重要作用。

目前，使用最普遍的电压测量技术是基于电磁式电压互感器进行的电压测量技术。其中，电磁式互感器包括原边绕组和副边绕组，其测量电压的过程包括：首先，将高压电线断电，然后，将电磁式互感器的原边绕组连接在高压电线上，最后，使高压电线通电，这样电磁式互感器的原边绕组出现电流，基于电磁感应原理，其副边绕组也产生电流，基于副边绕组的电流获取高压电线的电压信息。

其中，原边绕组和副边绕组均是由铜线绕制形成的，因此非常沉重。而高压电线一般设置在远离地面的高空中，因此，还需要建设专门的支撑墩，然后通过吊装设备将电磁式互感器吊装到支撑墩上，从而使得电磁式互感器的原边绕组能够连接到高压电线上。

由此可见，上述基于电磁式电压互感器进行的电压测量方法，过程繁琐，施工难度较大。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质。

第一方面：

一种非接触电压测量方法，应用于非接触电压装置中，非接触电压测量包括探头和电压传感组件，探头包括第一探头和第二探头，其中：第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；电压传感组件分别与第一耦合电容和第二耦合电容连接，形成电气回路，该方法包括：

基于参考信号参数向电气回路中输入参考电压信号，参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，第一参考电压信号与第二参考电压信号同频反相幅值相等，且第一参考电压信号和第二参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位不同，第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同；

检测将第一参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第一电流；检测将第二参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第二电流，检测将第三参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第三电流；

根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压，包括：

根据第三电流和第一参考电压信号的幅值计算电气回路中的等效电容；

根据等效电容、第一电流和第二电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，参考信号参数包括占空比参数，基于参考信号参数生成参考电压信号，包括：

根据占空比参数生成目标方波，并根据目标方波生成参考电压信号。

在其中一个实施例中，占空比参数包括按序排列的第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数，根据占空比参数生成目标方波，并根据目标方波生成参考电压信号，包括：

根据第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数的顺序，依次根据第一占空比参数生成第一目标方波，根据第一目标方波生成第一参考电压信号；根据第二占空比参数生成第二目标方波，根据第二目标方波生成第二参考电压信号；根据第三占空比参数生成第三目标方波，根据第三目标方波生成第三参考电压信号。

在其中一个实施例中，电压传感组件包括参考信号源和分压电容，参考信号源与第一探头连接，分压电容和第二探头连接，方法还包括：

在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的频率和相位信息；

根据频率和相位信息确定对应第一参考电压信号的第一频率和第一相位、对应第二参考电压信号的第二频率和第二相位以及对应第三参考电压信号的第三频率和第三相位；

根据第一频率和第一相位，第二频率和第二相位以及第三频率和第三相位获取参考信号参数。

第二方面：

一种非接触电压测量方法，应用于非接触电压装置中，非接触电压测量包括探头和电压传感组件，探头包括第一探头和第二探头，电压传感组件包括参考信号源和分压电容，其中：第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；电压传感组件分别与第一耦合电容和第二耦合电容连接，形成电气回路，该方法包括：

在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的波形信息；

若获取到分压电容上的电压的波形信息，则采用第一执行策略测量待测电路的电压；

若未获取到分压电容上的电压的波形信息，则采用第二执行策略测量待测电路的电压；

其中，第一执行策略包括：向电气回路中输入与待测电路的电压同频同相的第四参考电压信号，并检测分压电容上的电压，得到第一电压；向电气回路中输入与待测电路的电压同频反相的第五参考电压信号，并检测分压电容上的电压，得到第二电压；其中，第四参考电压信号和第五参考电压信号的幅值相等；根据第一电压和第二电压计算待测电路的电压；

第二执行策略包括：根据预先存储的参考信号参数生成参考电压信号，参考电压信号包括第六参考电压信号、第七参考电压信号和第八参考电压信号，向电气回路中输入与待测电路的电压同频不同相的第六参考电压信号，并检测电气回路中的电流，得到第六电流；向电气回路中输入与待测电路的电压同频不同相的第七参考电压信号，并检测电气回路中的电流，得到第七电流；向电气回路中输入与待测电路的电压不同频的第八参考电压信号，并检测电气回路中的电流，得到第八电流；其中，第六参考电压信号与第七参考电压信号同频反相幅值相等，根据第六电流、第七电流和第八电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，根据第一电压和第二电压计算待测电路的电压，包括：

将第一电压和第二电压之和与第一电压和第二电压之差的比值确定为电压系数；

根据电压系数与第一参考电压信号的幅值计算待测电路的电压。

第三方面：

一种非接触电压测量装置，应用于非接触电压装置中，非接触电压测量包括探头和电压传感组件，探头包括第一探头和第二探头，其中：第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；电压传感组件分别与第一耦合电容和第二耦合电容连接，形成电气回路，该装置还包括：

