CN113341203B - 电压测量装置、电压测量方法和存储介质 - Google Patents

电压测量装置、电压测量方法和存储介质 Download PDF

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CN113341203B CN202110656388.0A CN202110656388A CN113341203B CN 113341203 B CN113341203 B CN 113341203B CN 202110656388 A CN202110656388 A CN 202110656388A CN 113341203 B CN113341203 B CN 113341203B
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Abstract

本申请涉及一种电压测量装置、电压测量方法和存储介质，该电压测量装置包括探头和测量单元，测量单元包括测量电容和处理器，其中，探头活动性套设于直流输电线的外绝缘表层，探头与直流输电线相对的表面上设置有金属电极，该金属电极与直流输电线之间产生耦合电容，直流输电线通过该耦合电容与测量电容建立电气连接；处理器与测量电容连接，用于向测量电容输入参考电压信号，并确定测量电容的输出电压波形，根据输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，输出电压波形包括直流输电线作用下的直流电压分量，以及参考电压信号作用下的交流电压分量；能够实现非接触式直流输电线的电压检测，提高电压检测效率。

Description

电压测量装置、电压测量方法和存储介质
技术领域
本申请涉及电力系统测量技术领域，特别是涉及一种电压测量装置、电压测量方法和存储介质。
背景技术
为了确保电力系统的正常运行，通常需要对电力系统输电线路的电压电流进行检测，来保证电力系统的稳定运行或者故障预警。
传统技术中，大多采用电压互感器对输电线路的电压进行检测，具体为：在断电的情况下，将待测线路的预留节点处的绝缘层拨开，将电压互感器的一次侧与绝缘层内部的导线连接，在通电后，通过测量电压互感器的二次侧电压来计算待测线路的电压。
然而，现有的电压测量方法由于需要接线和拆线操作，且电压互感器的体积笨重，不易安装，导致电压测量的效率较低，进而还可能造成待测线路的绝缘损坏，故安全性较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种便于安装且能够提高输电线的电压检测效率和检测安全性的电压测量装置、电压测量方法和存储介质。
第一方面，提供了一种电压测量装置，包括探头和测量单元，该测量单元包括测量电容和处理器，其中，探头活动性套设于直流输电线的外绝缘表层，探头内与直流输电线相对的表面上设置有金属电极，该金属电极与直流输电线之间产生耦合电容，直流输电线通过该耦合电容与测量电容建立电气连接；
处理器，用于向该测量电容输入参考电压信号，并确定测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线作用下的直流电压分量，以及参考电压信号作用下的交流电压分量。
在其中一个实施例中，处理器，具体用于根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；
处理器，还用于根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；
处理器，用于根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在其中一个实施例中，处理器，具体用于将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000021
的关系式，其中，|v1|为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000022
为电压相位差。
在其中一个实施例中，该探头的外表面上设置有屏蔽外壳。
在其中一个实施例中，该测量单元还包括：参考信号源；
处理器，用于控制参考信号源产生参考电压信号，并向测量电容输入该参考电压信号。
在其中一个实施例中，上述测量单元还包括：放大电路；该放大电路并联连接在测量电容的两端，放大电路的输出端与处理器连接；
该放大电路，用于将测量电容两端的电压波形进行放大处理后，输出至处理器。
在其中一个实施例中，上述测量单元还包括：模数转换电路；上述放大电路的输出端经模数转换电路与处理器连接；
该模数转换电路，用于对放大处理后的电压波形进行模数转换处理，并将模数转换后的结果输出至处理器。
在其中一个实施例中，上述测量单元还包括：信号处理器；上述放大电路的输出端与上述模数转换电路的输入端连接，上述模数转换电路的输出端与该信号处理器的输入端连接，该信号处理器的输出端与处理器连接；
该信号处理器，用于对模数转换后的结果进行分析，得到第一电压幅值和第二电压幅值。
在其中一个实施例中，上述测量单元还包括：显示装置和屏蔽外壳；
该显示装置与处理器连接，用于显示直流输电线的电压波形；该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压；
该屏蔽外壳包裹在测量单元的外围，用于屏蔽外界环境对测量单元的电气耦合。
第二方面，提供了一种电压测量方法，应用于电压测量装置，该电压测量装置包括探头和测量单元，该测量单元包括测量电容，该方法包括：
向测量电容输入参考电压信号；
确定该测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线作用下的直流电压分量和参考电压信号作用下的交流电压分量。
