CN115308475A - 电压测量方法、电压测量电路和电压测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电压测量方法、电压测量电路以及电压测量装置。所述方法包括：控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；待测导线为三相线路中的任一相；根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压；控制切换第二电压检测回路对待测导线检测，得到第二检测电压；第二电压检测回路与第一电压检测回路的结构相同，且第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；根据第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电路总电压；基于第一电路总电压与第二电路总电压，得到待测导线的电压值。采用本方法能够有效提升了待测导线电压测量结果的准确性。

Description

电压测量方法、电压测量电路和电压测量装置

技术领域

本申请涉及电力测量技术领域，特别是涉及一种电压测量方法、电压测量电路和电压测量装置。

背景技术

电压测量在电力系统应用广泛，如继电保护、电能计量、智能设备的控制以及在线监测过电压等领域。电压测量的准确性、可靠性、便利性和快速性关乎电能计量、继电保护、电力系统监测诊断、电力系统故障分析等技术领域。

目前电压测量领域，最普遍的电压测量装置就是电磁式电压互感器。然而电磁式电压互感器一方面存在体积笨重，价格昂贵，短路有爆炸的危险等缺点，一方面，使用时需要将线路金属部分引出，再接入互感器进行电压测量。但在进行实际电压测量时，较多复杂的环境中经常会遇到无法剥离绝缘层，或是不便破坏绝缘的情况，因此传统的电磁式电压互感器使用接触式电压测量存在安装复杂、测量点不便以及安全隐患的问题。

为了避免上述接触式电压测量所存在的问题，人们提出了一种将感应探头固定在被测导体上形成耦合电容，通过耦合电容构建测量回路，从而实现电压测量的非接触式电压测量方法。然而现有的非接触式电压测量方法仍然存在测量结果准确性低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升安装便利性、测量准确性的电压测量方法、电压测量电路、电压测量装置、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

第一方面，本申请提供了一种电压测量方法，所述方法包括：

控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；所述待测导线为三相线路中的任一相；

根据所述第一电压检测回路的参考信号和所述第一检测电压，得到第一电路总电压；

控制切换第二电压检测回路对所述待测导线检测，得到第二检测电压；所述第二电压检测回路与所述第一电压检测回路的结构相同，且所述第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；

根据所述第二电压检测回路的参考信号和所述第二检测电压，得到第二电路总电压；

基于所述第一电路总电压与所述第二电路总电压，得到所述待测导线的电压值。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一电压检测回路的参考信号和所述第一检测电压，得到第一电路总电压，包括：

对所述第一检测电压进行过滤处理，得到参考电压下的第一参考电压，以及在工作频率下的第一工频电压；

基于第一电路总电压与所述第一工频电压、所述第一电压检测回路的参考信号、以及所述第一参考电压的第一映射关系，得到所述第一电路总电压；

所述根据所述第二电压检测回路的参考信号和所述第二检测电压，得到第二电路总电压，包括：

对所述第二检测电压进行所述过滤处理，得到所述参考电压下的第二参考电压，以及在所述工作频率下的第二工频电压；

基于第二电路总电压与所述第二工频电压、所述第二电压检测回路的参考信号、以及所述第二参考电压的第二映射关系，得到所述第二电路总电压。

在其中一个实施例中，所述第一映射关系包括：所述第一电路总电压与所述第一工频电压和所述第一电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与所述第一参考电压成反比；

所述第二映射关系包括：所述第二电路总电压与所述第二工频电压和所述第二电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与所述第二参考电压成反比。

在其中一个实施例中，所述基于所述第一电路总电压与所述第二电路总电压，得到所述待测导线的电压值，包括：

利用反馈控制电路确定所述第一电路总电压与所述待测导线的电压值的第一夹角，以及所述第二电路总电压与所述待测导线的电压值的第二夹角；

根据所述第一夹角、第二夹角、第一电路总电压和所述第二电路总电压构建包含所述待测导线的电压值的电压相量图；

基于所述电压相量图对所述待测导线的电压值进行求解，得到所述待测导线的电压值。

第二方面，本申请还提供了一种电压测量电路，所述电路包括：

第一电压检测回路，所述第一电压检测回路包括用于接入待测导线的第一极板对以及产生参考信号的第一信号处理装置；所述待测导线为三相线路中的任一相；

第二电压检测回路，所述第二电压检测回路包括用于接入所述待测导线的第二极板对以及产生所述参考信号的第二信号处理装置；所述第二电压检测回路与所述第一电压检测回路的结构相同，且所述第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；

控制器，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的方法的步骤。

在其中一个实施例中，所述第一极板对包括第一极板与第二极板，所述第一极板与所述第二极板平行放置；所述第一信号处理装置包括第一参考信号源与第一分压电容；

所述第一极板的第一端与所述待测导线耦合连接，第二端与所述第一分压电容连接；

所述第一分压电容的第二端与所述第一参考信号源的第一端连接；

所述第一参考信号源的第二端与所述第二极板的第一端连接，所述第二极板的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述第二极板对包括第三极板与第四极板，所述第三极板与所述第四极板平行放置；所述第二信号处理装置包括第二参考信号源与第二分压电容；所述第三极板的第一端与所述待测导线耦合连接，第二端与所述第二分压电容连接；

