直流配电网隧道磁电阻传感器外磁场干扰模型及其抑制方法研究

隧道磁电阻传感器作为新一代磁传感器,具有温度特性好、灵敏度高等优点,在电能计量中得到大量研究和应用。外磁场干扰是影响磁传感器测量准确度的重要因素,文中针对直流配电网电流测量场景,建立了隧道磁电阻元件传感器阵列的外磁场干扰模型,继而基于自适应滤波(LMS)分析的算法,提出了磁传感器最优结构参数,并通过数值分析和有限元仿真验证了该模型的有效性。研究结果表明,当被测电流在±50 ~±300 A之间、阵列半径与母排间距比例为1:2.5时,外磁场影响最小,通过自适应滤波算法可将磁传感器测量误差降到1%以下。     

磁传感器阵列测量电流时的干扰排除理论研究

用单个磁传感器测量母排周围的磁场可以得到母排中的电流，为了提高测量精度，在电流测量中引入了磁传感器阵列。提出一种基于离散傅立叶(DFT)分析的算法，用来区分测量电流产生的磁场和干扰电流产生的磁场。建立了适用于直流和交流、不同母排形状、任意数量平行母排的电流测量干扰排除数学模型。数值分析和初步试验结果验证了该模型的正确性。     

基于磁场传感器阵列的电流测量方法研究进展

在电力系统的电流测量领域,磁传感器阵列具有非接触性、体积小、线性度高、抗干扰能力强、温漂小、频带宽以及成本低等优势。该文对磁传感器阵列技术在电力系统电流测量领域的研究进行了综述,介绍了不同被测对象所对应的磁传感器阵列方案,总结归纳了圆形阵列、矩形阵列等常见的磁场传感器阵列方案的研究进展,分析了偏心、串扰与倾斜等磁传感器阵列方案常见的误差来源。已有研究表明,磁场传感器阵列技术在电力系统的电流测量领域具有成本低、精度高、宽范围、宽频带、采用非接触式设计等优势,未来将在智能电网中获得更广泛的应用。     

磁传感器阵列技术及其应用

磁测量技术被应用于越来越多领域的同时,单个磁传感器仅能测得被测磁场中某点处有限信息的局限性也逐渐显现出来。为了提高磁测量技术性能,扩大磁场测量的空间尺度和范围,并且实现对磁场信息更深层次、更多视角的利用,磁传感器阵列技术逐渐发展起来。文中基于对磁传感器阵列技术在几个领域应用实例的整理和归纳,总结出磁传感器阵列技术具有测量范围大、准确度高、可靠性好、可与时间和空间进行联合解算等优点,但同时也存在成本高、控制难度大、存在位置校准误差和噪声干扰等不可回避、必须解决的问题,进而展望了磁传感器阵列技术的发展前景。     

基于TMR传感器的非接触式高压直流电流测量方法

提出一种能够应用于高压直流架空线现场环境中的非接触式直流电流测量方法,该方法使用一个隧道磁电阻(TMR)传感器阵列获取架空线下方地面位置的磁场,并搭配部分已知的架空线几何尺寸,从而估测架空线的电流值。通过架空线空间磁场模型验证所提方法的可行性,并分析所提方法在未知变量误差或TMR传感器自身测量误差影响下的电流测量准确度。最后,通过搭建的等比例缩小的架空线模型验证了所提方法的可行性。     

基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电流测量

单个磁传感器非接触式测量电流容易受到干扰磁场的影响,通过使用多个磁传感器组成的阵列进行非接触式电流测量可以排除干扰的影响.在建立多传感器阵列测量模型的基础上,提出基于卡尔曼滤波的非接触式多传感器电流测量,并介绍了状态值最优估计和最优稳态滤波算法.为了减少传感器个数,提高实用性,提出次优稳态滤波算法.在不同的干扰情况下,对该算法进行了仿真和实验.结果说明基于卡尔曼滤波的信号处理算法,不但可以降低环境影响带来的误差,而且减轻了多传感器非接触式电流测量的计算负担.     

微型姿态解算系统的抗磁干扰算法研究

基于MARG传感器的EKF算法可以有效地抑制MEMS陀螺精度低及陀螺漂移较大等缺陷,为MEMS陀螺的广泛应用提供了有效途径.然而MARG传感器中的磁强计容易受到外界磁场干扰,从而对融合结果产生不利影响.基于MARG传感器组成的微型姿态解算系统,提出了一种消除外界磁场干扰的抗磁干扰算法,有效地对存在磁场干扰时的姿态解算融...     

基于霍尔传感器阵列的电流测量系统

集磁环的存在导致开环式和闭环式霍尔效应传感器存在磁饱和现象。一种由多个霍尔元件构成圆形阵列方式的传感器阵列电流测量系统,通过测量一次导线产生的磁场计算得到被测电流数值克服了这一现象。首先建立霍尔传感器阵列数学模型,分析霍尔元件数量、载流体偏心引入的误差变化,然后设计加权增益调整电路、移相电路和基于电压反馈的功率放大电路,用于实现大功率信号输出,最后根据试验结果证明,所设计的电流测量系统整体准确度达到0.2级水平。该电流测量系统包含16个霍尔元件,检测电流变比为600 A/5 A,系统功耗仅0.4 W。     

基于巨磁阻的直流电流传感器的磁屏蔽研究

由于巨磁阻传感器对磁场反应灵敏,因此邻近输电导线的磁场干扰会使巨磁阻传感器产生测量误差.为了降低磁场干扰,从理论和数值计算两方面对巨磁阻传感器的磁屏蔽壳进行优化设计,提出了一种多层屏蔽的设计方案.将屏蔽前的测量误差和屏蔽后的测量误差进行对比发现,采用所提出的屏蔽方案可以较好地降低邻近传输线的磁干扰,提高巨磁阻传感器的测量精度.     