在其中一个实施例中，根据输出电压波形确定直流输电线的电压，包括：
根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；
根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；
根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在其中一个实施例中，根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压，包括：
将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000031
的关系式，其中，|v1|为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000032
为电压相位差。
在其中一个实施例中，该方法还包括：控制参考信号源产生参考电压信号，并向测量电容输入该参考电压信号。
在其中一个实施例中，该方法还包括：向显示装置发送直流输电线的电压波形，以使显示装置显示该直流输电线的电压波形；该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压。
第三方面，提供了一种电压测量装置，该装置包括：
输入模块，用于向测量电容输入参考电压信号；
确定模块，用于确定该测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线单一作用下的直流电压分量，以及参考电压信号单一作用下的交流电压分量。
第四方面，提供了一种电压测量装置，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现上述第二方面中的任一方法的步骤。
第五方面，提供了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二方面中的任一方法的步骤。
上述电压测量装置、电压测量方法和存储介质，该电压测量装置包括探头和测量单元，测量单元包括测量电容和处理器，其中，探头活动性套设于直流输电线的外绝缘表层，探头与直流输电线相对的表面上设置有金属电极，该金属电极与直流输电线之间产生耦合电容，直流输电线通过该耦合电容与测量电容建立电气连接；处理器与测量电容连接，用于向测量电容输入参考电压信号；并确定测量电容的输出电压波形，根据输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，输出电压波形包括直流输电线作用下的直流电压分量，以及参考电压信号作用下的交流电压分量；也就是说，本申请实施例中，在测量直流输电线的电压时，仅需将探头套设在该直流输电线的外绝缘表层上，而无需将直流输电线的绝缘层拨开，再将探头与该绝缘层内部的导线连接，即本实施例中的探头无需与直流输电线有金属接触，且无需对直流输电线进行停电操作，能够实现直流输电线电压的非接触式测量，从而避免了现有技术中接触式测量的接线和拆线工作，安装简单，极大地提高了电压测量效率；同时，本实施例中的电压测量装置无需破坏输电线的绝缘层，能够避免对直流输电线绝缘层的损坏，提高输电线的安全性；另外，本实施例中的电压测量装置在将探头套设在直流输电线的外绝缘表层之后，输出参考电压信号，并根据获取到的测量电容的输出电压波形，即可确定出直流输电线的电压，通过该方式可以准确计算出直流输电线的电压，能够提高对直流输电线的电压测量的准确性。
附图说明
图1为一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图2为一个实施例中电气回路的等效电路图；
图3为一个实施例中直流输电线单独作用时的等效电路图；
图4为一个实施例中参考信号源单独作用时的等效电路图；
图5为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图6为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图7为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图8为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图9为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图10为一个实施例中电压测量方法的流程示意图；
图11为一个实施例中电压测量装置的结构框图；
图12为一个实施例中电压测量装置的内部结构图。
附图参数说明：
100：直流输电线；10：探头；20：测量单元；201：测量电容；
202：参考信号源；203：处理器；204：电源模块；205：放大电路；
206：模数转换电路；207：信号处理器；208：显示装置；209：屏蔽外壳。
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用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的电压测量装置，适用于电力系统测量技术领域，用于电力系统的电压检测。本实施例中的电压测量装置可以实现非接触式的电压测量，提高电压检测的效率和安全性，以及电压检测的准确性。
