CN118033216A - 三相电缆电压非接触测量方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种三相电缆电压非接触测量方法、系统、设备和存储介质，属于电缆检测技术领域。测量方法包括：获取电场传感器环形阵列所测得的径向电场值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系；以径向电场值的极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角；根据初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器，构建三相电缆电容等效电路模型；将各传感器的电流值代入模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压；以初始极角和初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法寻找最优参数作为非接触测量所得的三相电压。本申请先通过建模确定一个较优的起点，然后使用智能寻优算法寻优，可以加快算法收敛速度，快速找到最佳结果。
Description
技术领域
本申请属于电缆检测技术领域，更具体地，涉及一种三相电缆电压非接触测量方法、系统、设备和存储介质。
背景技术
随着智慧电网的建立，电力电缆在电力系统中分布越来越广泛，随之而来的对于电缆的实时监测也提出了更高的要求，电压作为直接可以反映电缆状态的电参量，其准确测量可以帮助判断电缆的运行状态，提高电缆的可靠性。
传统的三相电缆的电压测量可以分为三种方法。
第一种方法是根据三相电缆内尺寸和材料参数，分别计算出三相电缆所有导体之间的电容值，构建一个纯电容电路模型，使用电场传感器测量得到电路节点的电流值，带入模型中求解三相电压值。这种方法由于三相电缆内的电容准确值较难计算，且方法的准确性严重依赖于三相电缆参数，使得在实际应用中较为困难。
第二种方法是在三相电缆中通入一组标准电压值，并得到电场传感器的测量值，将标准值和测量数据放入神经网络中进行训练，从而得到三相电缆电压的测量模型。该方法想要得到较为准确的模型需要大量的训练数据，在真实应用现场中无法在三相电缆内通入标准电压值进行测量，且一旦应用场景发生变化，就需要重新进行模型训练，十分繁琐。
前两种方法在实际应用中都需要保证三相电缆的参数在模型建立时与测量时不能发生改变，而在应用中这一点很难得到保证，故其计算所产生的误差均较大。
与前两种方法不同，第三种方法并不十分依赖于三相电缆的结构参数，只需要建立三相电缆周向电场值与芯线内电压值的关系即可，使用启发式算法，根据传感器的测量数据反算得到三相芯线内电压。由于不受三相电缆结构参数的影响，其计算结果受干扰程度小，测量的准确度高。但是由于电场和三相芯线内电压的关系式较为复杂，要使反算结果收敛到与实际值误差较小的范围内所花费时间较长，对于时间要求较高的场景下，无法满足快速性。
因此，亟需提出一种适用性广且计算速度快的三相电缆电压测量的方法，可以实现对三相电缆的运行情况进行实时精准的监控。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本申请提供了一种三相电缆电压非接触测量方法、系统、设备和存储介质，其目的在于快速测量三相电缆电压并能够适用于不同的电缆结构。
一种三相电缆电压非接触测量方法，包括
获取包围三相芯线的电场传感器环形阵列所测得的径向电场离散值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系；
以径向电场值的三个极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角；
根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，构建三相电缆电容等效电路模型，所述模型由各相芯线与对应建模传感器之间的电容、各相芯线之间的电容、各相芯线与接地层之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容构成；
将各所述建模传感器的电流值代入所述模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压；
以所述初始极角和所述初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法对三相芯线的极径、极角和电压进行迭代更新并计算每次迭代更新后电场传感器所在位置处的径向电场计算值，寻找到与实际测得的径向电场离散值最接近的径向电场计算值并以当前三相芯线的电压作为非接触测量所得的三相电压。
在其中一个实施例中，所述电场传感器环形阵列的电场传感器的数量 N满足：
；
式中，n为被测电缆的供电相数。
在其中一个实施例中，确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系，包括：
在电场传感器环形阵列测量所得的径向电场离散值的基础上，利用插值算法对测量点的数量进行拓展，获取一系列不同测量点处的径向电场测量值，得到径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系。
在其中一个实施例中，拓展后的测量点的数量不低于， N为电场传感器环形阵列的电场传感器的数量。
