CN115469138B - 一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法 - Google Patents

一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法 Download PDF

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CN115469138B CN202211330648.6A CN202211330648A CN115469138B CN 115469138 B CN115469138 B CN 115469138B CN 202211330648 A CN202211330648 A CN 202211330648A CN 115469138 B CN115469138 B CN 115469138B
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Abstract

本申请涉及一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法。所述方法包括：获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各实部电场测量值以及各虚部电场测量值；根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据；基于芯片安装高度、各待测导线的直径、距离以及电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。采用本方法能够从算法层面实现三相解耦，提高测量长直导线的电压值的精度。

Description

一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别是涉及一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，出现了电力测量技术，电网中的电流和电压是电力系统最重要的运行状态数据，如何获取电流和电压数据一直都是电力系统重要的研究课题。电网中的元器件最大输出电流或者电压，都是不能超过的，否则会导致电网中的元器件过热而炸机；如果在电网额定电压的情况下，这个最大输出电流是可以达到额定输出功率的，但是如果低于电网中的元器件的额定电压，就不能满载输出。
传统技术中，获取电压的手段主要还是电压互感器，而互感器体积大、重量重、模拟输出，不能适应电力物联网对传感测量广泛部署、随处获取的要求。随着电场传感芯片相关材料和工艺的技术进步，出现了可用于电力系统电场测量的电场传感芯片。由于电力线路周围的电场不是均匀分布的，因此，若采用传统的办法获取电网电压的方法得到的电压数据往往是精度不足的。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高电压值测量精度的基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面，本申请提供了一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法。所述方法包括：获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
第二方面，本申请还提供了一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量装置。所述装置包括：数据获取模块，用于获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；数据分解模块，用于根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；数据构建模块，用于根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；电压值得到模块，用于基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述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以下步骤：获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述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以下步骤：获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
上述基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，通过获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及各电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，测量值转置数据与变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于芯片安装高度、各待测导线的直径、待测导线的距离以及同一待测导线对应的电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
通过采用电场传感芯片来测量电力线路周围的电场，同时测量需要固定传感芯片与导线之间的位置关系，进一步通过理论推导获取电压-电场之间的比例关系，明确因为电力系统往往三相导线同时存在而导致相间的耦合干扰也是影响传感器性能的关键因素，最终得到基于单轴电场传感器的空间长直导线的电压值，能够实现在没有安装地线，不存在绝缘的问题，不需要接入一次系统，安装时不需要断电以及装置安装位置不做要求的情况下，从算法层面实现三相解耦，提高测量长直导线的电压值的精度。
附图说明
图1为一个实施例中基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法的应用环境图；
图2为一个实施例中基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法的流程示意图；
图3为一个实施例中得到实部电场测量值和虚部电场测量值方法的流程示意图；
图4为一个实施例中得到敏感方向电场测量值方法的流程示意图；
图5为另一个实施例中得到实部电场测量值和虚部电场测量值方法的流程示意图；
图6为一个实施例中得到目标三相电压值方法的流程示意图；
图7为另一个实施例中得到目标三相电压值方法的流程示意图；
