电场传感器阵列结构、电压检测系统和方法技术方案

本申请涉及一种电场传感器阵列结构、电压检测系统和方法。所述电场传感器阵列结构包括：第一电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；第二电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；第三电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；其中，第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处，且第一电场传感器、第二电场传感器和第三电场传感器设于待测导线外围，以使待测导线穿过等边三角形，各电场传感器的一敏感方向平行于对应电场传感器所在点与等边三角形的重心的连线方向。采用该电场传感器阵列结构进行测量时，对安装位置没有特殊要求，易于安装，且无需破坏被测导体的线路结构，使用较为方便。较为方便。较为方便。

【技术实现步骤摘要】
电场传感器阵列结构、电压检测系统和方法


[0001]本申请涉及电压检测
，特别是涉及一种电场传感器阵列结构、电压检测系统和方法。

技术介绍

[0002]作为电力系统实现优化运行、控制、保护等功能必不可少的输入变量，导线电位是常见且需要大规模测试的项目之一。
[0003]目前，测量导线电位采用电压互感器、基于霍尔效应原理的电压传感器或者光纤电压传感器等接入式测量方法，或采用基于MEMS技术的电场传感器的非接入测量方法。但是前者需要接入被测线路，安装不便，绝缘要求高，且电压互感器携带铁芯或磁芯，较为笨重；后者虽然不需要接入被测线路且没有铁芯或磁芯，但在测量时必须固定电场传感器与被测导线的相对位置，对安装要求极高，不具有实用性。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现非接触式测量且安装要求低的电场传感器阵列结构、电压检测系统和方法。
[0005]第一方面，本申请提供了一种电场传感器阵列结构。所述电场传感器阵列结构包括：
[0006]第一电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；
[0007]第二电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；
[0008]第三电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；
[0009]其中，所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处，且所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器设于待测导线外围，以使所述待测导线穿过所述等边三角形，所述第一电场传感器的一敏感方向平行于所述第一电场传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第二电场传感器的一敏感方向平行于所述第二电场传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第三电场传感器的一敏感方向平行于所述第三电场传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向。
[0010]上述电场传感器阵列结构对待测导线进行检测时，只需将第一电场传感器T1、第二电场传感器T2和第三电场传感器T3设于待测导线外围，因此，对于电场传感器阵列结构的安装位置没有特殊要求，实用性较高，且采用非接触式测量方式，无需破坏被测导体的线路结构，使用较为方便；另外，无需携带铁芯或磁芯，体积相对较小，重量相对较轻，从而易于安装。
[0011]在其中一个实施例中，所述电压传感器还包括：中部设有缺口的结构体，所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和第三电场传感器设于所述结构体中，且分别位于所述缺口的外围，所述结构体用于限位固定所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和第三
电场传感器，以使所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处。
[0012]第二方面，本申请提供了一种电压检测系统。所述电压检测系统包括如上所述的电场传感器阵列结构和处理模块，所述处理模块与所述电场传感器阵列结构连接，用于获取所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器的测量数据、以及所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，并获取所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离，根据获取数据计算出所述待测导线相对所述零电位参考点的电位差。
[0013]该电压检测系统相对现有技术的优势与上述的电场传感器阵列结构相对现有技术的优势相同，此处不再赘述。
[0014]在其中一个实施例中，所述电压检测系统还包括：输入模块，与所述处理模块连接，用于接收外部输入的所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离，并将接收数据发送给所述处理模块；或
[0015]所述处理模块包括输入单元，输入单元接收外部输入以获取所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离。
[0016]在其中一个实施例中，所述处理模块包括：
[0017]第一处理单元，用于以获取的所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离作为第一距离，将获取的所述测量数据和所述第一距离代入预设的迭代关系式，得到目标迭代关系式；
[0018]第二处理单元，用于获取迭代变量初始值，将迭代变量初始值代入所述目标迭代关系式进行迭代求解，直至满足预设的迭代退出条件，获取最终得到的迭代变量；
[0019]计算单元，用于以所述待测导线与所述零电位参考点的距离作为第二距离，将所述最终得到的迭代变量、所述第二距离以及所述待测导线的半径代入预设的测量关系式，计算得到所述待测导线的电流。
[0020]在其中一个实施例中，预设的迭代关系式为：
[0021]y(n+1)＝y(n)
