基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法，包括：S1，将TMR传感器S1、S2安装在开环机械结构上；S2，获得电缆电流所激发的磁场在传感器S1、S2位置处的磁场强度矢量，并通过矢量运算，获得沿传感器敏感轴方向的磁场强度分量；S3，获得仅关于传感器S1所引入的未知数的数学方程；S4，求解步骤S3所建立的非线性数学方程，获取电缆电流值；S5，判断所得电流值是否满足预设的条件，若满足则进行存储，否则继续进行最优化计算；S6，达到样本容量N后，剔去不合理的电流值；S7，采用插值多项式拟合样本电流值，最终求出平均电流值。与现有技术相比，本发明专利技术具有能够有效计算出电缆电流值等优点。流值等优点。流值等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法


[0001]本专利技术涉及一种电缆电流测量方法，尤其是涉及一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法。

技术介绍

[0002]智能电网是建立在传统电力系统的基础上，集成了新能源、新设备以及先进的传感技术、控制技术等形成的新一代电力系统。为了保证智能电网的安全、稳定运行，需要对电网中的数据信息进行实时采集、分析。其中，电流信息是可以直接测取的最重要的数据信息之一。而电力电缆是实现跨空间传输电流的重要载体，已被广泛应用于智能电网中。通过使用先进的传感技术，实现对电力电缆运行状态的实时监测是目前智能电网发展的要求之一。
[0003]目前针对电力电缆的电流监测仍依赖于分流器、电流互感器、罗氏线圈等传统电流测量手段。传统的接触式电流测量通过引入额外的电流测量支路，不仅增加了电流测量的复杂性，也会给输电线路引入不必要的杂散电阻。此外，带有磁芯的测量装置一方面占据了较大的空间，另一方面还会将铁磁材料自身的不利性质，如：磁滞、磁饱和、磁损耗等带入测量系统中，并且带有磁芯的测量装置无法测量交变电流。因此，有必要对电力电缆进行非接触式的电流测量。
[0004]随着各向异性磁电阻、巨磁电阻、隧道结磁电阻效应的发现与深入研究，已逐渐实现了非接触式的电流测量。隧道结磁电阻效应相比其他两个磁电阻效应，具有更高的磁电阻变化率，因此，使用隧道结磁电阻制成的TMR电流传感器具有更高的灵敏度、分辨率以及磁场测量范围。同时，TMR电流传感器的体积小、功耗低、温度稳定性好，具有广阔的发展前景。
[0005]前大多数新型非接触式测量技术采用闭环结构的环形TMR传感器阵列。这是因为基于闭环结构的TMR传感器阵列使用多个传感器提高了测量精度和抗电磁干扰能力，所以多应用于存在电缆串扰等复杂电磁环境下的电力电流测量。然而，基于闭环结构的环形传感器阵列要求布置大量的传感器，在实际应用场景下，不仅需要对传感器阵列结构进行设计，而且需要对每个传感器的信号输出进行校核，以此实现最优化信号增益。因此，基于闭环结构的环形传感器阵列增加了电力电流测量的复杂性。面对不同的应用场景，需要不同的测量手段。基于开环结构的TMR传感器电流测量技术所需传感器数量少、传感器校核快捷、安装方便，结合相应算法及磁屏蔽装置可以达到优良的测量精度。
[0006]因此有必要发展一种基于开环结构的新型非接触式电缆电流测量技术，并且能够修正测量过程中由于电缆偏心所产生的误差，实现准确的电流测量。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤S1，将TMR传感器S1、S2安装在开环机械结构上；
[0011]步骤S2，根据毕奥
‑
萨伐尔定律，获得电缆电流所激发的磁场在传感器S1、S2位置处的磁场强度矢量，并通过矢量运算，获得沿传感器敏感轴方向的磁场强度分量；
[0012]步骤S3，获得仅关于传感器S1所引入的未知数的数学方程；
[0013]步骤S4，采用随机优化算法求解步骤S3所建立的非线性数学方程，获取电缆电流值；
[0014]步骤S5，判断所得电流值是否满足预设的条件，若满足则进行存储，否则继续进行最优化计算；
[0015]步骤S6，达到样本容量N后，采用坏值剔除算法，剔去不合理的电流值；
[0016]步骤S7，采用插值多项式拟合样本电流值，最终求出平均电流值。
[0017]作为优选的技术方案，所述的步骤S1中两个传感器夹角为180
°
，TMR传感器敏感轴方向与电缆横截面处于同一平面，传感器之间的连线S1
‑
S2与电缆缆芯所在圆相交，所述连线S1
‑
S2的中点为传感器所在圆的圆心；