图8为一个实施例中得到测量值转置数据和变量转置数据方法的流程示意图；
图9为一个实施例中单轴电场传感芯片构成的三相导线电压传感器A相示意图；
图10为一个实施例中单轴电场传感芯片构成的三相导线电压传感器B相示意图；
图11为一个实施例中单轴电场传感芯片构成的三相导线电压传感器C相示意图；
图12为一个实施例中基于单轴电场传感芯片的三相电压测量装置的结构框图；
图13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。
本申请实施例提供的一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。电场传感器102获取数据，服务器104响应电场传感器102的指令接收电场传感器102的数据，并且对获取得到的数据进行计算，服务器104将数据的计算结果传输回电场传感器102，并且由电场传感器102进行显示。其中，电场传感器102通过网络与服务器104进行通信。数据存储系统可以存储服务器104需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器104上，也可以放在云上或其他网络服务器上。服务器104响应电场传感器102的指令，获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及各电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，测量值转置数据与变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于芯片安装高度、各待测导线的直径、待测导线的距离以及同一待测导线对应的电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。其中，电场传感器102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法，以该方法应用于图1中的服务器为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径。
其中，电力系统可以是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。
其中，电场传感芯片可以是一种电场检测装置，能感受到被测量的电场信息，并能将感受到的电场信息，按一定规律变换成为其它所需形式的信息或者直接采用电场测量值输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
其中，电场测量值可以是通过电场传感芯片对电场中某一点的电场强度进行测量，电场测量值在数值上等于单位电荷在那一点所受的电场力。
其中，芯片安装高度可以是电场传感芯片相对于水平面或者指定的参考面之间的距离，例如：电场传感芯片与水平面之间的距离为A，则芯片安装高度为A。
其中，待测导线的直径可以是安装有电场传感芯片的导线，在导线的横切面上面进行测量所得到的数值。
具体地，服务器响应电场传感器的指令，从电场传感器处获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径，并且将获取到的电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径存储到存储单元中，当服务器需要对电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径中的任意固有数据进行处理时，则从存储单元中调取至易失性存储资源以供中央处理器进行计算。其中，任意固有数据可以是单个数据进行输入，也可以为多个数据同时进行输入。
步骤204，根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值。
其中，三相相位关系可以是交流电力系统中有三根导线之间的相位关系，分为a、b、c三相，正常情况下三相电压、电流对称，相位相差120°；对于三根待测导线，各自对零线的电压宏观上(有效值)都是相等的，但它们的瞬时值却随时间按正弦曲线变化，而且彼此之间存在三分之一个周期的差别。
其中，实部电场测量值可以是电场测量值通过分解后，取分解后的电场测量值的实部所对应的数据，该数据可以是具体的数值，也可以是表达式。
其中，虚部电场测量值可以是电场测量值通过分解后，取分解后的电场测量值的虚部所对应的数据，该数据可以是具体的数值，也可以是表达式。
具体地，假设长直导线均匀带电，单位长度上的电荷为λ，根据高斯定理可得，则距离直线x处的电场强度为(公式1)：
Figure 443561DEST_PATH_IMAGE002
在导线外选取一点作为电位参考点，电位参考点与导线距离为h，假设导线的半径为R，则从电位参考点积分到导线表面，可得导线的表面电位为(公式2)：
Figure 647141DEST_PATH_IMAGE004
联立式电场强度和导线的表面电位两式，可以得到导线的表面电位与电场强度的关系为(公式3)：
Figure 787135DEST_PATH_IMAGE006
上式表明，在选定了电位参考点后，带电导线在空间中产生的电场强度与导线的表面电位成正比，与距离成反比。
电力系统中待测导线通常是三相等间距排列，间距设为a，如图9所示。其中，在每相待测导线上安装一个电场传感器，每个电场传感器由两个电场传感芯片组成，每个电场传感器的两个电场传感芯片间距2x，待测导线位于两个电场传感芯片的中间；电场传感芯片为单轴电场芯片，电场传感芯片的敏感方向沿两电场传感芯片所在直线向外。
以A相导线上的传感芯片为例：由于安装无法保证电场传感器安装在垂直方向上，假设电场传感器与垂直方向的夹角是θ1，E’ a11、E’ b11、E’ c11分别是待测导线A、B、C为三相待测导线在电场传感芯片11处产生的电场，Eb11、Ec11分别是E’ b11、E’ c11在电场传感芯片11电场敏感方向上的分量；E’ a12、E’ b12、E’ c12分别是A、B、C三相待测导线在电场传感芯片11处产生的电场，Eb12、Ec12分别是E’ b12、E’ c12电场传感芯片12电场敏感方向上的分量，θb11、θc11分别是E’ b11、E’ c11在电场传感芯片11电场敏感方向上的投影时的夹角。电力系统中三相电压为50Hz工频正弦波，三相依次滞后120°，记A、B、C三相待测导线的电压分别为Vae-θj、Vbe-(θ+2π/3)j、Vce-(θ-2π/3)j。其中，θ是A相电压的三相电压相角，实际应用中，只有三相电压值Va、Vb、Vc是待测值。