在其中一个实施例中，利用电轴法计算各相芯线之间的电容以及各相芯线与接地层之间的电容，利用平行板电容器电容计算方法计算各相芯线与对应建模传感器之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容。
在其中一个实施例中，建模传感器的电流值的计算公式为：
式中，为电流值，/>为介电常数，/>为对应电压传感器的等效面积，/>为对应电压传感器测量的径向电场离散值。
在其中一个实施例中，所述智能寻优算法的寻优目标函数为：
式中，N和n分别为电场传感器环形阵列的电场传感器的数量和被测电缆的供电相数，分别为供电相的索引和电场传感器的索引，/>和/>分别为第/>个电场传感器测得的径向电场离散值和第/>个电场传感器所在位置处的径向电场计算值，/>分别为迭代更新的三相的极径，/>分别为迭代更新的三相的极角，/>分别为迭代更新的三相的电压。
一种三相电缆电压非接触测量系统，包括：
数据获取单元，用于获取包围三相电缆的电场传感器环形阵列所测得的径向电场离散值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系；
初始极角确定单元，用于以径向电场值的三个极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角；
模型构建单元，用于根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，构建三相电缆电容等效电路模型，所述模型由各相芯线与对应建模传感器之间的电容、各相芯线之间的电容、各相芯线与接地层之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容构成；
初始电压确定单元，用于将各所述建模传感器的电流值代入所述模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压；
寻优单元，用于以所述初始极角和所述初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法对三相芯线的极径、极角和电压进行迭代更新并计算每次迭代更新后电场传感器所在位置处的径向电场计算值，寻找到与实际测得的径向电场离散值最接近的径向电场计算值并以当前三相芯线的电压作为非接触测量所得的三相电压。
一种电子设备，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如上述的方法的步骤。
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如上述的方法的步骤。
总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本申请使用智能寻优算法对于三相电缆参数进行优化求解，在寻优期间，当在当前更新的三相电缆参数下计算得到的径向电场与实际测量值接近时，认为当前更新的三相电缆参数为三相电缆的测量结果并输出，从而得到三相电缆电压。通过寻优算法，降低了对于电容准确值的依赖，减小了由于三相电缆内部结构变化所引起的测量误差，能适用于不同的电缆结构，提高了三相电缆电压测量方法的准确度和可靠性；
2、本申请在使用智能寻优算法之前，先以多导体系统的物理知识为基础，选择芯线、接地层、传感器之间的特定几处电容建构出三相电缆电容等效电路模型，相比于考虑大量电容的精准模型，本申请构建的模型结构更加精简，大幅度减少了计算电容的工作量，可快速获取三相芯线极角和三相电压值的预估值。然后再以所得的预估值作为智能寻优算法的初始值，从一个较优的起点开始搜索，可以加快算法收敛速度，快速找到最佳结果，输出三相电缆的电压值。
进一步地，电场传感器的数量满足：/>，/>为被测电缆的供电相数，在本申请中，/>。如此，足够多的电场传感器可以提高数据的准确性。
进一步地，在电场传感器环形阵列测量所得的径向电场离散值的基础上，利用插值算法对测量点的数量进行拓展，获取一系列不同测量点处的径向电场测量值，得到径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系。如此，利用有限数量的电场传感器，通过插值算法获取更多的径向电场测量值，进一步提高了数据的准确性。
附图说明
图1为一实施例的三相电缆电压非接触测量方法的步骤流程图。
图2为一实施例的的三相电缆的结构示意图。
图3为一实施例的三相电缆电容等效电路模型中的所选电容的分布示意图。
图4为一实施例的计算芯线与芯线之间电容的电轴法计算模型示意图。
图5为一实施例的计算芯线与接地层之间电容的电轴法计算模型示意图。
图6为一实施例的三相电缆电容等效电路模型示意图。
图7为一实施例的三相电缆电压非接触测量系统示意图。
图8为一实施例的使用不同算法寻优的收敛效果对比图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
如图1所示为本申请实施例中的三相电缆电压非接触测量方法的步骤流程图，其主要包括以下几个步骤。
步骤S1：获取包围三相芯线的电场传感器环形阵列所测得的径向电场离散值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系。
如图2所示为本申请实施例中的三相电缆的结构示意图，三相电缆包括三相芯线A、B、C、电场传感器和阶地层。具体的，接地层半径为R，芯线直径为d，电场传感器长度均为L，均匀分布在圆周上，与圆心距离为均为，/>为电场传感器的索引。理想状态下，三个芯线A、B、C为对称分布，三个芯线之间互差120°圆周角，芯线圆心距离接地层圆心距离均为r。