[0018]传感器测量点连线与电缆缆芯所在圆相交于点P，传感器所在大圆的半径为R；传感器S1到点P的距离为m1，点P到中点O的距离为n1；电缆缆芯半径为r，电缆圆心O'到传感器S1、S2的距离分别为ρ1、ρ2，电缆的偏心距离为l；ρ1、ρ2与R的夹角分别为α、β。
[0019]作为优选的技术方案，所述的步骤S3具体为：
[0020]通过分析传感器S1
‑
S2、传感器所在圆的圆心及电缆圆心三者所组成图形的几何关系，将传感器S2引入的未知量ρ2、β转换为关于传感器S1所引入的未知量ρ1、n1的函数，最终获得仅关于传感器S1所引入的未知数的数学方程。
[0021]作为优选的技术方案，所述的步骤S4中的随机优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等启发式算法。
[0022]作为优选的技术方案，所述的步骤S5中预设的条件包括：
[0023](1)目标函数最小值小于设定值e；
[0024](2)TMR传感器S1、S2测量得到的磁场强度比值与计算所得的两个磁场强度比值二者的绝对误差小于设定值e；
[0025]所述目标函数为传感器S1、S2测量得到的磁场强度H
s1
,H
s2
与计算得到的磁场强度H'
s1
,H'
s2
之间的Euclidean长度。
[0026]作为优选的技术方案，所述的步骤S6中的样本容量N为预先设置的数值。
[0027]作为优选的技术方案，所述的步骤S6中的坏值剔除算法基于莱伊塔准则、概率积分判据、肖伟涅判据的统计学原理。
[0028]作为优选的技术方案，所述的步骤S7中的插值多项式包括拉格朗日插值、牛顿插值的方法所构造的插值多项式。
[0029]作为优选的技术方案，所述的步骤S7中的平均电流值是采用积分平均所得出的电流值。
[0030]作为优选的技术方案，该方法通过设置电流值上限I
set
，可调节所提出的测量方法的电流测量范围。
[0031]与现有技术相比，本专利技术实现了开环式的电力电缆电流的非接触式测量，考虑了由电缆偏心造成的测量误差，能够有效计算出电缆电流值。此外，本专利技术最小化了所使用的磁传感器数量，方便后续拓展。
附图说明
[0032]图1为本专利技术TMR电流传感器布置及电缆位置示意图；
[0033]图2为本专利技术TMR电流传感器与电缆间几何关系示意图；
[0034]图3为本专利技术的计算流程图；
[0035]图4为本专利技术电力电缆直流电实施例磁场仿真结果图；
[0036]图5为本专利技术电力电缆直流电实施例所得直流电计算结果图；
[0037]图6为本专利技术电力电缆交流电实施例磁场仿真结果图；
[0038]图7为本专利技术电力电缆交流电实施例所得交流电计算结果图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1，将TMR传感器S1、S2安装在开环机械结构上；步骤S2，根据毕奥
‑
萨伐尔定律，获得电缆电流所激发的磁场在传感器S1、S2位置处的磁场强度矢量，并通过矢量运算，获得沿传感器敏感轴方向的磁场强度分量；步骤S3，获得仅关于传感器S1所引入的未知数的数学方程；步骤S4，采用随机优化算法求解步骤S3所建立的非线性数学方程，获取电缆电流值；步骤S5，判断所得电流值是否满足预设的条件，若满足则进行存储，否则继续进行最优化计算；步骤S6，达到样本容量N后，采用坏值剔除算法，剔去不合理的电流值；步骤S7，采用插值多项式拟合样本电流值，最终求出平均电流值。2.根据权利要求1所述的一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法，其特征在于，所述的步骤S1中两个传感器夹角为180
°
，TMR传感器敏感轴方向与电缆横截面处于同一平面，传感器之间的连线S1
‑
S2与电缆缆芯所在圆相交，所述连线S1
‑
S2的中点为传感器所在圆的圆心；传感器测量点连线与电缆缆芯所在圆相交于点P，传感器所在大圆的半径为R；传感器S1到点P的距离为m1，点P到中点O的距离为n1；电缆缆芯半径为r，电缆圆心O'到传感器S1、S2的距离分别为ρ1、ρ2，电缆的偏心距离为l；ρ1、ρ2与R的夹角分别为α、β。3.根据权利要求2所述的一种基于开环结构TMR传感器的电缆电流修正测量方法，其特征在于，所述的步骤S3具体为：通过分析传感器S1
‑
S2、传感器所在圆的圆心及电缆圆心三者所组成图形的几何关系，将传感器S2引入的未知量ρ2、β转换为关于传感器S1所引入的未知量ρ1、n...

【专利技术属性】
技术研发人员：司文荣，傅晨钊，王逊峰，刘召杰，王恺，江安烽，赵莹莹，田越，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：