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，也就是，需要在输电线停电的前提下，将电压互感器的探头与输电线内部的金属导线连接，需要进行复杂的接线和拆线工作，且需要实时检测探头与金属导线的接触情况，其接触面的好坏直接影响检测结果的可靠性和准确性，导致电压测量的效率较低；同时，由于电压互感器的体积庞大、价格昂贵、在发生短路时还存在爆炸的危险，另在安装时还需要将电压互感器放置在有一定高度的支撑柱上，人力财力成本较高，且安全性较低；以及，电压互感器仅能对输电线的低频交流信号进行检测，其检测范围受限；另外，现有技术中接触式的电压测量方法必须在输电线架设的初期，设置电压测量节点，该电压测量节点处的绝缘表层易拨开，以便后期方便在预设的电压测量节点处连接电压互感器，进行电压测量，因此，现有技术中接触式的电压测量方法在进行输电线的电压检测时，易受电压测量节点的限制；在实际的电压测量时，较多复杂的环境中经常会存在无法剥离绝缘层，或是存在不便破坏绝缘层的情况，导致电压测量的灵活性较差；且现有技术中对输电线绝缘表层的破坏，容易造成输电线的绝缘损坏，容易形成火花，导致不安全事故，即安全性较低。
因此，本申请实施例中提供的电压测量装置，在不破坏输电线绝缘表层的情况下，可以活动套设在直流输电线的外绝缘表层，也就是说，本实施例中的电压测量装置可以灵活检测直流输电线的任一位置处的电压，能够解决现有技术中电压互感器的检测效率低、安全性低、成本高以及灵活性差的问题；采用本实施例中的电压测量装置，能够在探头套设在直流输电线上时，通过探头与直流输电线之间的电气耦合作用，对直流输电线的电压进行检测，提高了电压检测的效率。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图1为一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图1所示，该电压测量装置包括探头10和测量单元20，该测量单元20包括测量电容201和处理器203，其中，探头10活动性套设于直流输电线100的外绝缘表层，探头10内与直流输电线100相对的表面上设置有金属电极，该金属电极与直流输电线100之间产生耦合电容，直流输电线100通过该耦合电容与测量电容201建立电气连接；处理器203，与测量电容201连接，用于向测量电容201输入参考电压信号，并确定测量电容201的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线作用下的直流电压分量，以及参考电压信号作用下的交流电压分量。
可选地，探头10可以为两个嵌套圆环组成的圆柱形结构，该圆柱形探头的内侧(也就是与直流输电线相对的表面)设置有导电极板，即金属电极，该金属电极与测量单元20连接；该圆柱形探头的外侧可以采用绝缘材料；对于探头10套设于直流输电线100的外绝缘表层上的方式，可选地，该探头可以采用夹钳结构，将探头夹在直流输电线100的外绝缘表层上；也可以采用其他结构，例如：卡扣结构等；需要说明的是，本实施例中对将探头套设于直流输电线的外绝缘表层上的方式并不做限定。
可选地，测量电容201可以是一个电容，也可以是多个串并联在一起的电容，本实施例对测量电容201的形式并不做限定；处理器203可以是微处理器、嵌入式处理器以及专用的数字信号处理器等，本实施例对处理器203的类型并不做限定；本实施例中的测量单元20还包括电源模块204，该电源模块204为处理器203提供工作电压，该电源模块204可以为锂电池，也可以为其他能够提供电源的硬件结构。
根据图1所示，直流输电线100为电力系统中的一部分，电力系统整体接地，相当于直流输电线100的一端接地，本实施例中的测量单元20也接地，也就是，处理器203接地，测量单元20的接地点与直流输电线100接地点之间通过接地阻抗RG和寄生电容CG形成电气闭合；在将探头10活动性套设于直流输电线100的外绝缘表层之后，探头内的金属电极与直流输电线之间电气耦合，形成耦合电容，在该耦合电容的作用下，直流输电线与测量电容之间形成电气连接；且由于直流输电线100上电压的存在，直流输电线100的电势相对于探头10中的金属电极的电势较高，因此，直流输电线100与该金属电极之间存在电荷移动，进而测量电容与金属电极之间也存在电荷移动，以使测量电容上存在直流输电线的电压作用下的直流电压分量；另外，直流输电线与测量电容之间形成电气连接，也就是，直流输电线与整个测量单元形成电气回路，该电气回路中包括直流输电线电压VX、探头与直流输电线之间的耦合电容CX、测量电容Csen、接地阻抗RG以及寄生电容CG，另外，由于处理器向测量电容输入参考电压信号，因此，在该电气回路中还可以等效包含一个参考信号源vR，该参考信号源可以输出参考电压信号，该电气回路的等效电路图可以如图2所示。
参考图2，可知，直流输电线对测量电容的作用，使得测量电容上存在直流电压分量，参考电压信号源对测量电容的作用，使得测量电容上存在交流电压分量，那么，处理器在获取到测量电容的输出电压波形时，该输出电压波形包括直流输电线单一作用下的直流电压分量，以及参考电压信号单一作用下的交流电压分量，进而，处理器可以根据该输出电压波形，确定直流输电线的电压。
可选地，处理器可以控制参考信号源输出多种不同的参考电压信号，每个参考电压信号的频率和幅值可以不同，并可以获取每一个参考电压信号分别作用下的测量电容的输出电压波形，得到多个输出电压波形，每一个输出电压波形均包括直流输电线的电压作用下的直流电压分量和参考电压信号作用下的交流电压分量；进而，可以通过对多个输出电压波形的分析，确定出直流输电线的电压。