电场传感器可获取对应测量点处的径向电场，N个电场传感器可获取N个不同测量点处的径向电场，形成N个不同测量点处的N个电场离散值。定义坐标系，每个测量点的位置可用极径和圆周角/>表示，每个测量点的位置已知，基于不同位置处的圆周角和径向电场，可以分析出径向电场随圆周角变化的曲线关系。在一实施例中，电场传感器的数量/>满足：/>，/>为被测电缆的供电相数，在本申请中，/>。如此，足够多的电场传感器可以提高数据的准确性。由于实际所能设置的电场传感器数量有限，在一实施例中，在电场传感器环形阵列测量所得的径向电场离散值的基础上，利用插值算法对测量点的数量进行拓展，获取一系列不同测量点处的径向电场测量值/>，/>为不同测量点处的圆周角，得到径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系。如此，利用有限数量的电场传感器，通过插值算法获取更多的径向电场测量值，进一步提高了数据的准确性。在一实施例中，拓展后的测量点的数量不低于/>。
步骤S2：以径向电场值的三个极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角。
经推导发现，三相芯线所处的三个极角（圆周角）位置处的径向电场值取极大值，因此，在本申请中，通过分析径向电场值随圆周角变化的曲线关系，找到径向电场值的三个极大值，作为三相芯线的初始极角，由于测量或插值算法的误差，导致初始极角并不能直接等同于真实值，但该初始极角已经较为趋近真实值，作为后续寻优算法的起点参数之一，可以加快寻优收敛速度。
以下为推导三相芯线所处的三个极角位置处的径向电场值取极大值的过程。
以A相为例，下标表示对应A相的参数。
基于模拟电荷法和余弦定理，可计算三相电缆中单条A相芯线在电缆表面产生的径向电场强度为：
；
其中，表示真空介电常数，/>表示模拟电荷总数，/>表示模拟电荷的电荷量，和/>分别为芯线和镜像电荷的极坐标参数，/>为电场传感器的极坐标参数。
对三相电缆中单条芯线在电缆表面产生的径向电场强度求导可以得到径向电场强度的导数：
；
由上式中可以得到当或/>时，/>。因为传感器在电缆外布置故一定有/>，可以得出/>在/>时达到极大值。
同理可得，B相和C相均为在芯线所处的极角位置处的径向电场值取极大值。
步骤S3：根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，构建三相电缆电容等效电路模型，模型由各相芯线与对应建模传感器之间的电容、各相芯线之间的电容、各相芯线与接地层之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容构成。
在传统技术中，需要构建一个非常精准的电容电路模型，直接通过电容电路模型求解得到三相电压值，该方法需要模型中的参数非常精准，电容多达数十个，计算量很大。在本申请中，由于后续还会使用寻优算法，对于模型的精确度要求可适当降低，通过分析，可以根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，仅基于三个建模传感器、三相芯线、接地层之间的电容构建三相电缆电容等效电路模型，该模型较之传统的模型，电容数量大大较低，但是仍能保证计算结果较为接近真实值，以计算结果作为后续寻优算法的起点参数之一，可以加快寻优收敛速度。
根据传感器的位置可知，传感器主要受到接地层和与其靠近的芯线的影响较大，故在建立简化的等效电容模型时，忽略另外两相芯线对其的影响，只计算传感器与地、芯线与一个传感器、芯线与芯线以及芯线与地之间的电容，一共12个电容，如图3所示为本申请实施例中的三相电缆电容等效电路模型中的所选电容的分布示意图，其中，选择的三个电场传感器分别为X、Y、Z，CAX表示A相芯线与电场传感器X之间的电容，CBY表示B相芯线与电场传感器Y之间的电容，CCZ表示C相芯线与电场传感器Z之间的电容，CX0表示电场传感器X与接地层之间的电容，CY0表示电场传感器Y与接地层之间的电容，CZ0表示电场传感器Z与接地层之间的电容，CA0表示A相芯线与接地层之间的电容，CB0表示B相芯线与接地层之间的电容，CC0表示C相芯线与接地层之间的电容，CAB表示A相芯线与B相芯线之间的电容，CAC表示A相芯线与C相芯线之间的电容，CBC表示B相芯线与C相芯线之间的电容。
在确定好建模所需的电容后，需计算各电容值，可以根据已有的方法计算电容值，例如，利用电轴法计算各相芯线之间的电容CAB、CAC、CBC以及各相芯线与接地层之间的电容CA0、CB0、CC0，利用平行板电容器电容计算方法计算各相芯线与对应建模传感器之间的电容CAX、CBY、CCZ以及各建模传感器与接地层之间的电容CX0、CY0、CZ0。
首先可以使用电轴法计算芯线与芯线之间的电容值CAB、CAC、CBC，使用两个电轴等效代替电缆芯线求解芯线间的电容。
以CAB为例进行计算单位长度电容，建立如图4所示的计算模型。其中两个芯线圆心间距离为d1，等效的两个电轴沿y轴对称分布，与y轴距离为b，A相芯线圆心到y轴距离为，B相芯线圆心到y轴距离为/>，A、B相芯线半径分别为/>。使用电轴法计算的计算方法如下：
；
根据电容的定义式可以得出单位长度电容CAB的计算公式：
其中，为已知参数，若三相芯线的直径均为d，则/>均为d/2，两个芯线圆心间距离为d1可以按照三个芯线A、B、C为对称分布、三个芯线之间互差120°圆周角、芯线圆心距离接地层圆心距离均为r的理想状态估算。由此可以计算出A相芯线与B相芯线之间的电容CAB。