‑
F(y(n))/J(y(n))；
[0022]其中，y(n)＝(x(n)，cosθ1(n))，F＝[f1，f2]T
，
[0023][0024][0025][0026]上式中，E1表示所述第一电场传感器的测量值，E2表示所述第二电场传感器的测量值，E3表示所述第三电场传感器的测量值，R表示所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，n表示迭代次数，x表示待测导线与所述等边三角形的交点、和所述等边三角形的重心之间的距离，θ1表示所述第一电场传感器所在点、所述等边三角形的重心以及所述待测导线和所述等边三角形的交点三点构成的夹角；
[0027]预设的测量关系式为：
[0028][0029]其中，U0表示所述待测导线表面的电位，r表示所述待测导线的半径，x0表示所述待测导线与预设的零电位参考点的距离。
[0030]第三方面，本申请提供了一种电压检测方法，所述方法包括：
[0031]提供如上所述的电场传感器阵列结构；
[0032]将所述电场传感器阵列结构置于所述待测导线外围，以使所述待测导线穿过所述磁传感器阵列结构；
[0033]获取所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器的测量数据，以及所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离；
[0034]获取所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离；
[0035]根据获取数据计算出所述待测导线相对所述零电位参考点的电位差。
[0036]该电压检测方法相对现有技术的优势与上述的电压检测系统相对现有技术的优势相同，此处不再赘述。
[0037]在其中一个实施例中，获取所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离，包括：
[0038]接收外部输入以获取所述待测导线的半径以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离。
[0039]在其中一个实施例中，所述根据获取数据计算出所述待测导线相对所述零电位参考点的电位差，包括：
[0040]以获取的所述第一电场传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电场传感器阵列结构，其特征在于，所述电场传感器阵列结构包括：第一电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；第二电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；第三电场传感器，用于测量所处环境的电场强度；其中，所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处，且所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器设于待测导线外围，以使所述待测导线穿过所述等边三角形，所述第一电场传感器的一敏感方向平行于所述第一电场传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第二电场传感器的一敏感方向平行于所述第二电场传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向，所述第三电场传感器的一敏感方向平行于所述第三电场传感器所在点与所述等边三角形的重心的连线方向。2.根据权利要求1所述的电场传感器阵列结构，其特征在于，所述电压传感器还包括：中部设有缺口的结构体，所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和第三电场传感器设于所述结构体中，且分别位于所述缺口的外围，所述结构体用于限位固定所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和第三电场传感器，以使所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器分别位于同一等边三角形的三个顶点处。3.一种电压检测系统，包括如权利要求1至2任一项所述的电场传感器阵列结构和处理模块，所述处理模块与所述电场传感器阵列结构连接，用于获取所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器的测量数据、以及所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离，并获取所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离，根据获取数据计算出所述待测导线相对所述零电位参考点的电位差。4.根据权利要求3所述的电压检测系统，其特征在于，所述电压检测系统还包括：输入模块，与所述处理模块连接，用于接收外部输入的所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离，并将接收数据发送给所述处理模块；或所述处理模块包括输入单元，输入单元接收外部输入以获取所述待测导线的半径、以及所述待测导线与预设的零电位参考点的距离。5.根据权利要求3或4所述的电压检测系统，其特征在于，所述处理模块包括：第一处理单元，用于以获取的所述第一电场传感器、所述第二电场传感器和所述第三电场传感器中的任意一者与所述等边三角形的重心的距离作为第一距离，将获取的所述测量数据和所述第一距离代入预设的迭代关系式，得到目标迭代关系式；第二处理单元，用于获取迭代变量初始值，将迭代变量初始值代入所述目标迭代关系式进行迭代求解，直至满足预设的迭代退出条件，获取最终得到的迭代变量；计算单元，用于以所述待测导线与所述零电位参考点的距离作为第二距离，将所述最终得到的迭代变量、所述第二距离以及所述待测导线的半径代入预设的测量关系式，计算得到所述待测导线的电流。6.根据权利要求5所述的电压检测系统，其特征在于，预设的迭代关系式为：y(n+1)＝y(n)
‑
F(y(n))/J(y(n))；其中，y(n)＝(x(n),cosθ1(n))，F＝[f1，f2]
T

【专利技术属性】
技术研发人员：辛明勇，徐长宝，王宇，高吉普，代奇迹，田兵，吕前程，林力，陈仁泽，刘仲，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：