上述电压测量装置，包括探头和测量单元，测量单元包括测量电容和处理器，其中，探头活动性套设于直流输电线的外绝缘表层，探头内与直流输电线相对的表面上设置有金属电极，该金属电极与直流输电线之间产生耦合电容，直流输电线通过该耦合电容与测量电容建立电气连接；处理器与测量电容连接，用于向测量电容输入参考电压信号，并确定测量电容的输出电压波形，根据输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，输出电压波形包括直流输电线作用下的直流电压分量，以及参考电压信号作用下的交流电压分量；也就是说，本申请实施例中，在测量直流输电线的电压时，仅需将探头套设在该直流输电线的外绝缘表层上，而无需将直流输电线的绝缘层拨开，再将探头与该绝缘层内部的导线连接，即本实施例中的探头无需与直流输电线有金属接触，且无需对直流输电线进行停电操作，能够实现直流输电线电压的非接触式测量，从而避免了现有技术中接触式测量的接线和拆线工作，安装简单，极大地提高了电压测量效率；同时，本实施例中的电压测量装置无需破坏输电线的绝缘层，能够避免对直流输电线绝缘层的损坏，提高输电线的安全性；另外，本实施例中的电压测量装置在将探头套设在直流输电线的外绝缘表层之后，输出参考电压信号，并根据获取到的测量电容的输出电压波形，即可确定出直流输电线的电压，通过该方式可以准确计算出直流输电线的电压，能够提高对直流输电线的电压测量的准确性。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器根据输出电压波形确定直流输电线的电压的方式，可选地，处理器可以根据该输出电压波形确定出直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值，以及可以根据该输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差，接着，可以根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
可选地，处理器可以将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000091
的关系式，其中，|v1|为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000092
为电压相位差。
根据电路叠加原理，可以将图2等效为直流输电线单独作用时的等效电路图图3和参考信号源单独作用时的等效电路图图4。
图3为直流输电线单独作用时的等效电路图，如图3所示。在将探头与直流输电线套设连接后，探头中的金属电极与直流输电线之间产生耦合电容，在耦合电容的作用下，直流输电线与测量电容之间建立电气连接，同时由于直流输电线电压的存在，测量电容Csen上将存在一个直流电压分压v1。
Figure BDA0003112988120000101
其中，
Figure BDA0003112988120000102
图4为参考信号源单独作用时的等效电路图，如图4所示。该参考信号源vR可以输出一定频率的交流电压信号，作为参考电压信号，该参考电压信号可以表示为：
Figure BDA0003112988120000103
其中，VR为该参考电压信号的电压有效值，ωR＝2πfR，fR为该参考电压信号的频率。
在参考信号源vR的作用下，该回路中将产生电流IR，该电流IR流经测量电容Csen时将产生对应的交流电压分量v2。
Figure BDA0003112988120000104
Figure BDA0003112988120000105
但实际中，对于测量电容Csen两端的电压，直流输电线作用下的直流电压分压v1和参考信号源vR作用下的交流电压分量v2是同时存在的，因此，处理器得到的测量电容上的输出电压波形v0为直流电压分压v1和交流电压分量v2的叠加。
Figure BDA0003112988120000106
接着，处理器可以通过滤波得到该输出电压波形v0的直流电压分量v1和交流电压分量v2，通过对该直流电压分量v1的波形数据的分析，可以得到该直流电压分量v1对应的第一电压幅值|v1|，以及通过对该交流电压分量v2的波形数据的分析，可以得到该交流电压分量v2对应的第二电压幅值|v2|。
Figure BDA0003112988120000107
Figure BDA0003112988120000111
另外，处理器还可以对获取到的测量电容Csen的输出电压波形v0，与参考信号源vR输出的参考电压信号的电压波形的波形数据进行处理，得到参考电压信号的电压波形与测量电容Csen的输出电压波形之间的电压相位差
Figure BDA0003112988120000112
Figure BDA0003112988120000113
那么，上述交流电压分量v2的第二电压幅值|v2|，即上述公式(7)可以转换为
Figure BDA0003112988120000114
则，可以计算出交流电压分量v2的第二电压幅值|v2|与直流电压分压v1的第一电压幅值|v1|的比值为
Figure BDA0003112988120000115
则，根据上述公式，可以计算出直流输电线的电压VX，即
Figure BDA0003112988120000116
由于处理器可以根据获取到的测量电容Csen的输出电压信号，得到直流电压分压v1的第一幅值分量|v1|和交流电压分量v2的第二幅值分量|v2|，以及参考电压信号的电压波形与测量电容Csen的输出电压波形之间的电压相位差
Figure BDA0003112988120000117
且已知参考电压信号的电压有效值VR，那么，处理器可以根据公式(11)确定出直流输电线的电压。
另外，根据上述分析，可以看出，通过上述方式计算直流输电线的电压时，探头与导线之间的耦合电容CX、测量单元与大地之间的寄生电容CG和接地阻抗RG在计算过程中均被抵消，因此，直流输电线的电压的计算结果将不会受这些未知参量的影响，使得计算出的直流输电线的电压更准确，精度更高。