所述第二分压电容的第二端与所述第二参考信号源的第一端连接；

所述第二参考信号源的第二端与所述第四极板的第一端连接，所述第四极板的第二端接地。

第三方面，本申请还提供了一种电压测量装置，所述装置包括：

第一检测回路检测模块，用于控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；所述待测导线为三相线路中的任一相；

第一总电压计算模块，用于根据所述第一电压检测回路的参考信号和所述第一检测电压，得到第一电路总电压；

第二检测回路检测模块，用于控制切换第二电压检测回路对所述待测导线检测，得到第二检测电压；所述第二电压检测回路与所述第一电压检测回路的结构相同，且所述第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；

第二总电压计算模块，用于根据所述第二电压检测回路的参考信号和所述第二检测电压，得到第二电路总电压；

电压检测模块，用于基于所述第一电路总电压与所述第二电路总电压，得到所述待测导线的电压值。

第四方面，本申请还提供了一种计算机设备，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上述的方法的步骤。

第五方面，本申请还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的方法的步骤。

上述电压测量方法、电压测量电路、电压测量装置、存储介质和计算机程序产品，控制器首先控制第一电压检测回路对三相线路中的任一相待测导线检测，得到第一检测电压，根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压。然后控制切换与第一电压检测回路结构相同，且具有与第一电压检测回路的第一极板呈预设角度的第二电压检测回路对待测导线检测，得到第二检测电压，根据第二电压检测回路的参考信号与第二检测电压，得到第二电路总电压。由于第一电压检测回路与第二电压检测回路的结构相同，仅仅是与待测导线进行耦合连接的极板对角度不同，因此根据由第一电压检测回路得到的第一电路总电压与第二电压检测回路得到的第二电路总电压得到待测导线的电压值，可以有效排除三相线路中其他线路对待测导线的影响，使得到的待测导线的电压值更加的精确，有效提升了待测导线电压测量结果的准确性。

附图说明

图1为一个实施例中电压测量电路的结构示意图；

图2为一个实施例中第一电压检测回路的结构示意图；

图3为一个实施例中第二电压检测回路的结构示意图；

图4为另一个实施例中电压测量电路的结构示意图；

图5为一个实施例中极板与待测导线耦合的正视图与俯视图；

图6为一个实施例中电压测量方法的流程示意图；

图7为一个实施例中电压测量回路的等效电路示意图；

图8为一个实施例中电压测量回路的等效电路的简化变换过程示意图；

图9为一个实施例中在工作频率下运行时电压测量回路的等效电路示意图；

图10为一个实施例中在参考频率下运行时电压测量回路的等效电路示意图；

图11为一个实施例中基于第一电路总电压与第二电路总电压，得到待测导线的电压值步骤的流程示意图；

图12为一个实施例中的电压相量图；

图13为另一个实施例中电压测量方法的流程示意图；

图14为一个实施例中电压测量装置的结构框图；

图15为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

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。

在电力测量领域，传统的接触式电压测量装置存在有安装复杂、存在不便测量点及使用安全隐患的问题，国内目前仍无有效的非接触式电压测量手段，且考虑到电力系统中的带电导线一般为三相，在布置装置测量某一相导线的电压时，容易受到临近另外两相的电场干扰，使得测量值不准确。

基于上述问题提供一种电压测量方法，本申请实施例提供的电压测量方法，可以应用于如图1所示的电压测量电路中。

如图1所示，电压测量电路包括有第一电压检测回路101，第一电压检测回路101包括用于接入待测导线1021的第一极板对1011以及产生参考信号的第一信号处理装置1012，待测导线1021为三相线路102中的任一相。

其中，第一极板对1011中的一个极板与待测导线1021耦合连接，将待测导线1021耦合接入到第一电压检测回路101中，与第一电压检测回路101中的第一信号处理装置1012以及和大地耦合连接的另一极板一起构成一个等效闭合回路。其中，耦合连接是指在接入待测导线的过程中，极板与待测导线之间仅是贴附设置（中间仍存在绝缘层），并不需要将待测导线的外部绝缘层剥离，此时极板通过寄生电容与待测导线形成电气耦合，待测导线与极板之间将会形成耦合电容，从而实现一种非侵入式的电压测量方案。可以理解的，极板的材质与形状可以根据实际情况而定。

在其中一个实施例中，极板可以为金属制扁平长方体薄板。

其中，第一信号处理装置1012用于产生参考信号和处理检测回路中的电压信号。具体地，第一信号处理装置可以向第一电压检测回路中输入参考电压用于检测，同时将待测导线耦合接入第一电压检测回路后产生的电压进行处理，以便后续测量。可以理解的，第一信号处理装置可以包括参考信号源、分压电容、分压电容组等器件。