令Vax=Va/ln(h/R)、Vbx=Vb/ln(h/R)、Vcx=Vc/ln(h/R)，单轴电场传感芯片测量得是三相待测导线所产生电场的合成电场，根据表面电位与电场强度的关系(即公式3)以及图9中所示位置的空间几何关系可得(公式4)，其中，x b11为b相导线到电场传感芯片11的距离，x c11为c相导线到电场传感芯片11的距离，E 11是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片11处产生的电场的矢量和：
Figure 695048DEST_PATH_IMAGE008
根据几何关系(公式5)：
Figure 112254DEST_PATH_IMAGE010
代入空间几何关系(公式4)可得(公式6)，其中，E 11是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片11处产生的电场的矢量和：
Figure 611369DEST_PATH_IMAGE012
同理可得(公式7)，其中，E 12是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片12处产生的电场的矢量和：
Figure 931271DEST_PATH_IMAGE014
对于B相待测导线上的传感芯片，如图10所示。
根据上述的原理，同理可得(公式8)，其中，E 21是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片21处产生的电场的矢量和：
Figure 642875DEST_PATH_IMAGE016
同理可得(公式9)，其中，E 22是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片22处产生的电场的矢量和：
Figure 914587DEST_PATH_IMAGE018
对于C相待测导线上的传感芯片，如图11所示。
根据上述的原理，同理可得(公式10)，其中，E 31是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片31处产生的电场的矢量和：
Figure 584603DEST_PATH_IMAGE020
同理可得(公式11)，其中，E 32是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片32处产生的电场的矢量和：
Figure 902452DEST_PATH_IMAGE022
显然，(公式6)至(公式11)为复数方程，按照等式左右实数和虚数对应相等，可以相对应地分解为12个方程(即公式12至公式23)，经整理可得：
Figure 558692DEST_PATH_IMAGE024
Figure 747228DEST_PATH_IMAGE026
公式12至公式23共12个方程，其中，Vax、Vbx、Vcx、θ1、θ2、θ3、θ为7个未知量。
步骤206，根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及各电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据。
其中，三相电压相角可以是所有电力系统的全部领域所采用的供电方式对应的相角，三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统，三相电其中任两相电任一时刻的波形矢量角度相差120度。
其中，测量值转置数据可以是对各个实部电场测量值和各个虚部电场测量值按照预设的顺序进行排列而得到的方程。
其中，变量转置数据可以是对各个三相电压相角和各个求解三相电压值按照预设的顺序进行排列而得到的方程。
具体地，按照由先到后的顺序将real(E11)、imag(E11)、real(E12)、imag(E12)、real(E21)、imag(E21)组成矩阵的第一行，且按照先后顺序将real(E22)、imag(E22)、real(E31)、imag(E31)、real(E32)、imag(E32)组成矩阵的第二行，然后对组成的矩阵进行转置，得到测量值转置数据(公式24)。
Figure 588145DEST_PATH_IMAGE028
按照由先到后的顺序将各个求解三相电压值Vax、Vbx、Vcx，以及各个三相电压相角θ1、θ2、θ3、θ组成单行的矩阵，然后对组成的单行的矩阵进行转置，得到变量转置数据(公式25)。
Figure 799815DEST_PATH_IMAGE030
步骤208，基于芯片安装高度、各待测导线的直径、待测导线的距离以及同一待测导线对应的电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
其中，目标三相电压值可以是通过分解电场测量值后，通过求解计算而得到的电压值，该三相电压值表示待测导线对应的实际电压测量值。
具体地，最小二乘模型可以表达为：z=h(y)+e (公式A-1)，其中，式中z是测量值；y是要求解的未知量；h(y)是测量值和未知量之间的非线性函数；e是测量误差向量。
最小二乘法为求解目标函数J(x)的最小值(公式A-2)：
Figure 853222DEST_PATH_IMAGE032
以上为最小二乘状态模型的解将满足一阶最优性条件。可以通过以下形式求解(公式A-3)：
Figure 224160DEST_PATH_IMAGE034
其中，DH(y)=∂J(y)/∂y=-DH(y)T[z-h(y)]是量测方程的雅可比矩阵。
将非线性函数g(y)在状态相量yk处进行泰勒级数展开得到(公式A-4)：
Figure 908082DEST_PATH_IMAGE036
忽略上述形式的高阶项，获得高斯牛顿法的线性递推公式(公式A-5、公式A-6和公式A-7)：
Figure 607048DEST_PATH_IMAGE038
Figure 995304DEST_PATH_IMAGE040
Figure 689591DEST_PATH_IMAGE042
其中，k表示迭代次数，yk表示第k次迭代的解，G(y)被称为增益矩阵。
Figure 75573DEST_PATH_IMAGE044
其中，上式(公式A-8)的Δyk+1=yk+1-yk。
使用(公式A-1至A-8)提供的方法即可解出变量y(重复迭代可以得到满足误差要求的解)。考虑到电路的滞后效应会引起芯片电压相角测量值θ与电力系统真实电压相角有误差，然而相角只是相对参考角，并不是实际应用中需要考虑的量，不影响最终的计算，结合公式25可进一步得到Vax、Vbx、Vcx。
将Vax、Vbx、Vcx分别代入Va=Vax/ln(h/R)、Vb=Vbx/ln(h/R)、Vc=Vcx/ln(h/R)中，即可得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