本实施例中，处理器根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值，并根据该输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差，进而，根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压；也就是说，本实施例中，处理器通过对测量电容两端的输出电压波形的分析，得到直流分量电压幅值和交流分量电压幅值，以及电压相位差，即可确定出直流输电线的电压，通过该方式得到的直流输电线的电压能够避免探头与直流输电线之间的耦合电容、以及电测测量装置与地面之间的寄生电容的影响，能够提高对直流输电线的电压测量的准确性。
在本申请的一个可选的实施例中，对于上述探头，该探头内与直流输电线相对的表面(内表面)上设置有金属电极，该金属电极可以与直流输电线产生电气耦合，形成耦合电容；另外，在该探头的外表面，可以设置有屏蔽外壳，用于屏蔽外界环境或者其他带电装置与该探头的金属电极产生电气耦合，降低外界环境对本申请实施例中的电压测量装置的影响，能够提高电压测量装置的计算精度。
图5为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图5所示，该测量单元20还包括：参考信号源202；处理器203，用于控制参考信号源202产生参考电压信号，并向测量电容204输入该参考电压信号；可选地，该参考信号源202可以是频率可调的电压信号源，也可以是固定输出的电压信号源，本实施例对参考信号源202的形式也不做限定。
图6为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图6所示，上述测量单元20还包括：放大电路205；该放大电路205并联连接在测量电容201的两端，放大电路205的输出端与处理器203连接；该放大电路205，用于将测量电容201两端的输出电压波形进行放大处理后，输出至处理器203；也就是说，处理器可以根据放大电路输出的放大处理后的电压波形，确定直流输电线的电压，对于测量电容两端上的电压波形比较小的情况下，可以经过放大电路205对该电压波形进行一定倍数的放大处理，使得处理器根据放大处理后的电压波形确定出的直流输电线的电压更为准确；另外，对于放大处理后的电压波形更有利于用户的直观观测，提高电压波形的显示效果。
图7为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图7所示，上述测量单元20还包括：模数转换电路206；上述放大电路205的输出端经模数转换电路206与处理器203连接；该模数转换电路206，用于对放大处理后的电压波形进行模数转换处理，并将模数转换后的结果输出至处理器203；也就是说，处理器可以根据模数转换电路输出的模数转换后的结果，确定直流输电线的电压。另外，电源模块204也为该模数转换电路206提供工作电压。
本实施例中，通过在处理器的外部增加模数转换电路，使得处理器能够直接根据模数转换电路处理后的结果，确定直流输电线的电压，能够减少处理器的数据处理量，提高处理器的处理效率。
图8为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图8所示，上述测量单元20还包括：信号处理器207；上述放大电路205的输出端与上述模数转换电路206的输入端连接，上述模数转换电路206的输出端与该信号处理器207的输入端连接，该信号处理器207的输出端与处理器203连接；该信号处理器207，用于对模数转换后的结果进行分析，得到第一电压幅值和第二电压幅值；可选地，该信号处理器207可以是FFT(fast Fouriertransform，简称快速傅里叶变换)处理器，用于对模数转换电路输出的离散数字信号进行频谱分析，进而得到上述测量电容两端的电压波形的直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；采用该信号处理器207能够极大提高对信号进行频谱分析的运算速率，进而使得处理器可以直接从信号处理器207获得直流分量对应的第一电压幅值和交流分量对应的第二电压幅值，进而处理器可以根据该第一电压幅值和第二电压幅值，以及根据电压波形和参考电压信号的电压波形，确定出的电压相位差，和参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。另外，上述电源模块204也为该信号处理器207提供工作电压。
本实施例中，通过在处理器的外部增加信号处理器，并将该信号处理器连接在模数转换电路与处理器之间，使得信号处理器能够对模数转换电路处理后的结果进行进一步分析处理，得到处理器需要的第一电压幅值和第二电压幅值，极大地减少了处理器的数据处理量，提高了处理器的处理效率。
图9为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图9所示，上述测量单元20还包括：显示装置208和屏蔽外壳209；该显示装置208与处理器203连接，用于显示直流输电线的电压波形，该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压；屏蔽外壳209包裹在测量单元20的外围，用于屏蔽外界环境对测量单元的电气耦合；也就是说，处理器可以将检测到的直流输电线的实时电压数据通过显示装置进行显示，以便用户可以直观看到当前直流输电线的电压，为用户提供了便利；可选地，处理器也可以将上述参考信号源输出的参考电压信号的电压波形和测量电容的输出电压波形发送至显示装置进行显示等；可选地，该测量单元还可以包括通信模块，该通信模块与处理器连接，用于实现本实施例中的测量单元与其他终端，或者服务器之间的远程通信，也就是，通过该通信模块可以将处理器得到的上述电压测量相关数据发送至其他终端或者服务器，以使其他终端或者服务器可以进一步处理或显示该电压测量相关数据。