第二电压检测回路103，第二电压检测回路103包括用于接入待测导线的第二极板对1031以及产生参考信号的第二信号处理装置1032。

其中，第二电压检测回路103的结构与第一电压检测回路101的结构相同，第二极板1031对中的一个极板与待测导线1021耦合连接，将待测导线1021耦合接入第二电压检测回路103中，与第二电压检测回路103中的第二信号处理装置1032以及和大地耦合连接的另一极板一起构成一个等效闭合回路。第二极板对1031中与待测导线1021耦合连接的极板，与第一极板对1011中与待测导线1021耦合连接的极板，虽然都与待测导线1021耦合连接，但两个极板之间并不接触，且两个极板在空间上呈预设角度。可以理解的，预设角度的具体数值可以根据实际情况进行设置，只要能使得两次投切极板形成的耦合电容不是等比例变化即可。

其中，第二信号处理装置1032用于产生参考信号和处理检测回路中的电压信号。具体地，第二信号处理装置可以向第二电压检测回路中输入参考电压用于检测，同时将待测导线耦合接入第二电压检测回路后产生的电压进行处理，以便后续测量。可以理解的，第二信号处理装置可以包括参考信号源、分压电容、分压电容组等器件。

控制器104，用于实现应用于本实施例中电压测量电路的电压测量方法。

在本实施例中，通过设计呈预设角度的极板对将待测电线分别耦合连接到第一电压检测回路与第二电压检测回路中，在需要对三相电路中的任一相待测电线进行电压检测时，通过控制器控制第一电压检测回路与第二电压检测回路分别导通对待测导线的待测电压进行检测，根据通过不同检测回路检测得到电路总电压确定待测导线的电压值，可以有效排除三相电路中其他相电线对待测导线电压测量结果的干扰，得到更加精确的电压测量结果，从而提升待测导线电压测量的精确度。

在一个实施例中，第一极板对包括第一极板与第二极板，第一极板与第二极板平行放置；第一信号处理装置包括第一参考信号源与第一分压电容；第一极板的第一端与待测导线耦合连接，第二端与第一分压电容连接；第一分压电容第二端与第一参考信号源的第一端连接；第一参考信号源的第二端与第二极板的第一端连接，第二极板的第二端接地。

具体地，如图2所示，第一极板201的第一端与待测导线202耦合连接，连接处形成耦合电容203，第二端与第一分压电容204连接。第一分压电容204第二端与第一参考信号源205的第一端连接，第一参考信号源205的第二端与第二极板206的第一端连接，第二极板206的第二端接地，连接处形成耦合电容207，构成第一电压检测回路200。第一极板201与第二极板206平行放置。

其中，第一参考信号源为可以根据实际需要在控制器的控制下向电压测量回路中注入参考信号的信号源，可以为电压测量回路提供稳定的参考电压信号。可以理解的，参考信号为正弦电压信号，参考信号的参考频率值是预先设置的，参考频率的具体取值根据实际情况设定，只要大于电力系统的工作频率即可。例如，电力系统的工作频率通常为50Hz，则参考频率可以取1kHz，或者其他大于50Hz的值即可。

第一分压电容是用于对接入电压测量回路的待测导线的电压进行分压操作的电容器件，由于待测导线所携带的电压一般较高，电压测量设备无法检测高级别的高压电压，因此待测导线所携带的电压需要输入到第一分压电容中进行分压，从而保证电压测量回路的安全性。

在本实施例中，第一极板与第二极板平行放置，将待测导线耦合电路，与第一分压电容、第一参考信号源一起构成第一电压检测回路。通过耦合的方式将待测导线接入电压测量回路中，无需对待测导线执行剥离绝缘层的操作，提高了电压测量时的安全性与便利性。

由于第二电压检测回路的结构与第一电压检测回路的一致，因此，在一个实施例中，第二极板对包括第三极板与第四极板，第三极板与第四极板平行放置；第二信号处理装置包括第二参考信号源与第二分压电容；第三极板的第一端与待测导线耦合连接，第二端与第二分压电容连接；第二分压电容第二端与第二参考信号源的第一端连接；第二参考信号源的第二端与第四极板的第一端连接，第四极板的第二端接地。

具体地，如图3所示，第三极板301的第一端与待测导线302耦合连接，连接处形成耦合电容303，第二端与第二分压电容304连接。第二分压电容304第二端与第二参考信号源305的第一端连接，第二参考信号源305的第二端与第四极板306的第一端连接，第四极板306的第二端接地，连接处形成耦合电容307，构成第二电压检测回路300。第三极板301与第四极板306平行放置。

其中，第二参考信号源为可以根据实际需要在控制器的控制下向电压测量回路中注入参考信号的信号源，可以为电压测量回路提供稳定的参考电压信号。可以理解的，参考信号为正弦电压信号，参考信号的参考频率值是预先设置的，参考频率的具体取值根据实际情况设定，只要大于电力系统的工作频率即可。例如，电力系统的工作频率通常为50Hz，则参考频率可以取1kHz，或者其他大于50Hz的值即可。

第二分压电容是用于对接入电压测量回路的待测导线的电压进行分压操作的电容器件，由于待测导线所携带的电压一般较高，电压测量设备无法检测高级别的高压电压，因此待测导线所携带的电压需要输入到第二分压电容中进行分压，从而保证电压测量回路的安全性。