上述基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法中，通过获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径；根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及各电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，测量值转置数据与变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；基于芯片安装高度、各待测导线的直径、待测导线的距离以及同一待测导线对应的电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
通过采用电场传感芯片来测量电力线路周围的电场，同时测量需要固定传感芯片与导线之间的位置关系，进一步通过理论推导获取电压-电场之间的比例关系，明确因为电力系统往往三相导线同时存在而导致相间的耦合干扰也是影响传感器性能的关键因素，最终得到基于单轴电场传感器的空间长直导线的电压值，能够实现在没有安装地线，不存在绝缘的问题，不需要接入一次系统，安装时不需要断电以及装置安装位置不做要求的情况下，从算法层面实现三相解耦，提高测量长直导线的电压值的精度。
在一个实施例中，如图3所示，根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值，包括：
步骤302，根据电力系统各待测导线对应的电场敏感方向，对各电场测量值进行正交分解，并选取电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值。
其中，电场敏感方向可以是在三维空间中，电场强度在单位距离中下降得最快的方向，例如：三相导线的电场敏感方向为沿着导线的方向。
其中，正交分解可以是将一个矢量分解为Fx和Fy两个相互垂直的分矢量的方法。
其中，敏感方向电场测量值可以是电场测量值通过正交分解后，位于电场敏感方向上至少一个的电场测量值分量进行矢量叠加而得到的值。
具体地，电力系统中待测导线通常是三相等间距排列，间距设为a，如图9所示。其中，在每相待测导线上安装一个电场传感器，每个电场传感器由两个电场传感芯片组成，每个电场传感器的两个电场传感芯片间距2x，待测导线位于两个电场传感芯片的中间；电场传感芯片为单轴电场芯片，电场传感芯片的敏感方向沿两电场传感芯片所在直线向外。
以A相导线上的传感芯片为例：由于安装无法保证电场传感器安装在垂直方向上，假设电场传感器与垂直方向的夹角是θ1，E’ a11、E’ b11、E’ c11分别是待测导线A、B、C为三相待测导线在电场传感芯片11处产生的电场，Eb11、Ec11分别是E’ b11、E’ c11在电场传感芯片11电场敏感方向上的分量；E’ a12、E’ b12、E’ c12分别是A、B、C三相待测导线在电场传感芯片11处产生的电场，Eb12、Ec12分别是E’ b12、E’ c12电场传感芯片12电场敏感方向上的分量，θb11、θc11分别是E’ b11、E’ c11在电场传感芯片11电场敏感方向上的投影时的夹角。电力系统中三相电压为50Hz工频正弦波，三相依次滞后120°，记A、B、C三相待测导线的电压分别为Vae-θj、Vbe-(θ+2π/3)j、Vce-(θ-2π/3)j。其中，θ是A相电压的三相电压相角，实际应用中，只有三相电压值Va、Vb、Vc是待测值。
令Vax=Va/ln(h/R)、Vbx=Vb/ln(h/R)、Vcx=Vc/ln(h/R)，单轴电场传感芯片测量得是三相待测导线所产生电场的合成电场，根据表面电位与电场强度的关系(即公式3)以及图9中所示位置的空间几何关系可得(公式4)，其中，E 11是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片11处产生的电场的矢量和：
Figure 527414DEST_PATH_IMAGE008
根据几何关系(公式5)：
Figure 453781DEST_PATH_IMAGE045
代入空间几何关系(公式4)可得(公式6)，其中，E 11是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片11处产生的电场的矢量和：
Figure 2574DEST_PATH_IMAGE012
同理可得(公式7)，其中，E 12是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片12处产生的电场的矢量和：
Figure 290949DEST_PATH_IMAGE014
对于B相待测导线上的传感芯片，如图10所示。
根据上述的原理，同理可得(公式8)，其中，E 21是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片21处产生的电场的矢量和：
Figure 964507DEST_PATH_IMAGE016
同理可得(公式9)，其中，E 22是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片22处产生的电场的矢量和：
Figure 694565DEST_PATH_IMAGE018
对于C相待测导线上的传感芯片，如图11所示。
根据上述的原理，同理可得(公式10)，其中，E 31是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片31处产生的电场的矢量和：
Figure 97865DEST_PATH_IMAGE020
同理可得(公式11)，其中，E 32是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片32处产生的电场的矢量和：
Figure 91229DEST_PATH_IMAGE046
步骤304，根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各敏感方向电场测量值按照等式中的实数和虚数对应相等关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值。
具体地，(公式6)至(公式11)为复数方程，按照等式左右实数和虚数对应相等，可以相对应地分解为12个方程(即公式12至公式23)，经整理可得：
Figure 252083DEST_PATH_IMAGE047
Figure 192357DEST_PATH_IMAGE048
公式12至公式23共12个方程，其中，Vax、Vbx、Vcx、θ1、θ2、θ3、θ为7个未知量。