同理，可以按照如上方法计算出A相芯线与C相芯线之间的电容CAC，B相芯线与C相芯线之间的电容CBC。
对于三相电缆芯线与接地层之间的电容值CA0、CB0、CC0同样可以使用电轴法进行求解，以CA0为例进行计算单位长度电容，建立电容求解模型如图5所示。其中芯线圆心与接地层圆心的间距为d1，等效的两个电轴沿y轴对称分布，与y轴距离为b，芯线圆心到y轴距离为，接地层圆心到y轴距离为/>，芯线半径为/>，接地层半径为/>。使用电轴法的计算方法如下：
；
；
；
根据电容的定义式可以得出单位长度电容的计算公式：
同理，可以按照如上方法计算出B相芯线与接地层之间的电容CB0和 C相芯线与接地层之间的电容CC0。
考虑传感器与三相电缆芯线间的电容，可以使用平行板电容器电容计算方法近似求解两者间的电容值，以CAX为例计算单位长度电容：
式中，为介电常数，/>为电压传感器X的面积，/>为电压传感器X与A相芯线圆心的间距，/>为电压传感器X的长度，/>为电压传感器X与接地层圆心之间的间距，/>为芯线圆心距离接地层圆心的距离。在本实施例中，为简化计算，可近似认为/>。
同理，可以按照如上方法计算出B相芯线与电场传感器Y之间的电容CBY、C相芯线与电场传感器Z之间的电容CCZ。
考虑传感器与接地层之间的电容，同样可以使用平行板电容器电容计算方法近似求解两者间的电容值，以CX0为例计算单位长度电容：
式中，为电压传感器X的面积，/>为电压传感器X与接地层的间距，/>为电压传感器X的长度，/>为电压传感器X与接地层圆心之间的间距，/>为接地层半径。在本实施例中，为简化计算，可近似认为/>。
同理，可以按照如上方法计算出电场传感器Y与接地层之间的电容CY0、电场传感器Z与接地层之间的电容CZ0。
通过上述方法，可以分别求解出建模所用的各电容值，然后构建出如图6所示的三相电缆电容等效电路模型。在该电路模型中，分别以与芯线最接近的电压传感器的电流作为对应芯线的电流，即以流经电压传感器X的电流作为A相芯线的电流iA，以流经电压传感器Y的电流作为B相芯线的电流iB，以流经电压传感器Z的电流作为C相芯线的电流iC。
步骤S4：将各建模传感器的电流值代入模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压。
流经各电压传感器的电流可以通过以下计算公式计算：
式中，为介电常数，/>为传感器的等效面积，/>为传感器测量的电场值。
通过上述计算公式可以计算得到等效电路模型中的电流、/>、/>,进而求解上述电容等效电路中的电压值，得到A、B、C三相电压的计算公式为：
以通过等效电路模型求得的三相电压作为初始电压，即作为后续寻优算法的起点参数之一，可以加快寻优收敛速度。
步骤S5：以初始极角和初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法对三相芯线的极径、极角和电压进行迭代更新并计算每次迭代更新后电场传感器所在位置处的径向电场计算值，寻找到与实际测得的径向电场离散值最接近的径向电场计算值并以当前三相芯线的电压作为非接触测量所得的三相电压。
将步骤S2所得的圆周角作为三相芯线极角的初始值，即使得,将S4中电压预估值/>作为三相芯线电压的初始值，即使得/>，使用智能寻优算法对三相电压和三相电缆的几何参数（极径、极角）进行更新迭代，使电场正演计算得到的径向电场值与电场传感器测量值之间的差值满足预设要求，将此时的三相芯线极径/>、极角和三相电压/>作为测量结果输出。
具体地，目标函数可表示如下：
式中,N和n分别为电场传感器的数目和供电相数，和/>分别为第j个电场传感器的电场测量值和所处测量点的计算值。因此，电压的反算问题通过转化为计算/>和的最小绝对差值来获得最优参数/>。
每次迭代参数后，可根据所迭代更新的参数计算出指定测量点处的径向电场，具体可通过如下公式计算：
；
；
；
；
式中，与电压/>相关且可以基于电压/>确定。
根据以上方法，在三相电缆上加装的电场传感器环形阵列，获取电缆径向电场离散值，将其重构扩展为径向电场测量值，找到径向电场最大值所对应的圆周角，将其作为三相芯线的圆周角，并结合三相芯线的极径，分别求解三相电缆内导体之间的电容值，构建三相电缆电容等效电路模型。然后根据电流计算公式得到传感器位置的电流值，带入三相电缆电容等效电路模型中，计算得到三相电缆内芯线上的电压值；最后，通过将上述方法求得的芯线上的三相电压值和三相电缆的极角设为算法优化的初始值，带入模型的计算和算法求解之中，可以帮助模型产生三相芯线极角、极径、三相电压最优参数，提高了现有电压测量方法的准确性和快速性。
实施例2
本申请还涉及一种三相电缆电压非接触测量系统，如图7所示，该系统包括：
数据获取单元，用于获取包围三相电缆的电场传感器环形阵列所测得的径向电场离散值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系；
初始极角确定单元，用于以径向电场值的三个极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角；
模型构建单元，用于根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，构建三相电缆电容等效电路模型，模型由各相芯线与对应建模传感器之间的电容、各相芯线之间的电容、各相芯线与接地层之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容构成；