在本实施例中，第三极板与第四极板平行放置，将待测导线耦合电路，与第二分压电容、第二参考信号源一起构成第二电压检测回路。通过耦合的方式将待测导线接入电压测量回路中，无需对待测导线执行剥离绝缘层的操作，提高了电压测量时的安全性与便利性。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种电压测量电路，包括：

第一电压检测回路401，其中，第一电压检测回路401由有第一极板4011、第二极板4012、第一分压电容4013、第一参考信号源4014构成。

具体地，第一极板4011的第一端与待测导线402耦合连接，连接处形成耦合电容4015，第二端与第一分压电容4013连接。第一分压电容4013第二端与第一参考信号源4014的第一端连接，第一参考信号源4014的第二端与第二极板4012的第一端连接，第二极板4012的第二端接地，连接处形成耦合电容4015，第二极板4012与第一极板4011平行放置，以此构成第一电压检测回路401。

第二电压检测回路403，其中，第一电压检测回路403由有第三极板4031、第四极板4032、第二分压电容4033、第二参考信号源4044构成。

第三极板4031的第一端与待测导线402耦合连接，连接处形成耦合电容4035，第二端与第二分压电容4033连接。第二分压电容4033第二端与第二参考信号源4034的第一端连接，第二参考信号源4034的第二端与第四极板4032的第一端连接，第四极板4032的第二端接地，连接处形成耦合电容4035，第四极板4032与第三极板4031平行放置，以此构成第二电压检测回路402。

需要注意的，第二电压检测回路403的第三极板4031以及第四极板4032与第一电压检测回路401的第一极板4011以及第二极板4012呈预设角度放置，可以理解的，预设角度可以为45度。

在其中一个实施例中，平行极板对与待测导线耦合的正视图与俯视图如图5所示。

控制器（在图中未示出），用于控制第一电压检测回路401与第二电压检测回路402的导通与切断。在需要使用第一电压检测回路401对待测导线402进行电压测量时，控制器控制第一电压检测回路401导通，切断第二电压检测回路403。在需要使用第二电压检测回路403对待测导线402进行电压测量时，控制器控制第二电压检测回路403导通，切断第一电压检测回路401。还用于根据第一电压检测回路401以及第二电压检测回路403检测得到的电压数据确定待测导线402的电压值。可以理解的，控制器可以为单片机或其他具备数据处理能力的控制芯片。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种电压测量方法，以该方法应用于图4中的控制器为例进行说明，包括以下步骤：

步骤S602，控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；待测导线为三相线路中的任一相。

其中，三相线路是由三相电源、三相负载和三相传输线路组成的电路，三相线路的结构特点为有一组或多组电源，每组电源由三个振幅相等、频率相同、彼此间相位差一样的正弦电源构成。可以理解的，在需要对三相线路中任意一相导线进行电压测量时，其他的两相导线均会对待测导线的电压产生干扰。

第一检测电压是控制器在导通第一电压检测回路时，在第一分压电容上检测得到的分压电压。具体地，第一分压电容上设置有电压检测设备，在控制器控制第一电压检测回路导通并稳定后，控制器获取电压检测设备检测得到的第一分压电容的分压电压作为第一检测电压。

具体地，在需要对三相线路中任一相待测导线进行电压测量时，控制器首先控制第一电压检测回路导通，第一电压检测回路中的第一参考信号源向第一检测回路中输入固定频率值的参考信号，等到第一电压检测回路运行稳定后，获取在第一分压电容上检测到的分压电压值作为第一检测电压。

步骤S604，根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压。

其中，第一电路总电压为在第一电压检测回路导通时，待测导线的电压与其他等效干扰电压的电压之和。

具体地，控制器根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电压检测回路导通时，待测导线的电压与其他等效干扰电压的电压之和。可以理解的，控制器可以根据预设的映射关系，基于第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压，也可以根据预设计算公式，基于第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压。本申请对此不作限定。预设映射关系与预设计算公式都可以由设计人员通过实验获得，并预先存储在控制器的存储库中，以方便后续直接使用。

步骤S606，控制切换第二电压检测回路对待测导线检测，得到第二检测电压；第二电压检测回路与第一电压检测回路的结构相同，且第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度。

其中，第二检测电压是控制器在导通第二电压检测回路时，在第二分压电容上检测得到的分压电压。可以理解的，第二分压电容上设置有电压检测设备，在控制器控制第二电压检测回路导通并稳定后，控制器获取电压检测设备检测得到的第二分压电容的分压电压作为第二检测电压。

具体地，控制器在控制第一电压检测回路完成对待测导线的电压测量后，切换导通路线，控制第二电压检测回路导通，第一电压检测回路关闭。第二电压检测回路中的第二参考信号源向第二检测回路中输入固定频率值的参考信号，等到第二电压检测回路运行稳定后，获取在第二分压电容上检测到的分压电压值作为第二检测电压。