本实施例中，通过电场测量值之间的三相相位关系对电场敏感方向的电场测量值分量进行实数部分和虚数部分的分解，能够达到将电场测量值分解成实部电场测量值以及虚部电场测量值，有助于后续使用最小二乘法对目标三相电压值进行求解，提高目标三相电压值的求解精度。
在一个实施例中，如图4所示，根据电力系统各待测导线对应的电场敏感方向，对各电场测量值进行正交分解，并选取电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值，包括：
步骤402，根据电力系统各待测导线对应的电场敏感方向，对各电场测量值进行正交分解，得到各电场测量值分别对应的初始电场测量值。
其中，初始电场测量值可以是任意一个电场测量值经过正交分解后，沿着电场敏感方向的分量的电场测量值。
具体地，电力系统中待测导线通常是三相等间距排列，间距设为a，如图9所示。其中，在每相待测导线上安装一个电场传感器，每个电场传感器由两个电场传感芯片组成，每个电场传感器的两个电场传感芯片间距2x，待测导线位于两个电场传感芯片的中间；电场传感芯片为单轴电场芯片，电场传感芯片的敏感方向沿两电场传感芯片所在直线向外。
以A相导线上的传感芯片为例：由于安装无法保证电场传感器安装在垂直方向上，假设电场传感器与垂直方向的夹角是θ1，E’ a11、E’ b11、E’ c11分别是待测导线A、B、C为三相待测导线在电场传感芯片11处产生的电场，Eb11、Ec11分别是E’ b11、E’ c11在电场传感芯片11电场敏感方向上的分量；E’ a12、E’ b12、E’ c12分别是A、B、C三相待测导线在电场传感芯片11处产生的电场，Eb12、Ec12分别是E’ b12、E’ c12电场传感芯片12电场敏感方向上的分量，θb11、θc11分别是E’ b11、E’ c11在电场传感芯片11电场敏感方向上的投影时的夹角。电力系统中三相电压为50Hz工频正弦波，三相依次滞后120°，记A、B、C三相待测导线的电压分别为Vae-θj、Vbe-(θ+2π/3)j、Vce-(θ-2π/3)j。其中，θ是A相电压的三相电压相角，实际应用中，只有三相电压值Va、Vb、Vc是待测值。
步骤404，将各初始电场测量值进行按照空间几何关系进行换算，得到电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值。
具体地，令Vax=Va/ln(h/R)、Vbx=Vb/ln(h/R)、Vcx=Vc/ln(h/R)，单轴电场传感芯片测量得是三相待测导线所产生电场的合成电场，根据表面电位与电场强度的关系(即公式3)以及图9中所示位置的空间几何关系可得(公式4)，其中，E 11是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片11处产生的电场的矢量和：
Figure 246900DEST_PATH_IMAGE008
根据几何关系(公式5)：
Figure 83269DEST_PATH_IMAGE010
代入空间几何关系(公式4)可得(公式6)，其中，E 11是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片11处产生的电场的矢量和：
Figure 793737DEST_PATH_IMAGE012
同理可得(公式7)，其中，E 12是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片12处产生的电场的矢量和：
Figure 865598DEST_PATH_IMAGE014
对于B相待测导线上的传感芯片，如图10所示。
根据上述的原理，同理可得(公式8)，其中，E 21是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片21处产生的电场的矢量和：
Figure 509069DEST_PATH_IMAGE016
同理可得(公式9)，其中，E 22是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片22处产生的电场的矢量和：
Figure 47497DEST_PATH_IMAGE018
对于C相待测导线上的传感芯片，如图11所示。
根据上述的原理，同理可得(公式10)，其中，E 31是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片31处产生的电场的矢量和：
Figure 182944DEST_PATH_IMAGE020
同理可得(公式11)，其中，E 32是a相导线、b相导线以及c相导线在电场传感芯片32处产生的电场的矢量和：
Figure 261758DEST_PATH_IMAGE049
本实施例中，通过对各初始电场测量值按照电场敏感方向分解后，进行空间几何关系进行换算，得到敏感方向电场测量值，能够对三相导线的电场强度测量专注于电场敏感方向，减少竖直于三相导线方向的电场分量对计算带来的误差，提高敏感方向电场测量值的准确度。
在一个实施例中，如图5所示，根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各敏感方向电场测量值按照等式中的实数和虚数对应相等关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值，包括：
步骤502，根据电场测量值之间的三相相位关系、复数三角函数以及各敏感方向电场测量值，确定各敏感方向电场测量值分别对应的实部转换方式以及虚部转换方式。
其中，复数三角函数可以是是实变量三角函数在复数域中的推广。当z为实数时，复变三角函数定义与数学分析中关于正弦函数和余弦函数的定义是一致的。
具体地，根据电场测量值之间的三相相位关系，即为各个待测导线对应的θ值，以及不同的θ值之间的相位角差值，结合复数三角函数的复变正弦函数与余弦函数，以及复变正切函数与余切函数具体变换形式，确定敏感方向电场测量值中需要进行实部转换的表达式和转换方式，以及进行虚部转换的表达式和转换方式。
步骤504，根据实部转换方式以及虚部转换方式分别对各敏感方向电场测量值进行复数分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值。
具体地，(公式6)至(公式11)为复数方程，按照等式左右实数和虚数对应相等，可以相对应地分解为12个方程(即公式12至公式23)，经整理可得：
Figure 290894DEST_PATH_IMAGE050
Figure 937907DEST_PATH_IMAGE051
公式12至公式23共12个方程，其中，Vax、Vbx、Vcx、θ1、θ2、θ3、θ为7个未知量。
本实施例中，通过三相相位关系、复数三角函数以及敏感方向电场测量值确定将敏感方向电场测量值进行复数分解的方式，能够使得分解后的实部电场测量值以及虚部电场测量值的准确度提高，有助于提高后续计算目标三相电压值的精度。