参考信号源，用于基于参考信号参数向电气回路中输入参考电压信号，参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，第一参考电压信号与第二参考电压信号同频反相幅值相等，且第一参考电压信号和第二参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位不同，第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同；

检测模块，用于检测将第一参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第一电流；检测将第二参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第二电流，检测将第三参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第三电流；

处理模块，用于根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压。

第四方面：

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面中任一项方法的步骤。

第五方面：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项方法的步骤。

上述非接触电压测量方法、装置、计算机设备和存储介质，涉及电力测试技术领域。本申请实施例通过向电气回路中输入参考电压信号，控制参考电压信号U_r和待测电路的电压U_s之间相位差为θ度和(180°-θ)度，然后基于该两种状态下测得的电气回路中的电流以及电气回路中没有参考电压信号(即第三参考电压信号为零)的情况下测得的电流来计算待测电路的电压，该种装置在测量待测电路的电压时，无需破坏待测电路的绝缘层，且具有结构简单、成本低廉的特点，因此可以降低进行电压测量的成本。

附图说明

图1示出了一种非接触电压测量装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种非接触电压测量方法的流程图；

图3示出了一种方波与正玄波的对应示意图；

图4为本申请实施例提供的一种等效电路图；

图5为本申请实施例提供的一种向量示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种等效电路图；

图7为本申请实施例提供的另一种向量示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种等效电路图；

图9为本申请实施例提供的另一种向量示意图；

图10为本申请实施例提供一种获取参考信号参数的方法的流程图；

图11为本申请实施例提供的另一种非接触电压测量方法的流程图；

图12为本申请实施例提供的一种非接触电压测量装置的框图；

图13为本申请实施例提供的一种计算机设备的框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

现有技术中，对于电力系统输电线的电压检测，通常是采用接触式的电压测量方法，其中，接触式的电压测量方法是指将电磁式互感器的探头与输电线内部的金属导线连接，然后基于电磁感应原理测量输电线上的电压。其中，将电磁式互感器的探头与输电线内部的金属导线连接时，需要首先控制输电线停止供电，然后工作人员将输电线上预留的测量点的绝缘片切开，从而将电磁式互感器的探头与输电线连接在一起。

其中，在架设输电线时，需要在输电线上预留测量点，测量点的绝缘层以拨开，以方便后期连接各种测量设备进行电力测量。而上述接触式的电压测量方法在测量时也要依赖于该些预留的测量点，因此上述测量方法受到测量点的限制，导致灵活性较差。

与此同时，由于电磁式互感器是由铜线和电磁铁绕制而成的，体积庞大且非常沉重。同时，输电线一般架设在远离地面的高空中，因此还需要建设专门的支撑墩，然后通过吊装设备将电磁式互感器安装到支撑墩上之后，才可以将电磁式互感器与输电线进行连接。该过程需要多个人力和多个设备配合，过程繁琐，施工难度较大。

在实际应用中，预留的测量点的绝缘片由于多次破坏，会导致输电线的绝缘损坏，容易发生不安全事故，降低输电线的安全性。

鉴于上述现有技术存在的多种问题，本申请实施例提供一种非接触电压测量装置，该非接触电压测量装置无需破坏输电线的绝缘层即可测量输电线的电压。

下面，将对本申请实施例提供的非接触电压测量方法所涉及到的实施环境进行简要说明。

如图1所示，图1示出了一种非接触电压测量装置的示意图，该非接触电压测量装置包括探头和电压传感组件，其中，探头包括第一探头和第二探头，电压传感组件包括分压电容、参考信号源和处理单元，分压电容与参考信号源串接，处理单元分别与分压电容和参考信号源连接。参考信号源与第一探头连接，分压电容与第二探头连接。

在进行电压测量时，第一探头连接在待测电路上，与待测电路耦合形成第一耦合电容；第二探头连接在零线电路上，与零线电路耦合形成第二耦合电容；第一耦合电容、第二耦合电容和电压传感组件形成电气回路。

电压传感组件还包括电流检测单元，电流检测单元用于检测电气回路中的电流。其中，电压传感组件基于参考信号参数向所述电气回路中输入参考电压信号，所述参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，所述第一参考电压信号与所述第二参考电压信号同频反相幅值相等，且所述第一参考电压信号和所述第二参考电压信号与所述待测电路的电压的频率相同相位不同，所述第三参考电压信号与所述待测电路的电压的频率不相同；检测将所述第一参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第一电流；检测将所述第二参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第二电流，检测将所述第三参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第三电流；根据所述第一电流、所述第二电流和所述第三电流计算所述待测电路的电压。