本实施例中，通过在处理器的外围增加显示装置，能够将处理器得到的电压测量相关数据进行显示，尤其是处理器得到的直流输电线的电压进行显示，以便为用户提供便利，提高了用户体验和便捷性；另外，通过在测量单元的外围增加屏蔽外壳，来屏蔽外界环境对测量单元的电气耦合，可以进一步减少外界干扰，进而减少对直流输电线电压的测量误差，提高电压测量的准确性。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种电压测量方法，应用于电压测量装置，该电压测量装置包括探头和测量单元，该测量单元包括测量电容和参考信号源，参考图1所示，以该方法应用于图1中的处理器为例进行说明，包括以下步骤：
步骤1001，向测量电容输入参考电压信号。
可选地，处理器可以在检测到探头套设在直流输电线上后，输出参考电压信号，也就是，向测量电容输入参考电压信号，使得该测量电容两端具有一定的电压；可选地，处理器可以采用脉冲宽度调制(Pulse width modulation，简称PWM)技术，或者采用正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，简称SPWM)技术控制参考信号源输出一定频率的参考电压信号，本实施例对此并不作限定，只要能够控制参考信号源输出一定频率的参考电压信号即可。
步骤1002，确定该测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压。
其中，该输出电压波形包括直流输电线单一作用下的直流电压分量，以及参考电压信号单一作用下的交流电压分量。
可选地，处理器可以直接获取测量电容的输出电压波形，也可以获取经上述放大电路放大处理后的输出电压波形，还可以获取经上述模数转换电路进行模数转换后的输出电压波形等，进而，处理器可以根据该输出电压波形确定直流输电线的电压，本实施例中处理器根据该输出电压波形确定直流输电线的电压的方法可以参照上述各实施例的论述，在此不再赘述。
本实施例中，处理器通过向测量电容输入参考电压信号，接着，确定该测量电容的输出电压波形，并根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；也就是说，本实施例中的处理器是根据在参考电压信号作用下的测量电容的输出电压波形来确定直流输电线的电压，通过该方法所计算出的直流输电线的电压，能够避免探头与直流输电线之间的耦合电容、以及电压测量装置与地面之间的寄生电容的影响，能够提高对直流输电线的电压检测的准确性。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器可以根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器可以将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000151
的关系式，其中，|v1为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000152
为电压相位差。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器可以根据放大电路输出的放大处理后的输出电压波形，确定直流输电线的电压。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器可以根据模数转换电路输出的模数转换后的结果，确定直流输电线的电压，可选地，模数转换电路可以对放大电路输出的放大处理后的输出电压波形进行模数转换处理，得到转换后的结果。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器可以根据信号处理器输出的第一电压幅值和第二电压幅值，以及根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定出的电压相位差，和参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器还可以控制参考信号源产生参考电压信号，并向测量电容输入该参考电压信号。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器可以向显示装置发送直流输电线的电压波形，以使显示装置显示该直流输电线的电压波形；该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压。
应该理解的是，虽然图10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10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11所示，提供了一种电压测量装置，包括：控制模块1101和确定模块1102，其中：
输入模块1101，用于向测量电容输入参考电压信号；
确定模块1102，用于确定该测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线单一作用下的直流电压分量，以及参考电压信号单一作用下的交流电压分量。
在一个实施例中，确定模块1102，具体用于根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，确定模块1102，具体用于将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000171
的关系式，其中，|v1|为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000172
为电压相位差。
