本发明专利技术提供了基于磁场的电流测量误差分析方法，包括如下步骤：(A)搭建基于磁场的电流测量传感器的测量模型；(B)理论分析不同测量架构下所测导线特征参数对测量精度的影响，推导得到主要测量误差源；(C)基于有限元分析构建导线电流与磁场测量点仿真模型，进行导线电流与磁场测量点仿真分析，计算得到不同测量架构下，有导线线径以及导线的偏移干扰时电流测量传感器的输出和输出误差；(D)根据输出和输出误差以及理论分析，进行验证步骤(B)主要测量误差源结论。本发明专利技术提供的方法应用于基于磁场的电流测量传感器设计，可以使得基于磁场的电流测量的测试技术变得更加精确，提高电流测量传感器的稳定性和准确性。量传感器的稳定性和准确性。量传感器的稳定性和准确性。
【技术实现步骤摘要】
基于磁场的电流测量误差分析方法及系统
[0001]本专利技术涉及数据分析
，具体而言，涉及基于磁场的电流测量误差分析方法及系统。
技术介绍
[0002]电流是电力系统重要的可观状态参量之一，暂态电流具有丰富的信息参数，包括波形、频率、幅值等特征。因此，电流是反映电力系统扰动及故障过程的重要信息，对暂态电流进行实时观测是电网暂态信息获取、事故溯源、发展电力大数据技术和“透明电网”、“能源互联网”建设的重要需求。
[0003]传统的电磁式电流互感器虽然经过现场数字化改造，但其在测量暂态电流时仍存在诸多弊端，例如绝缘成本高、易磁饱和、测量范围小、使用频带窄、剩磁、动态响应慢、无法测量高次谐波等问题，这些弊端严重影响了暂态电流数据的实时准确获取。
[0004]与传统电流检测装置相比，电子式电流互感器，如光电式电流传感器和基于磁电阻效应的电流传感器取消了铁芯，因此可实现小体积、轻量化，并且具有线性度好、动态范围大等优点。其中，与高价格的光电式电流传感器相比，磁电阻传感器更具有工程适用性。磁电阻传感器的测量基础是其传感基体对磁场敏感，通过各类变化反算出电流大小。目前常用的基于磁场的电流传感器有：
[0005](1)基于霍尔效应的电流传感器；
[0006](2)基于各向异性磁电阻(anisotropic magnetore
‑
sistance，AMR)效应的电流传感器；
[0007](3)基于巨磁阻(giant magnetoresistance，GMR)效应的电流传感器；
[0008](4)基于隧穿磁阻(tunnel magnetoresistance，TMR)效应的电流传感器。
[0009]但在电网工程应用中，电磁环境复杂，干扰源多，将影响电流检测精度，例如感应元件测量处的磁场会由于导线的偏移、导线线径的变化而产生变化，对测量精度产生影响，所以，如何解决测量误差是目前亟需解决的问题。
[0010]现有技术也没有针对各种干扰源情况的误差分析方法，不能根据实际情况选用误差最小的测量架构，导致基于磁场的电流测量的测试技术精确较低，从而降低电流测量传感器的稳定性和准确性。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于提供基于磁场的电流测量误差分析方法及系统，以解决
技术介绍
中所指出的问题。
[0012]本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：基于磁场的电流测量误差分析方法，包括如下步骤：
[0013](A)搭建基于磁场的电流测量传感器的测量模型；
[0014](B)理论分析不同测量架构下所测导线特征参数对测量精度的影响，推导得到主
要测量误差源，其中，所述特征参数包括导线线径以及导线的偏移；
[0015](C)基于有限元分析构建导线电流与磁场测量点仿真模型，进行导线电流与磁场测量点仿真分析，计算得到不同测量架构下，有导线线径以及导线的偏移干扰时电流测量传感器的输出和输出误差；
[0016](D)根据输出和输出误差以及理论分析，进行验证步骤(B)主要测量误差源结论。
[0017]根据一种优选实施方式，步骤(A)中，测量模型中设置无导线线径以及导线的偏移干扰，以消除导线线径以及导线的偏移对测量精度的影响。
[0018]根据一种优选实施方式，所述测量架构包括聚磁环测量架构和多传感器测量结构。
[0019]根据一种优选实施方式，步骤(B)中，针对聚磁环测量架构具体如下：
[0020]B01)推导基于磁场的电流测量传感器，在不考虑导线线径以及导线的偏移干扰时，导线磁场大小的表达式为：
[0021][0022]上式中，I表示导线电流值，d表示电流测量传感器与导线的距离，H表示电流测量传感器处的磁场强度大小；
[0023]B02)采用基于聚磁环的磁场测量架构，当导线中心与磁环中心重合时，根据安培环路定理得：
[0024][0025]上式中，I1为闭合路径的长度，N表示穿过闭合环路的导线数，实际测量时N等效为1；
[0026]由于B＝μ0H，上式等效为：
[0027][0028]上式中，H1表示磁环内的磁场强度，H2表示气隙的磁场强度，r0为磁环平均半径；
[0029]由于B＝μ0H2＝μ0H1，其中μ0为真空磁导率，μ为磁环磁导率，得到：
[0030][0031][0032]由于μ远大于μ0，上式简化为：
[0033][0034]导线电流值为：
[0035][0036]推导得到，通过聚磁测量后，磁场大小仅与电流测量传感器处气隙敏感。
[0037]根据一种优选实施方式，步骤(B)中，针对多传感器测量架构具体如下：