请参考图2，其示出了本申请实施例提供的一种非接触电压测量方法的流程图，该方法应用于上述图1中的电压传感组件中，该非接触电压测量方法可以包括以下步骤：

步骤201，电压传感组件基于参考信号参数向电气回路中输入参考电压信号，参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号。

本申请实施例中，电压传感组件可以基于脉冲宽度调制PWM(英文：Pulse widthmodulation，简称：PWM)技术确定参考信号参数。

本申请实施例中，电压传感组件可以调用预先存储的参考信号参数。可选的，本申请实施例中，可以在电压传感组件的存储器中预先存储参考信号参数，以供电压传感组件调用。

可选的，本申请实施例中，电压传感组件可以通过波形发生器基于参考信号参数生成参考电压信号。

可选的，参考信号参数包括参考信号的频率、相位和幅值以及信号周期数，其中信号周期数用于表示参考信号参数所对应的参考电压信号的周期数。

本申请实施例中，第一参考电压信号与第二参考电压信号同频反相幅值相等，并且第一参考电压信号和第二参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位不同，第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同。

可选的，第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号的幅值相同。

可选的，第一参考电压信号和第二参考电压信号的幅值大于20伏，小于等于40伏。本申请中可以采用一个较低的参考电压信号来测量较高的待测电压，其中，待测电压的幅值可以是400伏-10千伏。

可选的，本申请实施例中，参考信号参数可以为占空比参数。本申请实施例中，电压传感组件可以基于占空比参数生成目标方波。如图3所示，图3中示出了目标方波的示意图。

无论什么形状的电压波形，只要波形与坐标轴t围成的阴影面积相同，则产生的效果(平均输出电压)是一样的，基于该面积等效原理，如图3所示，可以根据目标方波生成对应的参考电压信号。

通过改变目标方波的波形可以实现改变参考电压信号的波形的目的。通过改变参考信号参数可以改变目标方波的波形。基于此可知，本申请实施例中，通过改变参考信号参数可以产生不同的参考电压信号。

可选的，本申请实施例中，占空比参数包括按序排列的第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数。其中，第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数各不相同。

本申请实施例中，电压传感组件获取参考电压信号的过程包括以下内容：

电压传感组件根据第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数的顺序依次提取，在提取第一占空比参数时，根据第一占空比参数生成第一目标方波，然后根据第一目标方波生成第一参考电压信号。

本申请实施例中，电压传感组件生成第一参考电压信号时，即向电气回路中输入第一参考电压信号时，这两个步骤是同步的，并不存在前后顺序。即向电气回路中输入第一参考电压信号的动作结束之后，电压传感组件才会执行生成第二参考电压信号以及向电气回路输入第二参考电压信号的动作，第三参考电压信号的生成和输入方式与上述方式相同。

第一参考电压信号可以包括多个第一参考电压信号波，当多个第一参考电压信号波均输入到电气回路中之后，电压传感组件自动提取第二占空比参数，并根据第二占空比参数生成第二目标方波，根据第二目标方波生成第二参考电压信号。当第二参考电压信号输入完成后，电压传感组件无间隔地提取第三占空比参数，并根据第三占空比参数生成第三目标方波，根据第三目标方波生成第三参考电压信号。

步骤202，电压传感组件检测将第一参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第一电流；检测将第二参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第二电流，检测将第三参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第三电流。

本申请实施例中，电压传感组件将第一参考电压信号输入至电气回路中时，其等效电路图如图4所示，在某一时刻，由电压传感组件产生一个幅值为Ur，频率为工频fs的参考电压信号(即第一参考电压信号)。第一参考电压信号投入电气回路以后，由于第一参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位相同，因此可以认为，第一参考电压信号和待测电路的电压Us存在一个相位差θ。考虑到第一参考电压信号和待测电路的电压频率相同，因此两者的向量图如图5所示。

在向量图上，第一参考电压信号Ur和待测电路的电压Us以相同的角频率ws一起旋转，第一参考电压信号Ur时刻领先待测电路的电压Us相位差θ。

当第一参考电压信号Ur时刻领先待测电路的电压Us相位差θ的时候，电压传感组件中的电流表检测到的电流为I₁，整个回路的合成电动势U₁描述为：

角频率w_s的表达式为：w_s＝2πf_s。

在电压传感组件将第一参考电压信号输入至电气回路这个动作执行结束之后，电压传感组件可以将第二参考电压信号输入至电气回路中，其等效电路图如图6所示。在第一参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位相同的情况下，第二参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位相反。此时待测电路的电压U_s领先第二参考电压信号-U_r相位差(180°-θ)。

