一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，通过对隧道磁电阻芯片检测含有干扰的信号经过数字滤波器处理和自适应算法迭代，滤波后输出近似目标信号，实现抑制外磁场干扰方法。本发明专利技术以目标信号和自适应滤波器输出信号之间的均方根数值结果作为评价参数，数据结果误差最小，得出抑制外磁场效果较好，实现了TMR传感器测量精度高。同时，经过TMR阵列半径与母线间距对均方根误差结果，得出了TMR传感器阵列结构最优参数，实现了阵列结构简单及可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法
本专利技术涉及一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，属于电能计量

技术介绍
随着新能源的发展和新材料、新技术的开发，我国开展了多个直流配电网示范工程。其中，直流电能计量技术的滞后阻碍了新能源、电动汽车等产业的发展。电流检测是电能计量的一个重要参数，又由于直流配电网传感器多数安装在线路密集的室内或柜体内，其面临着复杂的外磁场干扰问题。因此，基于外磁场干扰问题，提出解决方法，为电能计量提供高精度测量至关重要。现今，直流配电网传感器用于电能计量主要是以被测电流所建立的磁场为基础，测量电流间接转换成对磁场的测量。其主要包括霍尔(Hall)传感器、各向异性磁电阻(AnisotropicMagnetoresistance,AMR)传感器、巨磁电阻(GauntMagnetoresistance,GMR)传感器和隧道磁电阻(TunnelMagnetoresistance,TMR)传感器等。霍尔传感器容易磁饱和，测量范围小；AMR传感器存在线圈结构复杂，灵敏度低；GMR传感器线性范围偏低；然而，TMR传感芯片作为第四代磁传感器元件，具有灵敏度高、响应频率快、功率低和线性度好等优势。为了解决直流配电网传感器面临着复杂的外磁场干扰问题，现有技术中对基于TMR元件的电流传感器阵列结构进行研究。采用一种离散傅里叶分析算法，虽然可以适用于直流和交流情形，但是，在建立电流与电压线性方程时，需在无干扰情况下确定系数矩阵，此方法对外磁场干扰处理过于理想化。对于另一种卡尔曼滤波方法，在滤波器系数设定时，具有任意性，操作复杂，采用的传感器数量较多。上述方法是基于复杂的算法或处理过程理想化，对于在直流配电网应用场景传感器的外磁场干扰去除，则会导致抑制效果差、间接反映出电流测量精度低的问题。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，以解决现有技术中的传感器对外磁场抑制效果差、电流测量精度低的问题。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，包括如下步骤：步骤1：采集直流配电网电流传感器各传感芯片的t时刻的磁感应强度矢量Bi(t)＝[B1(t),B2(t),B3(t),…,BN(t)]，其中，N是TMR传感芯片的个数。步骤2：将Bi(t)作为输入信号输入数字滤波器，得到t时刻输出滤波信号为其中，wj(t)为权值，wj(t)＝[w1(t),w2(t),w3(t),…,wM(t)]，M是数字滤波器抽头个数。步骤3：计算误差信号e(t)，其中，Bref(t)为期望信号，表示待测电流产生的磁感应强度的真实值。步骤4：通过自适应算法计算t时刻调整后权值wj′(t)，wj′(t)＝wj(t)+2μBi(t)e(t)，其中，μ为自适应步长因子，0<μ<1/γmax，γmax是输入信号自相关矩阵的最大特征值，使得误差信号最小，达到最优滤波效果。从而对外磁场干扰抑制性更强，间接使得检测出的电流更加准确。步骤5：将t时刻调整后权值wj′(t)替换数字滤波器中wj(t)，计算t时刻调整后的输出滤波信号其中步骤6：根据t时刻调整后的输出滤波信号计算t时刻输出滤波信号平均值根据计算出被测直流母线的电流值。作为优选方案，所述传感芯片采用TMR传感芯片。作为优选方案，所述电流传感器的环形电路板直径L与待测母线、干扰母线间距D的比值为2.5。作为优选方案，所述电流传感器的环形电路板与待测母线之间夹角采用30°或90°。作为优选方案，所述传感芯片的数量为4个。有益效果：本专利技术提供的一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，以目标信号和自适应滤波器输出信号之间的均方根数值结果作为评价参数，数据结果误差最小，得出抑制外磁场效果较好，实现了TMR传感器测量精度高。