在一个实施例中，确定模块1102，还用于根据放大电路输出的放大处理后的输出电压波形，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，确定模块1102，还用于根据模数转换电路输出的模数转换后的结果，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，确定模块1102，还用于根据信号处理器输出的第一电压幅值和第二电压幅值，以及根据电压波形和参考电压信号的电压波形，确定出的电压相位差，和参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，该装置还包括：发送模块；该发送模块，用于向显示装置发送直流输电线的电压波形，以使显示装置显示该直流输电线的电压波形；该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压。
关于电压测量装置的具体限定可以参见上文中对于电压测量方法的限定，在此不再赘述。上述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，提供了一种电压测量装置，其内部结构图可以如图12所示。该电压测量装置包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口和显示屏。其中，该电压测量装置的处理器用于提供计算和控制能力。该电压测量装置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和计算机程序。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。该电压测量装置的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种上述处理器所执行的步骤。该电压测量装置的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。
本领域技术人员可以理解，图12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，提供了一种电压测量装置，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：
向测量电容输入参考电压信号；
确定测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线单一作用下的直流电压分量，以及参考电压信号单一作用下的交流电压分量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000181
的关系式，其中，|v1|为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000182
为电压相位差。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据放大电路输出的放大处理后的输出电压波形，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据模数转换电路输出的模数转换后的结果，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据信号处理器输出的第一电压幅值和第二电压幅值，以及根据电压波形和参考电压信号的电压波形，确定出的电压相位差，和参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：控制参考信号源产生参考电压信号，并向测量电容输入该参考电压信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：向显示装置发送直流输电线的电压波形，以使显示装置显示该直流输电线的电压波形；该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压。
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，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
向测量电容输入参考电压信号；
确定测量电容的输出电压波形，根据该输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，该输出电压波形包括直流输电线单一作用下的直流电压分量，以及参考电压信号单一作用下的交流电压分量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据输出电压波形确定直流电压分量对应的第一电压幅值和交流电压分量对应的第二电压幅值；根据输出电压波形和参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；根据第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将第一电压幅值、第二电压幅值、电压相位差以及参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到直流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112988120000191
的关系式，其中，|v1|为第一电压幅值，|v2|为第二电压幅值，VR为参考电压信号的电压有效值，
Figure BDA0003112988120000201