当待测电路的电压U_s领先第二参考电压信号-U_r相位差(180°-θ)的时候，两者的向量图如图7所示。电压传感组件中的电流表检测到的电流为I₂，整个回路的合成电动势U₂描述为：

在电压传感组件将第二参考电压信号输入至电气回路这个动作执行结束之后，电压传感组件可以将第三参考电压信号输入至电气回路中。其等效电路图如图8所示。本申请实施例中，第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同。

可选的，本申请实施例中，第三参考电压信号的幅值与第一参考电压信号和第二参考电压信号的幅值相同。

由于第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同，例如第三参考电压信号的幅值为Ur，频率为fr。这种情况下，电压传感组件中的电流表检测到的电流，然后从电流中分离出频域fr对应的电流，即第三电流I_r。

步骤203，电压传感组件根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压。

可选的，本申请实施例中，电压传感组件可以将第一电流、第二电流和第三电流输入至预先设置好的运算模型中，通过运算模型得到待测电路的电压。

可选的，本申请实施例中，电压传感组件根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压的过程包括：根据第三电流和第一参考电压信号的幅值计算电气回路中的等效电容；根据等效电容、第一电流和第二电流计算待测电路的电压。

本申请实施例中，在电气回路中单独施加第三参考电压信号时，电压和电流的关系可以表示为

因此可以推导出电气回路中的等效电容C的表达式为：

其中，U_r，f_r，I_r均为测量量或者已知量，因此可以计算得到等效电容。

本申请实施例中，电气回路中的电动势U₁，U₂，以及待测电路的电压U_s、第一参考电压信号U_r以及第二参考电压信号-U_r之间的向量图关系如图9所示。

根据余弦定理，对式(1)和式(2)进行变形可以得到推导出合成电动势U₁，U₂，待测电路的电压U_s和参考电压信号Ur之间的三角函数关系：

联立式(3)和式(4)可以推导出待测电路的电压U_s的表达式为：

设整个电气回路的等效电容为C，根据欧姆定律有：

代入待测电路的电压U_s的表达式可以化简为：

其中，等效电容C的表达式为：

代入待测电路的电压U_s的表达式可以化简为：

根据该式可以计算得到待测电路的电压。

本申请实施例中，通过向电气回路中输入参考电压信号，控制参考电压信号U_r和待测电路的电压U_s之间相位差为θ度和(180°-θ)度，然后基于该两种状态下测得的电气回路中的电流以及电气回路中没有参考电压信号(即第三参考电压信号为零)的情况下测得的电流来计算待测电路的电压，该种装置在测量待测电路的电压时，无需破坏待测电路的绝缘层，且具有结构简单、成本低廉的特点，因此可以降低进行电压测量的成本。

本申请实施例中，可以实现通过幅值较小的参考信号检测高压输电线路的电压的目的。

进一步的，由于第一参考电压信号和第二参考电压信号的幅值较小，因此降低了该非接触电压测量方法的实现难度。

最后，本申请实施例中，可以对输电线中的任意位置的电压进行测量，因此更加灵活方便。

在本申请的另一个实施例中，如图10所示，该非接触电压测量方法还包括以下内容：

步骤1001，电压传感组件在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的频率和相位信息。

本申请实施例中，在参考信号源的输出电压为零的情况下，参考信号源相当于一根导线，这种情况下，分压电容上的电压与待测电路的电压同频同相，因此，分压电容上的电压的波形信息可以用于反映待测电路的电压的波形信息。

电压传感组件可以包括依次连接的放大电路、模数转换电路和傅里叶变换电路，其中，放大电路连接在分压电容的两端，可以将分压电容上的电压进行放大处理，该放大处理仅体现在对输出电压的幅值进行放大，而不会对频率和相位进行改变。在放大之后可以经由模数转换电路将放大后的输出电压从模拟信号转换为离散数字信号，并将离散数字信号发送至傅里叶变换电路。傅里叶变换电路可以对离散数字信号进行频谱分析，得到分压电容上的电压的频率和相位信息。

步骤1002，电压传感组件根据频率和相位信息确定对应第一参考电压信号的第一频率和第一相位、对应第二参考电压信号的第二频率和第二相位以及对应第三参考电压信号的第三频率和第三相位。

得到分压电容上的电压的频率和相位信息即表示得到待测电路的电压的频率和相位信息。本申请实施例中，电压传感组件根据分压电容上的电压的频率和相位信息以及预设的频率增量和相位增量生成第一参考电压信号的频率和相位、第二参考电压信号的频率和相位以及第三参考电压信号的频率和相位。