在一个实施例中，如图6所示，基于芯片安装高度、各待测导线的直径、待测导线的距离以及同一待测导线对应的电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值，包括：
步骤602，基于测量值转置数据对应的待测导线的距离和电场传感器芯片的距离，以及变量转置数据对应的非线性函数和测量误差向量，对测量值转置数据、变量转置数据进行最小二乘法求解，得到电力系统中各待测导线对应的求解三相电压值。
其中，求解三相电压值可以是可以是求解目标三相电压值的中间过程量，具体为通过实部电场测量值和虚部电场测量值进行计算得到，并未考虑电场传感芯片的高度以及待测导线的直径的影响因素。
具体地，使用(公式A-1至A-8)提供的方法即可解出变量y(重复迭代可以得到满足误差要求的解)。考虑到电路的滞后效应会引起芯片电压相角测量值θ与电力系统真实电压相角有误差，然而相角只是相对参考角，并不是实际应用中需要考虑的量，不影响最终的计算，结合公式25可进一步得到求解三相电压值Vax、Vbx、Vcx。
步骤604，基于芯片安装高度以及各待测导线的直径，对求解三相电压值进行除法运算，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
具体地，基于芯片安装高度以及各待测导线的直径的具体数值，其中，芯片安装高度可以相对于水平面或者预设的参考平面，将Vax、Vbx、Vcx分别代入Va=Vax/ln(h/R)、Vb=Vbx/ln(h/R)、Vc=Vcx/ln(h/R)三式中，由于Vax、Vbx、Vcx已经通过上述步骤求得，即可得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值Va、Vb、Vc。
本实施例中，通过使用最小二乘法获得求解三相电压值后结合芯片安装高度和待测导线的直径，进一步计算得到目标三相电压值，能够达到从算法层面实现三相解耦，实现非侵入式测量电压，提高测量电压的安全性和效率。
在一个实施例中，如图7所示，基于芯片安装高度以及各待测导线的直径，对求解三相电压值进行除法运算，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值，包括：
步骤702，将芯片安装高度与待测导线的直径进行除法运算，并对除法运算的商取自然对数，得到电力系统对数变量。
其中，电力系统对数变量可以是对芯片安装高度与待测导线的直径进行至少一步计算后所得到的数据。
具体地，将芯片安装高度作为被除数，而待测导线的直径作为除数执行除法运算，由于高度的单位是米，而直径的单位也是米，因此得到的商为无量纲数据；对除法运算得到的商求自然对数，得到电力系统对数变量，计算式为：ln(h/R)。
步骤704，将求解三相电压值与电力系统对数变量进行相除，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
具体地，根据求解三相电压和目标三相电压的关系，对Vax=Va/ln(h/R)、Vbx=Vb/ln(h/R)、Vcx=Vc/ln(h/R)进行调整，得到Va=Vax/ln(h/R)、Vb=Vbx/ln(h/R)、Vc=Vcx/ln(h/R)，即求解Vax、Vbx、Vcx为求解三相电压值且作为被除数，电力系统对数变量作为除数进行运算。将Vax、Vbx、Vcx分别代入Va=Vax/ln(h/R)、Vb=Vbx/ln(h/R)、Vc=Vcx/ln(h/R)中，即可得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
本实施例中，通过对芯片安装高度和待测导线的直径之间的商采用自然对数，能够检验计算目标三相电压值是否符合理论基础，提高计算精度。
在一个实施例中，如图8所示，根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及各电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，包括：
步骤802，对任意一个电场测量值对应的实部电场测量值和虚部电场测量值按照实部电场测量值位于虚部电场测量值之前进行排序。
具体地，将各个电场传感芯片对应的实部电场测量值和虚部电场测量值，按照实部电场测量值在前，虚部电场测量值在后的排序方式进行组合，得到的排序情况为：real(E11)、imag(E11)、real(E22)、imag(E22)、real(E12)、imag(E12)、real(E31)、imag(E31)、real(E21)、imag(E21)、real(E32)、imag(E32)。
步骤804，将各排序后电场测量值对按照第一排序顺序进行矩阵排序，并将第一排序结果对应的矩阵进行转置，得到测量值转置数据。
其中，第一排序顺序可以是对各个排序后电场测量值按照组建矩阵的方式对矩阵元素进行排列的顺序。
具体地，按照由先到后的顺序将real(E11)、imag(E11)、real(E12)、imag(E12)、real(E21)、imag(E21)组成矩阵的第一行，且按照先后顺序将real(E22)、imag(E22)、real(E31)、imag(E31)、real(E32)、imag(E32)组成矩阵的第二行，然后对组成的矩阵进行转置，得到测量值转置数据(公式24)。
Figure 685283DEST_PATH_IMAGE052
步骤806，将求解三相电压值按照第二排序顺序进行排序，以及将三相相位关系对应的三相电压相角按照第三排序顺序，得到第二排序结果和第三排序结果。
其中，第二排序顺序可以是对各个求解三相电压值按照组建矩阵的方式对矩阵元素进行排列的顺序。
其中，第三排序顺序可以是对各个三相电压相角按照组建矩阵的方式对矩阵元素进行排列的顺序。
具体地，将各个求解三相电压值按照第二排序顺序进行排序，得到的第二排序结果为Vax、Vbx、Vcx，以及，将各个三相电压相角按照第三排序顺序进行排序，得到的第三排序结果为θ1、θ2、θ3、θ。
步骤808，按照第二排序结果在位于第三排序结果之前建立矩阵，并对建立后的矩阵进行转置，得到变量转置数据。
具体地，按照第二排序结果和第三排序结果，由先到后的顺序将各个求解三相电压值Vax、Vbx、Vcx，以及各个三相电压相角θ1、θ2、θ3、θ组成单行的矩阵，然后对组成的单行的矩阵进行转置，得到变量转置数据(公式25)。
Figure 768121DEST_PATH_IMAGE053
本实施例中，通过按照预设的排序顺序对实部电场测量值、虚部电场测量值、求解三相电压值以及三相电压相角进行排序，并对排序后的矩阵进行转置计算，能够为后续使用最小二乘法进行求解提供便捷，提高求解的效率。