初始电压确定单元，用于将各建模传感器的电流值代入模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压；
寻优单元，用于以初始极角和初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法对三相芯线的极径、极角和电压进行迭代更新并计算每次迭代更新后电场传感器所在位置处的径向电场计算值，寻找到与实际测得的径向电场离散值最接近的径向电场计算值并以当前三相芯线的电压作为非接触测量所得的三相电压。
可以理解的，该系统与实施例1中的方法相对应，该系统中的功能单元用于执行方法中的相应步骤，具体细节可以参考实施例1的介绍，在此不再赘述。
实施例3
本申请还涉及一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现实施例1中方法的步骤。
该电子设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，电子设备的各种功能。
实施例4
本申请还涉及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实施例1中方法的步骤。
具体的，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（SecureDigital,SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
实施例5
在本实施例中，选取某一台区的220V三相电缆为例，电缆半径为R为26.5mm，相芯半径为4mm。其中角度为弧度制表示。电缆中心距各相芯距离为15mm。A、B、C相额定电压为220V。假定该三相电缆为无限长直导体，以电缆中心为坐标原点O，三相电缆模型如图1所示，设/>轴与OA重合，在/>轴角/>=0。可确定各芯线极坐标分别为A(10,0)、B(/>)、C(/>)。
在三相电缆上加装的电压传感器数量为15，距离三相电缆中心距离为25mm，电压传感器的宽度为1mm。
执行步骤S1：通过收集电场传感器阵列中各个电场传感器的测量值，可以得到离散的径向电场测量值，分析可以得到电场幅值矩阵，相位矩阵/>:
；
；
‘
；
使用极坐标系确定各传感器的空间位置，得到电场传感器空间角矩阵：
；
；
其中空间角为弧度制表示。
在结合空间角矩阵的值后，对离散的径向电场使用Spline三次样条插值算法，可以将径向电场离散值重构扩展为径向电场测量值/>。
执行步骤S2：分析径向电场测量值，找到径向电场测量值的极大值对应的圆周角/>，得到导体极角信息；
导体极角信息如下：
执行步骤S3：将作为三相芯线的极角，结合芯线的极径，分别求解三相电缆内导体之间的电容值，并根据电容的空间位置信息，构建三相电缆电容等效电路模型。单位长度电容值的求解结果如下：
。
执行步骤S4：将电场传感器上得到的径向电场测量值带入电流计算公式中计算对应传感器上的电流值，带入三相电缆等效电路解析模型中，得到三相芯线上的电压预估值；
三相芯线上导体预估值：。/>
执行步骤S5：将S2中圆周角作为三相芯线圆周角的初始值，即使得,将S4中电压预估值/>作为三相芯线电压的初始值，即使得/>，使用智能算法对三相电压和三相电缆的几何参数进行更新迭代，使电场正演计算模型得到的径向电场值与电场传感器测量值之间的差值满足预设结果，将此时的三相芯线极径/>、极角/>和三相电压/>作为测量结果输出。
本实施例中将求解得到的导体圆周角作为三相芯线的极角的初始值，电压预估值/>作为三相芯线电压的初始值，使用本申请提出的智能算法对以已得到极角和电压初始值的三相电缆带电工况进行优化搜索；再使用分别使用差分进化算法、遗传算法、粒子群算法对未得到极角和电压初始值的三相电缆带电工况进行优化搜索，最终得出以周向电场计算值和周向电场测量值的最小差值作为纵轴，迭代次数作为横轴的结果图，结果图如图8所示。从图中可以观察得出其余三种算法均无法收敛到最优结果，本申请提出的智能算法可以收敛到最优参数，并且计算速度也优于其余三种算法。
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。需要说明的是，本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等，旨在对本申请进行举例说明，而不是用于限制本申请。
以上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。
Claims (10)
1.一种三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，包括
获取包围三相芯线的电场传感器环形阵列所测得的径向电场离散值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系；
以径向电场值的三个极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角；
根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，构建三相电缆电容等效电路模型，所述模型由各相芯线与对应建模传感器之间的电容、各相芯线之间的电容、各相芯线与接地层之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容构成；
