CN113985117A - 电流检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流检测装置及方法，涉及电力电子技术领域，其中，装置包括：多探头磁传感器阵列和控制器，所述多探头磁传感器阵列包括多个磁传感器，多个磁传感器围绕待测电流环形设置并形成多个环路，磁传感器用于检测待测电流所产生的磁场得到磁场数据；控制器与磁传感器连接，用于根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据得到待测电流的幅值。由此，解决了相关技术中光纤式互感器的抗温漂能力较差，易受温度等外界环境因素影响，且电流测量精度较低等问题。

Description

电流检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电流检测装置及方法。

背景技术

近年来，随着高压直流输电技术的突破，对直流电的可靠测量被提上日程，相关技术的突破变得愈发重要。传统的电流互感器多以电磁感应原理作为物理基础，通过将线圈绕制在铁芯上制成。这类互感器在工作时，待测电流会在铁芯内产生交变磁通量，从而在二次线圈上产生感应电压。这种技术只适用于交流电的测量，不能测量直流电，因此需要引入新技术来解决直流电的测量问题。

目前，市面上的互感器中，只有光纤式电流互感器可应用于直流电的测量中，其取得一定的工程化进展。光纤式电流互感器利用直流电产生的磁场在光纤内产生的磁致旋光效应，通过测量光束的偏振特性来测量直流电。由于光纤是绝缘体，可直接绕制在高压传输线上，因此光纤式电流互感器具有良好的绝缘特性，此外光纤式互感器的电流测量范围较大，适用于大电流的测量。光纤式互感器的光纤被绕制在待测电流周围，可以形成磁测量环路，具有较好的抗磁噪声、抗电流干扰能力。但是，光纤式互感器的抗温漂能力较差，易受温度等外界环境因素影响，且电流测量精度较低，在实际使用中存在一定的改进空间。

发明内容

本发明提供一种电流检测装置及方法，以解决相关技术中光纤式互感器的抗温漂能力较差，易受温度等外界环境因素影响，且电流测量精度较低等问题。

本发明第一方面实施例提供一种电流检测装置，包括：多探头磁传感器阵列，所述多探头磁传感器阵列包括多个磁传感器，多个所述磁传感器围绕待测电流环形设置并形成多个环路，所述磁传感器用于检测待测电流所产生的磁场得到磁场数据；控制器，所述控制器与所述磁传感器连接，用于根据各所述环路中磁传感器检测到的磁场数据得到所述待测电流的幅值。

进一步地，所述控制器具体用于：分别根据各所述环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到各所述环路的第一电流幅值；根据多个所述第一电流幅值得到所述待测电流的幅度。

进一步地，所述控制器在根据环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到对应的第一电流幅值时，具体用于：根据所述环路中各磁传感器检测到的磁场数据，计算对应的磁场强度；计算所述磁场强度的平均值；根据所述平均值得到对应的第一电流幅值。

进一步地，所述控制器在根据多个所述第一电流幅值得到所述待测电流的幅度时，具体用于：获取所有两相邻环路之间的第一距离；根据所述第一距离及其对应的两相邻环路的第一电流幅值，得到所述待测电流的幅度。

可选地，所述控制器还用于：确定所述待测电流所产生磁场的磁场方向；对各所述磁传感器进行控制，以使各所述磁传感器的测量方向与所述磁场方向相同。

可选地，各所述环路中的磁传感器对称、等间距围绕所述待测电流环形设置。

可选地，所述多个磁传感器均位于与所述待测装置的待测电流方向垂直的平面内。

可选地，各所述环路中的磁传感器的数量相同，且相邻两环路中的各磁传感器相对设置。

本发明第二方面实施例提供一种电流检测方法，所述方法用于所述的电流检测装置，所述方法包括以下步骤：接收检测指令；根据所述检测指令控制多个磁传感器工作，以检测由所述待测电流所产生的磁场，得到多个磁场数据；根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据得到所述待测电流的幅值。

进一步地，所述根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据得到所述待测电流的幅值，包括：分别根据各所述环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到各所述环路的第一电流幅值；根据多个所述第一电流幅值得到所述待测电流的幅度。