基于隧道磁电阻的直流传感器设计

为解决直流大电流计量需求,设立了一种基于隧道磁电阻(tunnel magnetoresistance,TMR)直流传感器的大电流测量和干扰误差消除方法.首先推导了TMR传感器电流测量的开环传递函数,分析了其开环增益相关的参数变量特性;提出采用最小均方根(least mean squares,LMS)的数据处理方法,检测磁感应强度,以三台磁传感器为例,计算得出该工况下的磁场估算值;最后,通过算例仿真,验证了本文所提出方法的有效性.     

基于TMR传感器阵列与数值积分的电流测量技术研究

为满足智能电网对先进传感技术和复杂电磁环境下高精度电流测量的需求,提出一种基于TMR传感器阵列和Newton-Cotes数值求积算法的电流测量方法。通过建立复杂干扰磁场环境的仿真模型,验证了不同状况下求积算法的准确性;设计了电流传感器的系统结构和硬件电路;制作了测量装置样机,搭建了实验平台,并进行了性能测试。结果表明,文中提出的方案具有较高的测量精度和抗外磁场干扰能力,在无聚磁环的情况下,0～16 A电流测量范围内最大相对误差分别为直流0.31%和工频交流1.00%,在电流导线位置和传感器姿态发生变化时仍能保持较高精度。     

基于隧道磁电阻效应的宽频带电流无线测量装置

宽频带电气量数据包含大量故障暂态信息,传统互感器带宽受限难以精确全面地测量宽频暂态信号。针对该问题,提出一种含精确时标的非侵入式电流测量方法并设计原理样机。通过隧道磁电阻(TMR)芯片测量线路电流感生磁场,根据被测导体与TMR传感器的相对位置计算变比并通过微处理器进行录波和读数。设计低噪声、可变增益的传感器模组电路和暂态录波无线测量传输模组电路,精确感知宽频信号;根据传感器实际安装位置推导传变关系式,实现对一次电流的精确计算。搭建测试平台对测量装置直流、交流及暂态信号传变能力开展测试,在10 kV配电网进行接地故障电流测量对比实验。分析了影响磁阻传感器测量精度的主要因素,结果表明其直流和工频信号测量误差小于1%,高频信号测量误差小于3%。     

基于双轴各向异性磁阻传感器电流测量系统的研究

根据各向异性磁阻传感器(AMR)测量导线产生磁场强度的原理,利用两个双轴各向异性磁阻传感器建立虚拟等腰直角三角形结构的理论模型,并提出计算虚拟等腰直角三角形中任意位置的定位算法,实现对电流的非接触式测量。建立传感器单元和测试平台,设计Kaiser窗函数和卡尔曼滤波器处理外部磁场的影响。最后通过实验验证了提出结构、定位算法和信号处理的正确性。     

基于TMR元件的电流传感器的研制

以50A的电流传感器为目标,建立了通电导线的磁场模型,利用有限元仿真软件计算出通电导线周围的磁场。基于在通电导线上方的两个位置磁场大小相等、方向相反的特点,设计了全桥拓扑结构的TMR元件。采用IrMn/CoFeB/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB/NiFe/Ta的磁隧道结膜层结构,制备得到的TMR元件灵敏度为4.4mv/v/Oe,线性范围达到15Gs,offset仅为1%Vcc。利用该TMR元件构建的开环电流传感器,精度达到了1%,证明了TMR元件能够被用于电流传感器中。     

磁传感器阵列测量瞬态电流的新算法

不借助如聚磁环等辅助装置,直接利用磁传感器组来测量载流导体周围的磁场,进而反算待测电流是电力系统大电流测量的一种新思路。为了快速计算电流,尤其是电力系统中常见的瞬态电流,同时确保测量的准确性,文中研究了测量频带内磁场分布的动态特性,在时域中建立了基波电流与磁场幅值对应关系的瞬态电流计算模型。以三相矩形母排系统为例,研究了该测量模型适用的磁传感器组放置区域,并分析了误差的来源。最后利用实验验证了该模型的有效性。     

磁阀式电流互感器抗直流特性研究

磁阀式电流互感器(MVCT)气隙中的磁场传感器输出能够反映铁芯磁场强度与励磁电流的变化,因此在一定范围内能补偿畸变的二次电流,但已有研究缺乏理论分析与实验验证。在已有研究的基础上详细分析了MVCT的3种工作状态,推导了MVCT的等效磁化曲线与直流测量特性,使用温度特性好且灵敏度高的隧道磁阻(TMR)传感器进一步提高了补偿信号的补偿效果,并进行了直流电流、全波带直流偏磁、正弦半波电流与暂态电流的仿真与测量实验。仿真与实验结果表明,使用TMR传感器的MVCT同时具有测量直流电流、补偿电流互感器因直流偏磁电流而造成的稳态饱和与暂态饱和的能力。