同时，经过TMR阵列半径与母线间距对均方根误差结果，得出了TMR传感器阵列结构最优参数，实现了阵列结构简单及可靠。附图说明图1为根据本专利技术实施例提供的抑制隧道磁电阻传感器外磁场干扰的结构图；图2为根据本专利技术实施例提供的抑制外磁场干扰方法的自适应滤波器结构形式图；图3为根据本专利技术实施例提供的直流配电网典型电流应用波形图；图4为根据本专利技术实施例提供的自适应滤波器的结构图；图5为根据本专利技术实施例提供的自适应算法的流程图；图6为根据本专利技术实施例提供的不同电流下隧道磁电阻传感器阵列半径与母线间距的比值对均方根误差结果图；图7为根据本专利技术实施例提供的隧道磁电阻传感器阵列半径对均方根误差结果图；图8为根据本专利技术实施例提供的隧道磁电阻传感器阵列相对母线偏移角度对均方根误差结果图；图9为根据本专利技术实施例提供的基于自适应滤波器抑制外磁场干扰效果图；图中，1-TMR传感芯片，2-电路板，3-待测母线，4-干扰母线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，直流配电网电流传感器，包括：TMR传感芯片，环形电路板上均匀的分布有多个TMR传感芯片，所述TMR传感芯片分别通过输出引线与自适应滤波器相连接，所述自适应滤波器包括数字滤波器、自适应算法模块。所述自适应算法模块由自适应滤波器的输出信号与期望信号相比得出误差信号，再由误差信号与自适应步长因子来实现数字滤波器权值系数动态调整，以此实现数字滤波器最优滤波。所述自适应滤波器的输出信号与期望信号之间采用均方根值进行误差分析。均方根误差作为评价抑制外磁场干扰性能的一个重要指标。如图2、图5所示，一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，包括如下步骤：步骤1：采集直流配电网电流传感器各传感芯片的t时刻的磁感应强度矢量Bi(t)＝[B1(t),B2(t),B3(t),…,BN(t)]，其中，N是TMR传感芯片的个数。步骤2：将Bi(t)作为输入信号输入数字滤波器，得到t时刻输出滤波信号为其中，wj(t)为权值，wj(t)＝[w1(t),w2(t),w3(t),…,wM(t)]，M是数字滤波器抽头个数。步骤3：计算误差信号e(t)，其中，Bref(t)为期望信号，表示待测电流产生的磁感应强度的真实值。步骤4：通过自适应算法计算t时刻调整后权值wj′(t)，wj′(t)＝wj(t)+2μBi(t)e(t)，其中，μ为自适应步长因子，0<μ<1/γmax，γmax是输入信号自相关矩阵的最大特征值，使得误差信号最小，达到最优滤波效果。从而对外磁场干扰抑制性更强，间接使得检测出的电流更加准确。步骤5：将t时刻调整后权值wj′(t)替换数字滤波器中wj(t)，计算t时刻调整后的输出滤波信号其中步骤6：根据t时刻调整后的输出滤波信号计算t时刻输出滤波信号平均值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1：采集直流配电网电流传感器各传感芯片的t时刻的磁感应强度矢量B

【技术特征摘要】
1.一种适用于直流配电网电流传感器的外磁场干扰抑制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：采集直流配电网电流传感器各传感芯片的t时刻的磁感应强度矢量Bi(t)＝[B1(t),B2(t),B3(t),…,BN(t)]，其中，N是TMR传感芯片的个数；
步骤2：将Bi(t)作为输入信号输入数字滤波器，得到t时刻输出滤波信号为其中，wj(t)为权值，wj(t)＝[w1(t),w2(t),w3(t),…,wM(t)]，M是数字滤波器抽头个数；
步骤3：计算误差信号e(t)，其中，Bref(t)为期望信号，表示待测电流产生的磁感应强度的真实值；
步骤4：通过自适应算法计算t时刻调整后权值w′j(t)，w′j(t)＝wj(t)+2μBi(t)e(t)，其中，μ为自适应步长因子，0<μ<1/γmax，γmax是输入信号自相关矩阵的最大特征值；
步骤5：将t时刻调整后权值w′j(t)替换数字滤波器中wj(t)，计算t时刻调整后的输出滤波信号其中
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东东，江成洲，黄宵宁，杨成顺，倪良华，刘欣，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32