由此，本发明至少具有如下有益效果：

基于多探头磁传感器阵列实现直流电流检测，可以降低磁场噪声对测量精度的影响，同时还能降低待测电流周围其他电流产生的干扰，具有较高的实用性。由此，解决了相关技术中光纤式互感器的抗温漂能力较差，易受温度等外界环境因素影响，且电流测量精度较低等问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电流检测装置的方框示意图；

图2是本发明实施例提供的多探头磁传感器阵列的示意图；

图3是本发明实施例提供的电流检测装置检测的流程图；

图4是本发明实施例提供的电流检测方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-4描述本发明实施例的电流检测装置及方法。

图1是本发明实施例提供的电流检测装置的方框示意图。如图1所示，电流检测装置100，包括：多探头磁传感器阵列11和控制器13。其中，多探头磁传感器阵列11包括多个磁传感器111，多个磁传感器111围绕待测电流12环形设置并形成多个环路，磁传感器111用于检测待测电流12所产生的磁场得到磁场数据；控制器13与磁传感器111连接，用于根据各环路中磁传感器111检测到的磁场数据得到待测电流12的幅值。

在本实施例中，多探头磁传感器阵列11中磁传感器111的数量与由磁传感器111组成半径不同的环路的数量可根据电流检测的精度设置，以图2为例，设置2个环路(即N1、N2)，每个环路安装6个磁传感器111，其中，箭头方向为磁测量方向，每个磁传感器111均可以检测到磁场数据。

在一些实施例中，各环路中的磁传感器111对称、等间距围绕待测电流12环形设置。多个磁传感器111均位于与待测装置的待测电流12方向垂直的平面内。各环路中的磁传感器111的数量相同，且相邻两环路中的各磁传感器111相对设置。基于以上设置，每个磁传感器111到待测电流12的距离相等，相邻磁传感器111之间的距离也相等，从而在待测电流12周围绕成环状结构。其中，磁传感器111可以为矢量磁传感器，由于矢量磁传感器只能测量一个方向上的磁场，因此要合理设置磁传感器111的测量方向，使其与待测电流12在磁传感器111位置上产生的磁场方向相同。可通过控制器确定待测电流12所产生磁场的磁场方向；对各磁传感器111进行控制，以使各磁传感器111的测量方向与磁场方向相同。由此，本发明通过环形设置的多个传感器111，降低磁场噪声对测量精度的影响，同时还能降低待测电流周围其他电流产生的干扰，具有较高的实用性。

需要说明的是，直流磁场测量中存在不可避免的背景噪声，会显著降低电流测量精度。可以使用差分传感器阵列来避免。差分传感器分布在待测电流12的不同位置，通过去除测量数据的共模成分来消除背景磁场，再利用差模成分计算出待测电流12的幅度，从而提升直流电测量精度。

另外，与相关技术中采用的光纤式电流互感器相比，本发明的磁传感器111主要由电子式互感器组成。电子式互感器具有高精度、便于控制的特点，理论上可实现超过光纤式互感器的直流电测量精度。同时，本发明参考了光纤式互感器的环路测量特点，在此基础上补充了差分测量的技术方案，继承并改善了光纤式电流互感器抗磁噪声和抗电流干扰的能力。

在本实施例中，控制器13具体用于：分别根据各环路中磁传感器111检测到的磁场数据，得到各环路的第一电流幅值；根据多个第一电流幅值得到待测电流12的幅度。

具体地，根据环路中各磁传感器111检测到的磁场数据，计算对应的磁场强度；计算磁场强度的平均值；根据平均值得到对应的第一电流幅值。再获取所有两相邻环路之间的第一距离；根据第一距离及其对应的两相邻环路的第一电流幅值，得到待测电流12的幅度。

需要说明的是，本发明实施例中的控制器13可以作为独立的器件设置，也可以设置于一个器件中，不对其做具体限定。以控制器13设置于上位机中为例，其中，上位机与多探头磁传感器阵列11相连，可以控制多探头磁传感器阵列11中的磁传感器111开始工作。

下面将对电流检测装置100的检测流程进行阐述，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S1、开始测试，打开多探头磁传感器阵列11和上位机。