将各所述建模传感器的电流值代入所述模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压；
以所述初始极角和所述初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法对三相芯线的极径、极角和电压进行迭代更新并计算每次迭代更新后电场传感器所在位置处的径向电场计算值，寻找到与实际测得的径向电场离散值最接近的径向电场计算值并以当前三相芯线的电压作为非接触测量所得的三相电压。
2.根据权利要求1所述的三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，所述电场传感器环形阵列的电场传感器的数量 N 满足：
式中，n为被测电缆的供电相数。
3.根据权利要求1所述的三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系，包括：
在电场传感器环形阵列测量所得的径向电场离散值的基础上，利用插值算法对测量点的数量进行拓展，获取一系列不同测量点处的径向电场测量值，得到径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系。
4.根据权利要求3所述的三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，拓展后的测量点的数量不低于，N为电场传感器环形阵列的电场传感器的数量。
5.根据权利要求1所述的三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，利用电轴法计算各相芯线之间的电容以及各相芯线与接地层之间的电容，利用平行板电容器电容计算方法计算各相芯线与对应建模传感器之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容。
6.根据权利要求1所述的三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，建模传感器的电流值的计算公式为：
式中，为电流值，ε为介电常数，/>为对应电压传感器的等效面积，e(t)为对应电压传感器测量的径向电场离散值。
7.根据权利要求1所述的三相电缆电压非接触测量方法，其特征在于，所述智能寻优算法的寻优目标函数为：
式中，N和n分别为电场传感器环形阵列的电场传感器的数量和被测电缆的供电相数，分别为供电相的索引和电场传感器的索引，Emj和Ecj分别为第/>个电场传感器测得的径向电场离散值和第/>个电场传感器所在位置处的径向电场计算值，/>分别为迭代更新的三相的极径，/>分别为迭代更新的三相的极角，/>分别为迭代更新的三相的电压。
8.一种三相电缆电压非接触测量系统，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取包围三相电缆的电场传感器环形阵列所测得的径向电场离散值并确定径向电场值随测量点圆周角变化的曲线关系；
初始极角确定单元，用于以径向电场值的三个极大值所对应的圆周角作为三相芯线的初始极角；
模型构建单元，用于根据每个芯线的初始极角确定与对应芯线最接近的一个电场传感器并作为建模传感器，构建三相电缆电容等效电路模型，所述模型由各相芯线与对应建模传感器之间的电容、各相芯线之间的电容、各相芯线与接地层之间的电容以及各建模传感器与接地层之间的电容构成；
初始电压确定单元，用于将各所述建模传感器的电流值代入所述模型，求解各相芯线的电压并作为初始电压；
寻优单元，用于以所述初始极角和所述初始电压作为初始参数，使用智能寻优算法对三相芯线的极径、极角和电压进行迭代更新并计算每次迭代更新后电场传感器所在位置处的径向电场计算值，寻找到与实际测得的径向电场离散值最接近的径向电场计算值并以当前三相芯线的电压作为非接触测量所得的三相电压。
9.一种电子设备，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如权利要求1至7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如权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160116517A1 (en) * | 2013-05-31 | 2016-04-28 | Electricite De France | Voltage measuring device |
| US20210231709A1 (en) * | 2019-12-05 | 2021-07-29 | Harting Electric Gmbh & Co. Kg | Method and apparatus for contactless voltage and current estimation through measurements of electric and magnetic fields with redundant sensor arrays |
| US20220043032A1 (en) * | 2020-08-10 | 2022-02-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Non-invasive voltage sensor for polyphase cables |