应该理解的是，虽然如上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基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法的基于单轴电场传感芯片的三相电压测量装置。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基于单轴电场传感芯片的三相电压测量装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图12所示，提供了一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量装置，包括：数据获取模块1202、数据分解模块1204、数据构建模块1206和电压值得到模块1208，其中：
数据获取模块1202，用于获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及电场传感芯片对应的待测导线的直径；
数据分解模块1204，用于根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各电场测量值按照三相相位关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；
数据构建模块1206，用于根据各实部电场测量值、各虚部电场测量值以及各电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，测量值转置数据与变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；
电压值得到模块1208，用于基于芯片安装高度、各待测导线的直径、待测导线的距离以及同一待测导线对应的电场传感芯片的距离，对测量值转置数据和变量转置数据进行求解，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
在其中一个实施例中，数据分解模块，用于：根据电力系统各待测导线对应的电场敏感方向，对各电场测量值进行正交分解，并选取电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值；根据电力系统中各电场测量值之间的三相相位关系，对各敏感方向电场测量值按照等式中的实数和虚数对应相等关系进行分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值。
在其中一个实施例中，数据分解模块，用于：根据电力系统各待测导线对应的电场敏感方向，对各电场测量值进行正交分解，得到各电场测量值分别对应的初始电场测量值，初始电场测量值为矢量；将各初始电场测量值进行按照空间几何关系进行换算，得到电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值。
在其中一个实施例中，数据分解模块，用于：根据电场测量值之间的三相相位关系、复数三角函数以及各敏感方向电场测量值，确定各敏感方向电场测量值分别对应的实部转换方式以及虚部转换方式；根据实部转换方式以及虚部转换方式分别对各敏感方向电场测量值进行复数分解，得到各电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值。
在其中一个实施例中，电压值得到模块，用于：基于测量值转置数据对应的待测导线的距离和电场传感器芯片的距离，以及变量转置数据对应的非线性函数和测量误差向量，对测量值转置数据、变量转置数据进行最小二乘法求解，得到电力系统中各待测导线对应的求解三相电压值；基于芯片安装高度以及各待测导线的直径，对求解三相电压值进行除法运算，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
在其中一个实施例中，电压值得到模块，用于：将芯片安装高度与待测导线的直径进行除法运算，并对除法运算的商取自然对数，得到电力系统对数变量；将求解三相电压值与电力系统对数变量进行相除，得到电力系统中各待测导线对应的目标三相电压值。
在其中一个实施例中，数据构建模块，用于：对任意一个电场测量值对应的实部电场测量值和虚部电场测量值按照实部电场测量值位于虚部电场测量值之前进行排序；将各排序后电场测量值对按照第一排序顺序进行矩阵排序，并将第一排序结果对应的矩阵进行转置，得到测量值转置数据；将求解三相电压值按照第二排序顺序进行排序，以及将三相相位关系对应的三相电压相角按照第三排序顺序，得到第二排序结果和第三排序结果；按照第二排序结果在位于第三排序结果之前建立矩阵，并对建立后的矩阵进行转置，得到变量转置数据。
上述基于单轴电场传感芯片的三相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服务器，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服务器数据。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基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法。
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，还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上述各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，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。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各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 (9)

1.一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量方法，其特征在于，所述方法包括：
获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；其中，各相的所述待测导线两侧分别安装一个单轴的电场传感芯片，所述待测导线两侧的两个所述电场传感芯片间距为所述待测导线与任一所述电场传感芯片的距离的两倍；
根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；