步骤S608，根据第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电路总电压。

其中，第二电路总电压为在第二电压检测回路导通时，待测导线的电压与其他等效干扰电压的电压之和。

具体地，控制器根据第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电压检测回路导通时，待测导线的电压与其他等效干扰电压的电压之和。可以理解的，控制器可以根据预设的映射关系，基于第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电路总电压，也可以根据预设计算公式，基于第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电路总电压。本申请对此不作限定。预设映射关系与预设计算公式都可以由设计人员通过实验获得，并预先存储在控制器的存储库中，以方便后续直接使用。

步骤S610，基于第一电路总电压与第二电路总电压，得到待测导线的电压值。

具体地，由于电路总电压等于待测导线的电压与总等效干扰电压的总和，控制器通过控制两次投切极板，分别导通第一电压检测回路和第二电压检测回路对待测导线进行电压测量，得到第一电路总电压和第二电路总电压，因此，根据第一电路总电压和第二电路总电压进行计算，可以排除了干扰电压之后的待测导线的电压值。

上述电压测量方法中，控制器首先控制第一电压检测回路对三相线路中的任一相待测导线检测，得到第一检测电压，根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压。然后控制切换与第一电压检测回路结构相同，且具有与第一电压检测回路的第一极板呈预设角度的第二电压检测回路对待测导线检测，得到第二检测电压，根据第二电压检测回路的参考信号与第二检测电压，得到第二电路总电压。由于第一电压检测回路与第二电压检测回路的结构相同，仅仅是与待测导线进行耦合连接的极板对角度不同，因此根据由第一电压检测回路得到的第一电路总电压与第二电压检测回路得到的第二电路总电压得到待测导线的电压值，可以有效排除三相线路中其他线路对待测导线的影响，使得到的待测导线的电压值更加的精确，有效提升了待测导线电压测量结果的准确性。

在一个实施例中，根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压，包括：对第一检测电压进行过滤处理，得到参考电压下的第一参考电压，以及在工作频率下的第一工频电压；基于第一电路总电压与第一工频电压、第一电压检测回路的参考信号、以及第一参考电压的第一映射关系，得到第一电路总电压。

其中，第一映射关系为假设第一电压检测回路分别在参考频率以及工作频率下运行时，第一电路总电压与第一工频电压、第一电压检测回路的参考信号、以及第一参考电压之间的对应关系。可以理解的，第一映射关系由设计人员根据实验分析获得，并预先存储在控制器的存储库中，以便在需要时直接调用。

虽然在实验分析过程中，通过电路叠加定理可以将电路解耦为两种频率，然而在实际测量时，在第一分压电容上所检测到的第一检测电压为工作频率下的第一工频电压与参考频率下的第一参考电压两种信号的混合叠加。由于第一工频电压和第一参考电压分别是频率为工作频率和参考频率的正弦信号，因此可以很容易通过硬件处理方法，例如滤波电路，或者软件处理方法，例如傅里叶变换计算得到。

具体地，控制器对在分压电容上检测到的第一检测电压进行过滤处理，将混合叠加的信号分离出来，得到参考电压下的第一参考电压，以及在工作频率下的第一工频电压。控制器根据分离得到的第一参考电压、第一工频电压、第一电压检测回路的参考信号，基于预先设定的第一映射关系，得到第一电路总电压。

根据第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电路总电压，包括：对第二检测电压进行过滤处理，得到参考电压下的第二参考电压，以及在工作频率下的第二工频电压；基于第二电路总电压与第二工频电压、第二电压检测回路的参考信号、以及第二参考电压的第二映射关系，得到第二电路总电压。

其中，第二映射关系为假设第二电压检测回路分别在参考频率以及工作频率下运行时，第二电路总电压与第二工频电压、第二电压检测回路的参考信号、以及第二参考电压之间的对应关系。可以理解的，第二映射关系由设计人员根据实验分析获得，并预先存储在控制器的存储库中，以便在需要时直接调用。

具体地，控制器对在分压电容上检测到的第二检测电压进行同样的过滤处理，将混合叠加的信号分离出来，得到参考电压下的第二参考电压，以及在工作频率下的第二工频电压。控制器根据分离得到的第二参考电压、第二工频电压、第二电压检测回路的参考信号，基于预先设定的第二映射关系，得到第二电路总电压。

在本实施例中，通过简单的过滤操作，从混合叠加的信号中分离出参考电压下的参考电压，以及工作频率下的工频电压，并基于预设的映射关系，通过参考电压、工频电压以及参考频率，即可得到电压检测回路的电路总电压，整个过程无需对待测导线执行剥离绝缘层的操作，提高了电压测量时的安全性与便利性，并为后续得到待测导线的电压值提供了数据基础。

在一个实施例中，第一映射关系包括：第一电路总电压与第一工频电压和第一电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与第一参考电压成反比。第二映射关系包括：第二电路总电压与第二工频电压和第二电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与第二参考电压成反比。

具体地，控制器使用第一电压检测回路或第二电压检测回路对待测导线进行电压测量时，整个测量系统的等效电路如图7所示，其中，U_A、U_B、U_C分别为三相导线A相、B相、C相产生的正弦电压信号，其频率均为电力系统的工作频率。U_r为参考信号产生的正弦交流电压信号，信号频率为预先设定的固定频率，是已知量，C_A、C_B、C_C、C_g分别为电压检测回路对A相导线、B相导线、C相导线以及大地的耦合电容，一般较小，为pF级别。C₁是预先设置的分压电容，为已知量，分压电容远大于耦合电容，一般为nF级别。