步骤S2、上位机开始工作，从多探头磁传感器阵列11的每个磁传感器111中读取磁场数据。

步骤S3、上位机开始计算电流强度，分别计算每个环路上磁传感器111测量结果的平均值，得到待测电流12产生的磁场，并根据不同环路上测量到的平均值差异来计算出待测直流电幅度，实现电流的测量功能。

步骤S4、判断测试是否完成，如果否，则执行步骤S2；如果是，则执行步骤S5。

步骤S5、分析测试结果，结束测试。

本发明实施例提出的电流检测装置，基于环形设置的多个传感器实现电流检测，可以降低磁场噪声对测量精度的影响，同时还能降低待测电流周围其他电流产生的干扰，具有较高的实用性。

基于上述实施例的电流检测装置，本发明还提出了一种电流检测方法。

图4是本发明实施例提供的电流检测方法的流程图。

方法应用于上述实施例的电流检测装置，如图4所示，该电流检测方法包括以下步骤：

在步骤S101中，接收检测指令。

在步骤S102中，根据检测指令控制多个磁传感器工作，以检测由待测电流所产生的磁场，得到多个磁场数据；

在步骤S103中，根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据得到待测电流的幅值。

具体地，步骤S103可包括：分别根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到各环路的第一电流幅值；根据多个第一电流幅值得到待测电流的幅度。

需要说明的是，前述对电流检测装置实施例的解释说明也适用于该实施例的电流检测方法，此处不在赘述。

根据本发明实施例的提出的电流检测方法，基于环形设置的多个传感器实现电流检测，可以降低磁场噪声对测量精度的影响，同时还能降低待测电流周围其他电流产生的干扰，具有较高的实用性。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：

多探头磁传感器阵列，所述多探头磁传感器阵列包括多个磁传感器，多个所述磁传感器围绕待测电流环形设置并形成多个环路，所述磁传感器用于检测待测电流所产生的磁场得到磁场数据；

控制器，所述控制器与所述磁传感器连接，用于根据各所述环路中磁传感器检测到的磁场数据得到所述待测电流的幅值。

2.如权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

分别根据各所述环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到各所述环路的第一电流幅值；

根据多个所述第一电流幅值得到所述待测电流的幅度。

3.如权利要求2所述的电流检测装置，其特征在于，所述控制器在根据环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到对应的第一电流幅值时，具体用于：

根据所述环路中各磁传感器检测到的磁场数据，计算对应的磁场强度；

计算所述磁场强度的平均值；

根据所述平均值得到对应的第一电流幅值。

4.如权利要求2所述的电流检测装置，其特征在于，所述控制器在根据多个所述第一电流幅值得到所述待测电流的幅度时，具体用于：

获取所有两相邻环路之间的第一距离；

根据所述第一距离及其对应的两相邻环路的第一电流幅值，得到所述待测电流的幅度。

5.如权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，所述控制器还用于：

确定所述待测电流所产生磁场的磁场方向；

对各所述磁传感器进行控制，以使各所述磁传感器的测量方向与所述磁场方向相同。

6.如权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，各所述环路中的磁传感器对称、等间距围绕所述待测电流环形设置。

7.如权利要求1-6中任一项所述的电流检测装置，其特征在于，所述多个磁传感器均位于与所述待测装置的待测电流方向垂直的平面内。

8.如权利要求7所述的电流检测装置，其特征在于，各所述环路中的磁传感器的数量相同，且相邻两环路中的各磁传感器相对设置。

9.一种电流检测方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1-8任意一项所述的电流检测装置，所述方法包括以下步骤：

接收检测指令；

根据所述检测指令控制多个磁传感器工作，以检测由所述待测电流所产生的磁场，得到多个磁场数据；

根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据得到所述待测电流的幅值。

10.如权利要求9所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据各环路中磁传感器检测到的磁场数据得到所述待测电流的幅值，包括：

分别根据各所述环路中磁传感器检测到的磁场数据，得到各所述环路的第一电流幅值；

根据多个所述第一电流幅值得到所述待测电流的幅度。

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