为电压相位差。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据放大电路输出的放大处理后的输出电压波形，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据模数转换电路输出的模数转换后的结果，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据信号处理器输出的第一电压幅值和第二电压幅值，以及根据电压波形和参考电压信号的电压波形，确定出的电压相位差，和参考电压信号的电压有效值，确定直流输电线的电压。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：控制参考信号源产生参考电压信号，并向测量电容输入该参考电压信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：向显示装置发送直流输电线的电压波形，以使显示装置显示该直流输电线的电压波形；该电压波形包括直流输电线在不同时刻的电压。
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)

1.一种电压测量装置，包括探头和测量单元，所述测量单元包括测量电容和处理器，其特征在于，
所述探头活动性套设于直流输电线的外绝缘表层，所述探头内与所述直流输电线相对的表面上设置有金属电极，所述金属电极与所述直流输电线之间产生耦合电容，所述直流输电线通过所述耦合电容与所述测量电容建立电气连接；
所述处理器，用于向所述测量电容输入参考电压信号，并确定所述测量电容的输出电压波形，根据所述输出电压波形确定所述直流输电线的电压；其中，所述输出电压波形包括所述直流输电线作用下的直流电压分量，以及所述参考信号源作用下的交流电压分量；
所述处理器，具体用于根据所述输出电压波形确定所述直流电压分量对应的第一电压幅值和所述交流电压分量对应的第二电压幅值；
所述处理器，还用于根据所述输出电压波形和所述参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；
所述处理器，用于根据所述第一电压幅值、所述第二电压幅值、所述电压相位差以及所述参考电压信号的电压有效值，确定所述直流输电线的电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述处理器，具体用于将所述第一电压幅值、所述第二电压幅值、所述电压相位差以及所述参考电压信号的电压有效值，带入电压计算公式中，得到所述直流输电线的电压；所述电压计算公式为包含
Figure FDA0003513785270000011
的关系式，其中，|v1|为所述第一电压幅值，|v2|为所述第二电压幅值，VR为所述参考电压信号的电压有效值，
Figure FDA0003513785270000012
为所述电压相位差。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探头的外表面上设置有屏蔽外壳。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：参考信号源；
所述处理器，用于控制所述参考信号源产生所述参考电压信号，并向所述测量电容输入所述参考电压信号。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：放大电路；所述放大电路并联连接在所述测量电容的两端，所述放大电路的输出端与所述处理器连接；
所述放大电路，用于将所述测量电容两端的电压波形进行放大处理后，输出至所述处理器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：模数转换电路；所述放大电路的输出端经所述模数转换电路与所述处理器连接；
所述模数转换电路，用于对所述放大处理后的电压波形进行模数转换处理，并将模数转换后的结果输出至所述处理器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：信号处理器；所述放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与所述信号处理器的输入端连接，所述信号处理器的输出端与所述处理器连接；
所述信号处理器，用于对所述模数转换后的结果进行分析，得到所述第一电压幅值和所述第二电压幅值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：显示装置和屏蔽外壳；
所述显示装置与所述处理器连接，用于显示所述直流输电线的电压波形；所述电压波形包括所述直流输电线在不同时刻的电压；
所述屏蔽外壳包裹在所述测量单元的外围，用于屏蔽外界环境对所述测量单元的电气耦合。
9.一种电压测量方法，应用于电压测量装置，所述电压测量装置包括探头和测量单元，所述测量单元包括测量电容，其特征在于，所述方法包括：
向所述测量电容输入参考电压信号；
确定所述测量电容的输出电压波形，根据所述输出电压波形确定直流输电线的电压；其中，所述输出电压波形包括所述直流输电线作用下的直流电压分量，以及所述参考电压信号作用下的交流电压分量；
其中，所述根据所述输出电压波形确定直流输电线的电压，包括：
根据所述输出电压波形确定所述直流电压分量对应的第一电压幅值和所述交流电压分量对应的第二电压幅值；
根据所述输出电压波形和所述参考电压信号的电压波形，确定电压相位差；
根据所述第一电压幅值、所述第二电压幅值、所述电压相位差以及所述参考电压信号的电压有效值，确定所述直流输电线的电压。
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9所述的方法的步骤。
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