例如，确定对应第一参考电压信号的第一频率和第一相位的方法例如是：设定频率增量为0，对分压电容上的电压的频率和频率增量求和，得到对应第一参考电压信号的第一频率。设定相位增量为θ，对分压电容上的电压的相位和相位增量求和，得到第一参考电压信号的第一相位。

由于第二参考电压信号与第一参考电压信号同频反相等幅值，因此可以基于第一频率和第一相位确定对应第二参考电压信号的第二频率和第二相位。

由于第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同，因此可以设定频率增量为预设数值，然后将分压电容上的电压的频率和频率增量求和，得到对应第三参考电压信号的第三频率。其中，第三参考电压信号的幅值与第一参考电压信号和第二参考电压信号相等，第三参考电压信号的相位与待测电路的电压的相位相等，可以将分压电容上的电压的相位确定为第三相位。

步骤1003，电压传感组件根据第一频率和第一相位，第二频率和第二相位以及第三频率和第三相位获取参考信号参数。

本申请实施例中，电压传感组件可以基于第一频率和第一相位确定第一占空比数据，基于第二频率和第二相位确定第二占空比数据，基于第三频率和第三相位确定第三占空比数据。

然后将第一占空比数据、第二占空比数据和第三占空比数据组合形成参考信号参数。参考信号参数用于供参考信号源生成参考电压信号。

本申请实施例中，可以基于待测电路的电压的频率和相位信息(即分压电容上的电压的频率和相位信息)确定第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，以便于为后续测量工作做好准备。提高了测量的准确度。

在本申请的另一个实施例中，如图11所示，提供另一种非接触电压测量方法，该方法包括：

步骤1101，电压传感组件在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的波形信息。

本申请实施例中，在参考信号源的输出电压为零的情况下，参考信号源相当于一根导线，这种情况下，分压电容上的电压与待测电路的电压同频同相，因此，分压电容上的电压的波形信息可以用于反映待测电路的电压的波形信息。

基于此，本申请实施例中，电压传感组件在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的波形信息，以便于获取待测电路的电压的信息。

可选的，本申请实施例中，分压电容上的电压的波形信息包括分压电容上的电压的频率和相位。

可选的，本申请实施例中，电压传感组件中可以设置有锁相电路，其中，锁相电路可以用于对分压电容上的电压进行频率和相位跟踪，从而获得分压电容上的电压的波形信息。

本申请实施例中，锁相电路包括相位检测器、低通滤波器、压控振荡器和反馈电路，其基本工作过程是：相位检测器用来比较输入信号和反馈信号的相位偏差，并产生一个误差电压Vc(t)。误差电压中的高频成分(包括噪声中的高频成分)被低通滤波器滤除，形成控制电压Vd(t)。在控制电压作用下，压控振荡器的频率和相位逐渐接近环路输入信号的频率和相位。若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号频率相同，在满足稳定性条件下，就会在这个频率上稳定下来。达到稳定后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压为一固定值，这时电路就进入“锁定”状态。当锁定后，压控振荡器能使输出信号的频率跟随输入信号的频率改变，输入与输出信号保持同步。这就是信号同步电路工作的过程。

步骤1102，若获取到分压电容上的电压的波形信息，则电压传感组件采用第一执行策略测量待测电路的电压。

在锁相电路锁相成功的情况下，电压传感组件可以获取到分压电容上的电压的波形信息，这种情况下，电压传感组件可以获取到分压电容上的电压(也即是待测电路的电压)的频率和相位。

基于此，本申请实施例中，电压传感组件可以通过参考信号源生成与待测电路的电压同频同相的第四参考电压信号，并将第四参考电压信号输入到电气回路中，与此同时，电压传感组件可以检测分压电容上的电压，得到第一电压U1。当第四参考电压信号输入完成之后，电压传感组件可以通过参考信号源生成与待测电路的电压同频反相的第五参考电压信号，并将第五参考电压信号输入到电气回路中，与此同时，电压传感组件可以检测分压电容上的电压，得到第二电压U2。

其中，第四参考电压信号和第五参考电压信号的幅值相等，均可以表示为Ur。

需要说明的是，本申请实施例中，为了保证第四参考电压信号和第五参考电压信号与待测电路的电压的相位的相对关系，需要在待测电路的电压的信号过零点的时候，立即将第四参考电压信号或者第五参考电压信号输入到电气回路中。