根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；其中，所述测量值转置数据为对由各所述实部电场测量值和各所述虚部电场测量值构建的矩阵进行转置得到的；所述变量转置数据为对由各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角以及求解三相电压值构建的矩阵进行转置得到的；
基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值；
其中，基于所述测量值转置数据对应的待测导线的距离和电场传感器芯片的距离，以及所述变量转置数据对应的非线性函数和测量误差向量，对所述测量值转置数据、所述变量转置数据进行最小二乘法求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的求解三相电压值；
其中，基于所述芯片安装高度以及各所述待测导线的直径，对所述求解三相电压值进行除法运算，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值，包括：
根据所述电力系统各所述待测导线对应的电场敏感方向，对各所述电场测量值进行正交分解，并选取所述电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值；
根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述敏感方向电场测量值按照等式中的实数和虚数对应相等关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；所述等式为各所述敏感方向电场测量值对应的表达式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述电力系统各所述待测导线对应的电场敏感方向，对各所述电场测量值进行正交分解，并选取所述电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值，包括：
根据所述电力系统各所述待测导线对应的电场敏感方向，对各所述电场测量值进行正交分解，得到各所述电场测量值分别对应的初始电场测量值，所述初始电场测量值为矢量；
将各所述初始电场测量值进行按照空间几何关系进行换算，得到所述电场敏感方向对应的分解值作为敏感方向电场测量值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述敏感方向电场测量值按照等式中的实数和虚数对应相等关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值，包括：
根据所述电场测量值之间的三相相位关系、复数三角函数以及各所述敏感方向电场测量值，确定各所述敏感方向电场测量值分别对应的实部转换方式以及虚部转换方式；
根据所述实部转换方式以及所述虚部转换方式分别对各所述敏感方向电场测量值进行复数分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述芯片安装高度以及各所述待测导线的直径，对所述求解三相电压值进行除法运算，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值，包括：
将所述芯片安装高度与所述待测导线的直径进行除法运算，并对除法运算的商取自然对数，得到电力系统对数变量；
将所述求解三相电压值与所述电力系统对数变量进行相除，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，包括：
对任意一个所述电场测量值对应的所述实部电场测量值和所述虚部电场测量值按照所述实部电场测量值位于所述虚部电场测量值之前进行排序；
将各排序后电场测量值对按照第一排序顺序进行矩阵排序，并将第一排序结果对应的矩阵进行转置，得到所述测量值转置数据；
将求解三相电压值按照第二排序顺序进行排序，以及将所述三相相位关系对应的三相电压相角按照第三排序顺序，得到第二排序结果和第三排序结果；
按照所述第二排序结果在位于所述第三排序结果之前建立矩阵，并对建立后的矩阵进行转置，得到所述变量转置数据。
7.一种基于单轴电场传感芯片的三相电压测量装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取电力系统中的电场传感芯片对应的电场测量值，所述电场传感芯片对应的芯片安装高度，以及所述电场传感芯片对应的待测导线的直径；其中，各相的所述待测导线两侧分别安装一个单轴的电场传感芯片，所述待测导线两侧的两个所述电场传感芯片间距为所述待测导线与任一所述电场传感芯片的距离的两倍；
数据分解模块，用于根据所述电力系统中各所述电场测量值之间的三相相位关系，对各所述电场测量值按照所述三相相位关系进行分解，得到各所述电场测量值分别对应的实部电场测量值以及虚部电场测量值；
数据构建模块，用于根据各所述实部电场测量值、各所述虚部电场测量值以及各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角，构建测量值转置数据和变量转置数据，其中，所述测量值转置数据与所述变量转置数据的对应关系通过非线性函数以及测量误差向量进行关联；其中，所述测量值转置数据为对由各所述实部电场测量值和各所述虚部电场测量值构建的矩阵进行转置得到的；所述变量转置数据为对由各所述电场测量值之间的三相相位关系对应的三相电压相角以及求解三相电压值构建的矩阵进行转置得到的；
电压值得到模块，用于基于所述芯片安装高度、各所述待测导线的直径、所述待测导线的距离以及同一所述待测导线对应的电场传感芯片的距离，对所述测量值转置数据和所述变量转置数据进行求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值；
其中，基于所述测量值转置数据对应的待测导线的距离和电场传感器芯片的距离，以及所述变量转置数据对应的非线性函数和测量误差向量，对所述测量值转置数据、所述变量转置数据进行最小二乘法求解，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的求解三相电压值；
其中，基于所述芯片安装高度以及各所述待测导线的直径，对所述求解三相电压值进行除法运算，得到所述电力系统中各所述待测导线对应的目标三相电压值。
8.一种计算机设备，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6中任一项所述的方法的步骤。
9.一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6中任一项所述的方法的步骤。
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