[0038]B03)采用基于多个气隙和电流测量传感器的聚磁测量架构，当导线中心与磁环中心重合时，根据安培环路定理得：
[0039][0040]上式中，d1表示第一电流测量传感器与导线的距离，d2表示第二电流测量传感器与导线的距离；
[0041]推导得到，电流测量传感器处磁场与气隙大小相关，当导线偏移时，通过不同位置的电流测量传感器的测量，可以平衡偏移误差。
[0042]根据一种优选实施方式，步骤(C)中基于有限元分析构建导线电流与磁场测量点仿真模型包括如下：
[0043]C01)创建模型：通过分析测量模型得到数据，依次输入坐标，绘制导线、电流测量传感器、聚磁环、屏蔽结构以及气隙；
[0044]C02)定义模型各部件的材料，以及将求解区域划分为不同的小区域；
[0045]C03)设置边界条件：建模完成后绘制运动边界，使有限元求解区域连续；
[0046]C04)有限元计算：基于麦克斯韦方程组，求出整个求解区域的解。
[0047]根据一种优选实施方式，步骤(C)中计算得到不同测量架构下，有导线线径以及导线的偏移干扰时电流测量传感器的输出和输出误差包括如下：
[0048]单传感器测量架构误差计算：
[0049]设定磁环内径以及母线电流；
[0050]对于具有不同导线线径的单传感器测量架构，通过其导线四个方向上偏离圆心所测得的磁场数据计算出电流大小的预测值，根据预测值得到偏差情况，对不同导线线径的偏差情况进行比较；
[0051]双传感器测量架构误差计算：
[0052]磁环内径以及母线电流保持不变，在磁环上开气隙，传感器设置在气隙内；
[0053]对于具有不同导线线径的单传感器测量架构，通过其导线四个方向上偏离圆心时，每个气隙内磁场数据的平均值，计算出电流大小的预测值，根据预测值得到偏差情况，对不同导线线径的偏差情况进行比较。
[0054]本专利技术还提供一种基于磁场的电流测量误差分析系统，应用到如上述所述的方法，包括：
[0055]搭建模块，用于搭建基于磁场的电流测量传感器的测量模型；
[0056]分析判断单元，用以理论分析不同测量架构下所测导线特征参数对测量精度的影响，推导得到主要测量误差源，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于磁场的电流测量误差分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(A)搭建基于磁场的电流测量传感器的测量模型；(B)理论分析不同测量架构下所测导线特征参数对测量精度的影响，推导得到主要测量误差源，其中，所述特征参数包括导线线径以及导线的偏移；(C)基于有限元分析构建导线电流与磁场测量点仿真模型，进行导线电流与磁场测量点仿真分析，计算得到不同测量架构下，有导线线径以及导线的偏移干扰时电流测量传感器的输出和输出误差；(D)根据输出和输出误差以及理论分析，进行验证步骤(B)主要测量误差源结论。2.如权利要求1所述的基于磁场的电流测量误差分析方法，其特征在于，步骤(A)中，测量模型中设置无导线线径以及导线的偏移干扰，以消除导线线径以及导线的偏移对测量精度的影响。3.如权利要求1所述的基于磁场的电流测量误差分析方法，其特征在于，所述测量架构包括聚磁环测量架构和多传感器测量结构。4.如权利要求3所述的基于磁场的电流测量误差分析方法，其特征在于，步骤(B)中，针对聚磁环测量架构具体如下：B01)推导基于磁场的电流测量传感器，在不考虑导线线径以及导线的偏移干扰时，导线磁场大小的表达式为：上式中，I表示导线电流值，d表示电流测量传感器与导线的距离，H表示电流测量传感器处的磁场强度大小；B02)采用基于聚磁环的磁场测量架构，当导线中心与磁环中心重合时，根据安培环路定理得：∮B
·
dl＝Nμ0I1上式中，I1为闭合路径的长度，N表示穿过闭合环路的导线数，实际测量时N等效为1；由于B＝μ0H，上式等效为：∮H
·
dl＝H1·
(2πr0‑
d)+H2·
d＝I1上式中，H1表示磁环内的磁场强度，H2表示气隙的磁场强度，r0为磁环平均半径；由于B＝μ0H2＝μ0H1，其中μ0为真空磁导率，μ为磁环磁导率，得到：为真空磁导率，μ为磁环磁导率，得到：由于μ远大于μ0，上式简化为：导线电流值为：
推导得到，通过聚磁测量后，磁场大小仅与电流测量传感器处气隙敏感。5.如权利要求4所述的基于磁场的电流测量误差分析方法，其特征在于，步骤(B)中，针对多传感器测量架构具体如下：B03)采用基于多个气隙和电流测量传感器的聚磁测量架构，当导线中心与磁环中心重合时，根据安培环路定理得：上式中，d1表示第一电流测量传感器与导线的距离，d2表示第二电流测量传感器与导线的距离；推导得到，电流测量传感器处磁场与气隙大小相关，当导线偏移时...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕前程，刘仲，田兵，尹旭，张佳明，骆柏锋，王志明，陈仁泽，林力，孙宏棣，杨政，李航峰，陈若，谭则杰，韦杰，徐振恒，林秉章，李永成，王珂，崔志美，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司南宁供电局，
类型：发明
国别省市：
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