在获取到第一电压和第二电压之后，根据第一电压和第二电压计算待测电路的电压。

其中，将第一电压和第二电压之和与第一电压和第二电压之差的比值确定为电压系数；根据电压系数与第一参考电压信号的幅值计算待测电路的电压。

步骤1103，若未获取到分压电容上的电压的波形信息，则电压传感组件采用第二执行策略测量待测电路的电压。

在实际应用中，锁相电路进行锁相时，可能会出现锁相失败的情况，当锁相失败时，由于无法获取到分压电容上的电压(也即是待测电路的电压)的频率和相位，也就无法基于分压电容上的电压(也即是待测电路的电压)的频率和相位确定参考电压信号。

这种情况下，电压传感组件采用第二执行策略测量待测电路的电压。其中，电压传感组件可以调用预先存储的参考信号参数生成参考电压信号，其中，参考电压信号包括第六参考电压信号、第七参考电压信号和第八参考电压信号。

其中，电压传感组件根据参考信号参数生成第六参考电压信号时，即向电气回路中输入第六参考电压信号时，这两个步骤之间不存在先后顺序，是同时进行的。生成第七参考电压信号时，即向电气回路中输入第七参考电压信号时，生成第八参考电压信号时，即向电气回路中输入第八参考电压信号时。

其中，第六参考电压信号与待测电路的电压同频不同相，第七参考电压信号与待测电路的电压同频不同相，第六参考电压信号和第七参考电压信号同频反相幅值相等。第八参考电压信号与待测电路的电压不同频。第八参考电压信号的幅值与第六参考电压信号和第七参考电压信号的幅值相等。

本申请实施例中，电压传感组件向电气回路中输入第六参考电压信号的过程中，可以检测电气回路中的电流，得到第六电流；在第六参考电压信号输入结束之后，电压传感组件向电气回路中输入第七参考电压信号，并在此过程中检测电气回路中的电流，得到第七电流；在第七参考电压信号输入结束之后，电压传感组件向电气回路中输入第八参考电压信号，并在此过程中检测电气回路中的电流，得到第八电流；最后，电压传感组件根据第六电流、第七电流和第八电流计算待测电路的电压。

其中，第八参考电压信号与待测电路的电压不同频，第八电流是指第八参考电压信号的频率对应的电流。

本申请实施例中，电压传感组件可以将第六电流、第七电流和第八电流输入到预先设置好的运算模型中，得到运算模型输出的待测电路的电压。

本申请实施例提供的非接触电压测量方法，首先采用锁相电路对待测电路的电压的频率和相位进行跟踪锁定，在锁相成功的情况下，基于锁相得到的频率和相位生成第四参考电压信号和第五参考电压信号，并基于此计算待测电路的电压。而在锁相失败的情况下，通过调用预先存储的参考信号参数生成参考电压信号，并基于第六参考电压信号、第七参考电压信号和第八参考电压信号计算待测电路的电压。该种方式可以确保能够计算得到待测电路的电压。

需要说明的是，上述实施例中的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”……等表述仅用于区分，不代表先后顺序。

应该理解的是，虽然图2-11的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-11中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图12所示，提供了一种非接触电压测量装置1200，包括：包括探头和电压传感组件，探头包括第一探头和第二探头，其中：第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；电压传感组件分别与第一耦合电容和第二耦合电容连接，形成电气回路，装置还包括：

参考信号源1201，用于基于参考信号参数向电气回路中输入参考电压信号，参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，第一参考电压信号与第二参考电压信号同频反相幅值相等，且第一参考电压信号和第二参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位不同，第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同；

检测模块1202，用于检测将第一参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第一电流；检测将第二参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第二电流，检测将第三参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第三电流；

处理模块1203，用于根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，处理模块1203具体用于：

根据第三电流和第一参考电压信号的幅值计算电气回路中的等效电容；根据等效电容、第一电流和第二电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，参考信号参数包括占空比参数，参考信号源1201具体用于：根据占空比参数生成目标方波，并根据目标方波生成参考电压信号。

在其中一个实施例中，占空比参数包括按序排列的第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数，参考信号源1201具体用于：

根据第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数的顺序，依次根据第一占空比参数生成第一目标方波，根据第一目标方波生成第一参考电压信号；根据第二占空比参数生成第二目标方波，根据第二目标方波生成第二参考电压信号；根据第三占空比参数生成第三目标方波，根据第三目标方波生成第三参考电压信号。

在其中一个实施例中，电压传感组件包括参考信号源和分压电容，参考信号源与第一探头连接，分压电容和第二探头连接，处理模块1203具体用于：

在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的频率和相位信息；根据频率和相位信息确定对应第一参考电压信号的第一频率和第一相位、对应第二参考电压信号的第二频率和第二相位以及对应第三参考电压信号的第三频率和第三相位；根据第一频率和第一相位，第二频率和第二相位以及第三频率和第三相位获取参考信号参数。

