[发明专利]一种用于倾斜多导体系统的电流测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于倾斜多导体系统的电流测量系统及方法，属于电气技术领域。该方法包括以下步骤：步骤S1,建立空间磁场与待测电流的逆问题模型；步骤S2,测得空间6个点的三维磁场；步骤S3,将磁场测量值代入逆问题模型，采用进化算法逆推得到各导体的坐标位置，倾斜角以及各相电流；步骤S4，利用所计算得到的坐标位置和倾斜角，计算系数矩阵，完成电流传感器的校准过程；步骤S5，电流传感器的实际应用过程中，将所测磁场值所构成的列向量乘以系数矩阵的伪逆即可得到各相导体的电流。最后，通过对比仿真，给出了仅利用二维平面的磁场测量值(即未考虑导体倾斜角)和本发明提出的方法所计算得到的各相电流误差，进而证明本专利提出的方法有效提升了电流的测量精度，具有实际的应用价值。

技术领域

本发明属于电气技术领域，涉及一种用于倾斜多导体系统的电流测量系统及方法。

背景技术

电流是诸多应用领域中不可或缺的电气参数，如潮流计算，继电保护和故障诊断。惯用的电流测量方法基于电磁感应定律的电磁式测量，即电流互感器(CurrentTransformer,CT)。然而，由于铁芯的存在，磁芯饱和现象会导致二次检测信号畸变，甚至导致电力系统铁磁谐振，造成系统不稳定。近年来，基于磁场传感器阵列的电流测量方法备受学者的关注，并研究出了针对单根导体以及多根导体的电流测量方法。然而，所报道的方法中，大多假设导体与磁场传感器阵列所在平面垂直，鲜有考虑当不垂直时，电流测量误差是否远远超过可接受的误差范围。基于上述背景，本发明提出了基于磁场传感器阵列的倾斜多导体系统的电流测量方法，从电流传感器的结构到电流计算算法再到误差分析等角度，来说明本发明提出的电流测量方法用于电流测量的有效性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于倾斜多导体系统的电流测量系统及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于倾斜多导体系统的电流测量系统，该系统包括电流传感器，数据采集卡和上位机，上述电流传感器包括磁场检测组件、差分放大器，且都焊接在PCB板上；

所述电流传感器呈圆环形结构，多根导体由中空圆孔穿过，导体电流在空间产生的磁场由磁场检测组件测量得到；

所述磁场检测组件包括6个TMR三维磁场传感器，呈均匀的圆周分布；以电流传感器的中心作为坐标原点，建立三维的笛卡尔坐标系；TMR三维磁场传感器所测三个磁场分量分别朝向x,y,z轴方向；

所述TMR三维磁场传感器的输出信号以差动模式输出，为抑制共模干扰，后续信号处理电路将传感器输出信号差分放大转化为单端信号后，再以差分方式输出，保证信号都以差分方式传输，从而提升电路的噪声抑制能力；

所述差动放大器包括2个运算放大器，分别记为放大器1和放大器2，磁场传感器的输出信号为差分模式，放大器1以差分方式接收上述输出信号，并以一定增益放大，从而将双端信号转化为单端信号，随后，放大器2上述单端信号再转化为双端信号，即以差分模式输出；

所述数据采集卡为32路单端或16路差分模拟输入，采样率为100kS/s，采用16路差分模拟输入模式，采用2个上述采集卡模块来采集6个TMR磁场传感器的18路输出信号，并将信号显示在上位机系统；

所述上位机系统与数据采集卡进行数据传输，后续利用所采集的磁场数据进行逆问题计算来求解流经各相导体的电流，同时将数据可视化；

测量时，多导体穿过所述中空圆孔。

可选的，所述导体电流与其所产生磁场的关系以矩阵形式表示为

当系数矩阵确定后，电流[I]通过磁场[B]乘以系数矩阵[M]的伪逆得到；电流传感器的校准过程即求解系数矩阵[M]。

可选的，所述校准过程包括以下步骤：