对图7所示的电路运用戴维南定理和诺顿定理进行简化变换，过程如图8所示，经过五次简化变换，得到最终的简化测量电路图。在第三次简化变换中，将U_B、U_C对测量的等效干扰电压和等效耦合电容用U _x 和C_x表示。其中，U _x =U_B+U_C，C_x=C_B+C_C。

在最终的简化测量电路图中（第五次简化变换得到），将B相、C相以及大地产生的总等效干扰电压以及总等效耦合电容用U_X和C_X表示。

其中，U_X=U_B+U_C+U_g，C_X=C_B+C_C+C_g。U_X也可以用以下表达式表示：

根据电路叠加定理可知，若线性交流电路中有多个频率各不相同的正弦交流电源共同作用，达到稳定状态后，通过电路中任一元件的电压等于各电源单独作用时在该元件产生的电压之和。

分别假设在电路中只有工作频率或只有参考频率下观测电路。

首先在工作频率f _s 下观测电路，此时，待测导线A相的电压U_A和总等效干扰电压U_X均正常存在，参考信号U_r作短路处理，则最终的简化测量电路可以等效成如图9所示的形式。

根据电容和频率的关系，在工作频率f _s 下，耦合电容C_A，分压电容C₁，总等效耦合电容C_X的阻抗的表述式如下：

根据电路的分压公式，分压电容C₁上的检测电压V_S可以表示为：

结合耦合电容C_A、分压电容C₁、总等效耦合电容C_X的阻抗的表达式并简化可得：

同理，在参考频率f _r 下的等效电路如图10所示，根据电容和频率的关系，在工频f _r 下，耦合电容C_A、分压电容C₁、总等效耦合电容C_X的阻抗可以表达为：

根据电路的分压公式，分压电容C₁上的检测电压V_r可以表示为：

结合耦合电容C_A、分压电容C₁、总等效耦合电容C_X的阻抗的表达式并简化可得：

根据两个简化后的阻抗表达式，可以得到：

其中，V_r和V_S可以通过电路检测后过滤得到，因此是已知量，Ur是提前预设的参考信号，也是已知量，由此可以推算出待测导线和总等效干扰电压U_X之和，即电路总电压U_S的表达式为：

因此，电路总电压与工频电压和参考信号的乘积成正比，与参考电压成反比。

在本实施例中，通过对检测回路的等效电路进行简化变换，并假设简化变换后的检测电路分别在参考频率与工作频率下运行，从而分析得到电路总电压与工频电压、参考电压和参考信号之间的对应关系，为后续根据此分析得到的对应关系确定第一电路总电压与第二电路总电压提供了基础。

在其中一个实施例中，如图11所示，基于第一电路总电压与第二电路总电压，得到待测导线的电压值，包括：

步骤S1102，利用反馈控制电路确定第一电路总电压与待测导线的电压值的第一夹角，以及第二电路总电压与待测导线的电压值的第二夹角。

其中，反馈控制电路是一种利用相位同步产生的电压，去调谐压控振荡器以产生目标频率的负反馈控制系统。反馈控制电路的工作原理是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号通过鉴相器转换成电压信号输出，经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制，再通过反馈通路把振荡器输出信号的频率、相位反馈到鉴相器。

具体地，控制器在控制第一电压检测回路导通时，利用反馈控制电路确定待测导线的电压向量与第一电路总电压的电压向量的夹角。在控制第二电压检测回路导通时，利用反馈控制电路确定待测导线的电压向量与第二电路总电压的电压向量的夹角。

步骤S1104，根据第一夹角、第二夹角、第一电路总电压和第二电路总电压构建包含待测导线的电压值的电压相量图。

具体地，当控制器控制第一电压检测回路导通时，得到的第一电路总电压U_s与总等效干扰电压U_X的表达式如下：

当控制器控制第二电压检测回路导通时，得到的第二电路总电压U_s ^’与总等效干扰电压U_X ^’的表达式如下：

由于UA是待求的待测导线电压相量，包括电压幅值和相位，U_X、U_X ^’为B相、C相等干扰导线的等效干扰源，以U_A作为计算的参考相量，U_B、U_C相量方向在两次投切时的方向是一样的，均与U_A成120°、240°角，因此U_X、U_X ^’在两次投切时的方向是一致的。另外U_S、U_S ^’是已知的，包括幅值和相位。根据以上分析，可以得到如图11所示的电压相量图。其中，θ为第一夹角，θ^’为第二夹角。

步骤S1106，基于电压相量图对待测导线的电压值进行求解，得到待测导线的电压值。

具体地，图12中的已知量包括U_S、U_S ^’、θ、θ^’，将对U_A的求解转化为求解三角形BC的边长，那么AB=U_S ^’，BD=U_S，根据余弦定理可得：