关于非接触电压测量装置的具体限定可以参见上文中对于非接触电压测量方法的限定，在此不再赘述。上述非接触电压测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储参考信号参数。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种非接触电压测量方法。

本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

基于参考信号参数向电气回路中输入参考电压信号，参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，第一参考电压信号与第二参考电压信号同频反相幅值相等，且第一参考电压信号和第二参考电压信号与待测电路的电压的频率相同相位不同，第三参考电压信号与待测电路的电压的频率不相同；

检测将第一参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第一电流；检测将第二参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第二电流，检测将第三参考电压信号输入至电气回路时，电气回路中的电流，得到第三电流；

根据第一电流、第二电流和第三电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

根据第三电流和第一参考电压信号的幅值计算电气回路中的等效电容；

根据等效电容、第一电流和第二电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，参考信号参数包括占空比参数，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

根据占空比参数生成目标方波，并根据目标方波生成参考电压信号。

在其中一个实施例中，占空比参数包括按序排列的第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

根据第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数的顺序，依次根据第一占空比参数生成第一目标方波，根据第一目标方波生成第一参考电压信号；根据第二占空比参数生成第二目标方波，根据第二目标方波生成第二参考电压信号；根据第三占空比参数生成第三目标方波，根据第三目标方波生成第三参考电压信号。

在其中一个实施例中，电压传感组件包括参考信号源和分压电容，参考信号源与第一探头连接，分压电容和第二探头连接，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的频率和相位信息；

根据频率和相位信息确定对应第一参考电压信号的第一频率和第一相位、对应第二参考电压信号的第二频率和第二相位以及对应第三参考电压信号的第三频率和第三相位；

根据第一频率和第一相位，第二频率和第二相位以及第三频率和第三相位获取参考信号参数。

在其中一个实施例中，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

在参考信号源的输出电压为零的情况下，测量分压电容上的电压的波形信息；

若获取到分压电容上的电压的波形信息，则采用第一执行策略测量待测电路的电压；

若未获取到分压电容上的电压的波形信息，则采用第二执行策略测量待测电路的电压；

其中，第一执行策略包括：向电气回路中输入与待测电路的电压同频同相的第四参考电压信号，并检测分压电容上的电压，得到第一电压；向电气回路中输入与待测电路的电压同频反相的第五参考电压信号，并检测分压电容上的电压，得到第二电压；其中，第四参考电压信号和第五参考电压信号的幅值相等；根据第一电压和第二电压计算待测电路的电压；

第二执行策略包括：根据预先存储的参考信号参数生成参考电压信号，参考电压信号包括第六参考电压信号、第七参考电压信号和第八参考电压信号，向电气回路中输入与待测电路的电压同频不同相的第六参考电压信号，并检测电气回路中的电流，得到第六电流；向电气回路中输入与待测电路的电压同频不同相的第七参考电压信号，并检测电气回路中的电流，得到第七电流；向电气回路中输入与待测电路的电压不同频的第八参考电压信号，并检测电气回路中的电流，得到第八电流；其中，第六参考电压信号与第七参考电压信号同频反相幅值相等，根据第六电流、第七电流和第八电流计算待测电路的电压。

在其中一个实施例中，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：将第一电压和第二电压之和与第一电压和第二电压之差的比值确定为电压系数；

根据电压系数与第一参考电压信号的幅值计算待测电路的电压。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种非接触电压测量方法，其特征在于，应用于非接触电压测量装置中，所述非接触电压测量包括探头和电压传感组件，所述探头包括第一探头和第二探头，其中：所述第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；所述第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；所述电压传感组件分别与所述第一耦合电容和所述第二耦合电容连接，形成电气回路，所述方法包括：

基于参考信号参数向所述电气回路中输入参考电压信号，所述参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，所述第一参考电压信号、所述第二参考电压信号和所述第三参考电压信号的幅值相等，所述第一参考电压信号与所述第二参考电压信号同频反相，且所述第一参考电压信号和所述第二参考电压信号与所述待测电路的电压的频率相同相位不同，所述第三参考电压信号与所述待测电路的电压的频率不相同；

检测将所述第一参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第一电流；检测将所述第二参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第二电流，检测将所述第三参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第三电流；

根据所述第一电流、所述第二电流和所述第三电流计算所述待测电路的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电流、所述第二电流和所述第三电流计算所述待测电路的电压，包括：

根据所述第三电流和所述第一参考电压信号的幅值计算所述电气回路中的等效电容；

根据所述等效电容、所述第一电流和所述第二电流计算所述待测电路的电压。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考信号参数包括占空比参数，所述基于所述参考信号参数生成参考电压信号，包括：