| US20220049977A1 (en) * | 2020-08-13 | 2022-02-17 | U.S. Army Combat Capabilities Development Command, Army Research Laboratory | Non contact power meter independent of placement of field sensors around the cable |
| CN114778924A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-07-22 | 华中科技大学 | 三相电压非接触测量方法、系统、电子设备及存储介质 |
| CN115542078A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-30 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种三相电压测量方法及系统 |
| CN115825548A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-03-21 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种高压输电线非侵入电压测量模型确定方法和装置 |
| CN116932977A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 华中科技大学 | 一种三相电缆电流非接触快速测量方法、装置及系统 |
-
2024
- 2024-02-29 CN CN202410224422.0A patent/CN118033216B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160116517A1 (en) * | 2013-05-31 | 2016-04-28 | Electricite De France | Voltage measuring device |
| US20210231709A1 (en) * | 2019-12-05 | 2021-07-29 | Harting Electric Gmbh & Co. Kg | Method and apparatus for contactless voltage and current estimation through measurements of electric and magnetic fields with redundant sensor arrays |
| US20220043032A1 (en) * | 2020-08-10 | 2022-02-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Non-invasive voltage sensor for polyphase cables |
| US20220049977A1 (en) * | 2020-08-13 | 2022-02-17 | U.S. Army Combat Capabilities Development Command, Army Research Laboratory | Non contact power meter independent of placement of field sensors around the cable |
| CN114778924A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-07-22 | 华中科技大学 | 三相电压非接触测量方法、系统、电子设备及存储介质 |
| CN115542078A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-30 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种三相电压测量方法及系统 |
| CN115825548A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-03-21 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 一种高压输电线非侵入电压测量模型确定方法和装置 |
| CN116932977A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 华中科技大学 | 一种三相电缆电流非接触快速测量方法、装置及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张淞珲: "基于电场逆计算的三相电缆电压非接触测量方法", 电测与仪表, 18 August 2022 (2022-08-18) * |
| 李振华;赵爽;胡蔚中;李振兴;: "高电压测量技术研究综述", 高电压技术, no. 12, 26 December 2018 (2018-12-26) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN118033216B (zh) | 2024-06-14 |
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