根据正弦定理，在三角形BCD中，

由此可得待测导线的电压幅值为：

本实施例中，通过反馈控制电路得到待测导线的电压向量与第一电路总电压的电压向量的夹角，以及待测导线的电压向量与第二电路总电压的电压向量的夹角，然后构建包含待测导线的电压值的电压相量图，根据电压相量图，利用三角函数知识对待测导线的电压值进行求解，得到排除三相线路中其他线路对待测导线的干扰后的待测导线的电压值，有效排除三相线路中其他线路对待测导线的影响，使得到的待测导线的电压值更加的精确，有效提升了待测导线电压测量结果的准确性。

在一个实施例中，如图13所示，提供了一种电压测量方法，该方法应用与图4的电压测量线路中。

具体地，控制器控制第一电压检测回路导通，第二电压检测回路关闭，待电路稳定后，获取第一电压检测回路中第一分压电容的第一检测电压。第一电压检测回路测量完毕后，控制第二电压检测回路导通，第一电压检测回路关闭，待电路稳定后，获取第二电压检测回路中第二分压电容的第二检测电压。

分别对第一检测电压与第二检测电压使用傅里叶变化，计算得到参考电压下的第一参考电压、工作频率下的第一工频电压，以及参考电压下的第二参考电压、工作频率下的第二工频电压。

调用第一映射关系，根据第一映射关系、参考电压下的第一参考电压、工作频率下的第一工频电压以及参考信号得到第一电路总电压，其中，第一电路总电压与第一工频电压和第一电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与第一参考电压成反比。

调用第二映射关系，根据第二映射关系、参考电压下的第二参考电压、工作频率下的第二工频电压以及参考信号得到第二电路总电压，其中，第二电路总电压与第二工频电压和第二电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与第二参考电压成反比。

利用反馈控制电路确定第一电路总电压与待测导线的电压值的第一夹角，以及第二电路总电压与待测导线的电压值的第二夹角，根据第一夹角、第二夹角、第一电路总电压和第二电路总电压构建包含待测导线的电压值的电压相量图，基于电压相量图与三角函数关系，对待测导线的电压值进行求解，得到待测导线的电压值。

本实施例中，通过投切不同的电压测量回路中的极板对，并注入自带的参考信号，进行推导计算，可以滤除其它两相导线的电场干扰，计算得到待测导线的电压。该方法不需要与待测导线产生物理接触，因此不存在高压绝缘问题，不需要破坏待测导线的绝缘层，安装布置便捷，无需停电接入式安装，适用于各种电压等级的导线电压测量，同时电压测量回路只需要铜箔构成的极板对、参考信号源、分压电容等基础元器件，造价成本低，适合大范围推广应用。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及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，如上所述的各实施例所涉及的流程图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。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电压测量方法的电压测量装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个电压测量装置实施例中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。

在一个实施例中，如图14所示，提供了一种电压测量装置1400，包括：第一检测回路检测模块1401、第一总电压计算模块1402、第二检测回路检测模块1403、第二总电压计算模块1404和电压检测模块1405，其中：

第一检测回路检测模块1401，用于控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；待测导线为三相线路中的任一相。

第一总电压计算模块1402，用于根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压。

第二检测回路检测模块1403，用于控制切换第二电压检测回路对待测导线检测，得到第二检测电压；第二电压检测回路与第一电压检测回路的结构相同，且第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度。

第二总电压计算模块1404，用于根据第二电压检测回路的参考信号和第二检测电压，得到第二电路总电压。

电压检测模块1405，用于基于第一电路总电压与第二电路总电压，得到待测导线的电压值。

上述电压测量装置，控制器首先控制第一电压检测回路对三相线路中的任一相待测导线检测，得到第一检测电压，根据第一电压检测回路的参考信号和第一检测电压，得到第一电路总电压。然后控制切换与第一电压检测回路结构相同，且具有与第一电压检测回路的第一极板呈预设角度的第二电压检测回路对待测导线检测，得到第二检测电压，根据第二电压检测回路的参考信号与第二检测电压，得到第二电路总电压。由于第一电压检测回路与第二电压检测回路的结构相同，仅仅是与待测导线进行耦合连接的极板对角度不同，因此根据由第一电压检测回路得到的第一电路总电压与第二电压检测回路得到的第二电路总电压得到待测导线的电压值，可以有效排除三相线路中其他线路对待测导线的影响，使得到的待测导线的电压值更加的精确，有效提升了待测导线电压测量结果的准确性。

在一个实施例中，第一总电压计算模块还用于：对第一检测电压进行过滤处理，得到参考电压下的第一参考电压，以及在工作频率下的第一工频电压；基于第一电路总电压与第一工频电压、第一电压检测回路的参考信号、以及第一参考电压的第一映射关系，得到第一电路总电压；

第二总电压计算模块还用于：对第二检测电压进行过滤处理，得到参考电压下的第二参考电压，以及在工作频率下的第二工频电压；基于第二电路总电压与第二工频电压、第二电压检测回路的参考信号、以及第二参考电压的第二映射关系，得到第二电路总电压。