根据所述占空比参数生成目标方波，并根据所述目标方波生成所述参考电压信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述占空比参数包括按序排列的第一占空比参数、第二占空比参数和第三占空比参数，所述根据所述占空比参数生成目标方波，并根据所述目标方波生成所述参考电压信号，包括：

根据所述第一占空比参数、所述第二占空比参数和所述第三占空比参数的顺序，依次根据所述第一占空比参数生成第一目标方波，根据所述第一目标方波生成所述第一参考电压信号；根据所述第二占空比参数生成第二目标方波，根据所述第二目标方波生成所述第二参考电压信号；根据所述第三占空比参数生成第三目标方波，根据所述第三目标方波生成所述第三参考电压信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压传感组件包括参考信号源和分压电容，所述参考信号源与所述第一探头连接，所述分压电容和所述第二探头连接，所述方法还包括：

在所述参考信号源的输出电压为零的情况下，测量所述分压电容上的电压的频率和相位信息；

根据所述频率和相位信息确定对应所述第一参考电压信号的第一频率和第一相位、对应所述第二参考电压信号的第二频率和第二相位以及对应所述第三参考电压信号的第三频率和第三相位；

根据所述第一频率和所述第一相位，所述第二频率和所述第二相位以及所述第三频率和所述第三相位获取所述参考信号参数。

6.一种非接触电压测量方法，其特征在于，应用于非接触电压测量装置中，所述非接触电压测量包括探头和电压传感组件，所述探头包括第一探头和第二探头，所述电压传感组件包括参考信号源和分压电容，其中：所述第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；所述第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；所述电压传感组件分别与所述第一耦合电容和所述第二耦合电容连接，形成电气回路，所述方法包括：

在所述参考信号源的输出电压为零的情况下，测量所述分压电容上的电压的波形信息；

若获取到所述分压电容上的电压的波形信息，则采用第一执行策略测量所述待测电路的电压；

若未获取到所述分压电容上的电压的波形信息，则采用第二执行策略测量所述待测电路的电压；

其中，所述第一执行策略包括：向所述电气回路中输入与所述待测电路的电压同频同相的第四参考电压信号，并检测所述分压电容上的电压，得到第一电压；向所述电气回路中输入与所述待测电路的电压同频反相的第五参考电压信号，并检测所述分压电容上的电压，得到第二电压；其中，所述第四参考电压信号和所述第五参考电压信号的幅值相等；根据所述第一电压和所述第二电压计算所述待测电路的电压；

所述第二执行策略包括：根据预先存储的参考信号参数生成参考电压信号，所述参考电压信号包括第六参考电压信号、第七参考电压信号和第八参考电压信号，向所述电气回路中输入与所述待测电路的电压同频不同相的第六参考电压信号，并检测所述电气回路中的电流，得到第六电流；向所述电气回路中输入与所述待测电路的电压同频不同相的第七参考电压信号，并检测所述电气回路中的电流，得到第七电流；向所述电气回路中输入与所述待测电路的电压不同频的第八参考电压信号，并检测所述电气回路中的电流，得到第八电流；其中，所述第六参考电压信号、所述第六参考电压信号和所述第八参考电压信号的幅值相等，所述第六参考电压信号与所述第七参考电压信号同频反相，根据所述第六电流、所述第七电流和所述第八电流计算所述待测电路的电压。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电压和所述第二电压计算所述待测电路的电压，包括：

将所述第一电压和所述第二电压之和与所述第一电压和所述第二电压之差的比值确定为电压系数；

根据所述电压系数与所述第四参考电压信号的幅值计算所述待测电路的电压。

8.一种非接触电压测量装置，其特征在于，包括探头和电压传感组件，所述探头包括第一探头和第二探头，其中：所述第一探头，用于与待测电路耦合形成第一耦合电容；所述第二探头，用于与零线电路耦合形成第二耦合电容；所述电压传感组件分别与所述第一耦合电容和所述第二耦合电容连接，形成电气回路，所述装置还包括：

参考信号源，用于基于参考信号参数向所述电气回路中输入参考电压信号，所述参考电压信号包括第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号，其中，所述第一参考电压信号与所述第二参考电压信号同频反相幅值相等，且所述第一参考电压信号和所述第二参考电压信号与所述待测电路的电压的频率相同相位不同，所述第三参考电压信号与所述待测电路的电压的频率不相同；

检测模块，用于检测将所述第一参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第一电流；检测将所述第二参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第二电流，检测将所述第三参考电压信号输入至所述电气回路时，所述电气回路中的电流，得到第三电流；

处理模块，用于根据所述第一电流、所述第二电流和所述第三电流计算所述待测电路的电压。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

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