在一个实施例中，电压检测模块还用于：利用反馈控制电路确定第一电路总电压与待测导线的电压值的第一夹角，以及第二电路总电压与待测导线的电压值的第二夹角；根据第一夹角、第二夹角、第一电路总电压和第二电路总电压构建包含待测导线的电压值的电压相量图；基于电压相量图对待测导线的电压值进行求解，得到待测导线的电压值。

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，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是控制器，其内部结构图可以如图15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和内存储器。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第一检测电压、第二检测电压等数据。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电压测量方法。

本领域技术人员可以理解，图15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，提供了一种控制器，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上电压测量方法实施例中的步骤。

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上电压测量方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以上电压测量方法实施例中的步骤。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

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、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-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。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等。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 RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

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本申请专利范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电压测量方法，其特征在于，所述方法包括：

控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；所述待测导线为三相线路中的任一相；

根据所述第一电压检测回路的参考信号和所述第一检测电压，得到第一电路总电压；

控制切换第二电压检测回路对所述待测导线检测，得到第二检测电压；所述第二电压检测回路与所述第一电压检测回路的结构相同，且所述第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；

根据所述第二电压检测回路的参考信号和所述第二检测电压，得到第二电路总电压；

基于所述第一电路总电压与所述第二电路总电压，得到所述待测导线的电压值。

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压检测回路的参考信号和所述第一检测电压，得到第一电路总电压，包括：

对所述第一检测电压进行过滤处理，得到参考电压下的第一参考电压，以及在工作频率下的第一工频电压；

基于第一电路总电压与所述第一工频电压、所述第一电压检测回路的参考信号、以及所述第一参考电压的第一映射关系，得到所述第一电路总电压；

所述根据所述第二电压检测回路的参考信号和所述第二检测电压，得到第二电路总电压，包括：

对所述第二检测电压进行所述过滤处理，得到所述参考电压下的第二参考电压，以及在所述工作频率下的第二工频电压；

基于第二电路总电压与所述第二工频电压、所述第二电压检测回路的参考信号、以及所述第二参考电压的第二映射关系，得到所述第二电路总电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一映射关系包括：所述第一电路总电压与所述第一工频电压和所述第一电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与所述第一参考电压成反比；

所述第二映射关系包括：所述第二电路总电压与所述第二工频电压和所述第二电压检测回路的参考信号的乘积成正比，与所述第二参考电压成反比。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一电路总电压与所述第二电路总电压，得到所述待测导线的电压值，包括：

利用反馈控制电路确定所述第一电路总电压与所述待测导线的电压值的第一夹角，以及所述第二电路总电压与所述待测导线的电压值的第二夹角；

根据所述第一夹角、第二夹角、第一电路总电压和所述第二电路总电压构建包含所述待测导线的电压值的电压相量图；

基于所述电压相量图对所述待测导线的电压值进行求解，得到所述待测导线的电压值。

5.一种电压测量电路，其特征在于，所述电路包括：

第一电压检测回路，所述第一电压检测回路包括用于接入待测导线的第一极板对以及产生参考信号的第一信号处理装置；所述待测导线为三相线路中的任一相；

第二电压检测回路，所述第二电压检测回路包括用于接入所述待测导线的第二极板对以及产生所述参考信号的第二信号处理装置；所述第二电压检测回路与所述第一电压检测回路的结构相同，且所述第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；

控制器，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权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一极板对包括第一极板与第二极板，所述第一极板与所述第二极板平行放置；所述第一信号处理装置包括第一参考信号源与第一分压电容；

所述第一极板的第一端与所述待测导线耦合连接，第二端与所述第一分压电容连接；

所述第一分压电容的第二端与所述第一参考信号源的第一端连接；

所述第一参考信号源的第二端与所述第二极板的第一端连接，所述第二极板的第二端接地。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第二极板对包括第三极板与第四极板，所述第三极板与所述第四极板平行放置；所述第二信号处理装置包括第二参考信号源与第二分压电容；所述第三极板的第一端与所述待测导线耦合连接，第二端与所述第二分压电容连接；

所述第二分压电容的第二端与所述第二参考信号源的第一端连接；

所述第二参考信号源的第二端与所述第四极板的第一端连接，所述第四极板的第二端接地。

8.一种电压测量装置，其特征在于，所述装置包括：

第一检测回路检测模块，用于控制第一电压检测回路对待测导线检测，得到第一检测电压；所述待测导线为三相线路中的任一相；

第一总电压计算模块，用于根据所述第一电压检测回路的参考信号和所述第一检测电压，得到第一电路总电压；

第二检测回路检测模块，用于控制切换第二电压检测回路对所述待测导线检测，得到第二检测电压；所述第二电压检测回路与所述第一电压检测回路的结构相同，且所述第一电压检测回路和第二电压检测回路中的极板对呈预设角度；

第二总电压计算模块，用于根据所述第二电压检测回路的参考信号和所述第二检测电压，得到第二电路总电压；

电压检测模块，用于基于所述第一电路总电压与所述第二电路总电压，得到所述待测导线的电压值。

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4中任一项所述的方法的步骤。

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4中任一项所述的方法的步骤。

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