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。     

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...     

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.     

基于磁场-流场-温度场耦合计算的母线槽热性能分析

作为大电流输配电设备，母线槽的发热温升和散热问题是影响其工作稳定性的重要因素之一，为此本文建立了母线槽的磁场－流场－温度场耦合分析模型，首先计算了三相四线空间绝缘型母线槽的工频磁场、涡流场和焦耳热，然后将焦耳热作为体积热源，通过间接接耦合方法分析了母线槽内部气流场和温度场，母排间距对母线温升影响显著，存在一个使母排温升最小的最优母排间距，增大外壳高度或宽度能够降低母排温升。     

基于时域有限元方法的配电房大电流母排涡流场分析

母排工作状况对整个配电系统的运行起着决定性的作用.针对配电房普遍使用的平板型空气绝缘母排结构,根据母排实际尺寸、位置等参数构建其工频磁场分布的计算模型.采用基于时域有限元的方法研究了矩形大电流母排满足的二维(2D)、三维(3D)涡流场问题.分析其磁感应强度变化,并与圆管型母排进行了比较,通过仿真验证,矩形母排磁感应强度与实测数据的最大误差小于5.79%,而圆管型母排磁感应强度与实测数据的误差较大.重点研究了不同工作电流对电磁力、磁场能量及功率损耗的影响.结果显示随电流增大,磁场能量、电磁力及功率损耗均呈增加趋势.当电流为2 400 A时,其三维涡流场的功率损耗高达114.462 W/m.     

基于解析数值法的配电房母排磁场屏蔽

鉴于室内配电房广泛使用的平板形大电流母排,根据母排实际尺寸、位置参数等构建了其工频磁场分布的计算模型,将解析法与数值分析相结合求得空间各点的磁感应强度,以便于磁场屏蔽效能的研究.考虑了配电房母排普遍采用的两种排列方式,着重讨论第一种排列方式对应三种屏蔽方案的屏蔽效果,经计算得出第三种方案的屏蔽效果较为理想.接着研究第三种方案对应屏蔽材料、屏蔽板和母排间距离、屏蔽板厚度和高度等对屏蔽效能的影响.结果显示通过增大材料的磁导率、增加屏蔽板厚度和高度、减小屏蔽板与母排间距离,屏蔽效能呈明显增大趋势.最后针对上述特征给出了提高屏蔽效能的可行建议,以降低配电房周围的磁污染,从而减小对电子设备的干扰和人体健康的影响.     

磁传感器阵列测量大电流的传感器拓扑问题研究

磁传感器阵列通常以非接触方式安放在多导体系统的周围空间用来测量电流。为研究磁传感器阵列拓扑而引起的理论误差,基于离散傅里叶变换（DFT）的电流测量算法,建立了以求解系数矩阵条件数最小值为目标函数的磁传感器阵列拓扑优化模型,并提出了若干优化约束条件。该数学模型可以同时适用于交流和直流的多母排平行导体系统测量大电流。最后,以三相电流测量系统磁传感器拓扑的优化问题为例给出了求解步骤,MATLAB仿真与实验结果验证了优化数学模型的有效性。     

多传感器电流测量系统信号处理算法研究

通过磁传感器测量导线周围电磁场分布,实现电流的非接触式测量方法是一种新型电流测量方法.因为测量误差受到干扰磁场以及磁传感器位置不确定性带来的影响,所以信号处理算法是提高测量精确度和实用性的关键.该文分别介绍了多传感器测量平行导线直流电流的3种算法;平均值法、空间付氏变换和最优卡尔曼滤波,并从测量精度、算法复杂度和灵活性的角度进行了对比.通过仿真和实验结果说明最优卡尔曼滤波在保证测量精度的条件下,利于简化计算过程,以及提高算法的灵活性.     

电容器母排投切电流测量用宽频罗氏线圈传感器优化设计

大电流罗式线圈电流传感器频率响应特性主要取决于配套的积分电路参数。从监测并联电容器组投切电流应用需求出发,提出一种适合测量电容器母排暂态电流的新型罗氏线圈传感器积分电路。在罗氏线圈电流传感器工作原理分析基础上,研究不同类型积分器对暂态电流频率响应特性,由频响互补出发计算了两级复合积分器电路参数,并利用雷击电流模拟暂态特性对设计参数进一步优化。测试结果表明该罗氏线圈传感器对暂态大电流测量具有优良性能,适用于测量并联电容器组母排电流谐波,以及投切电流监测及过电流故障分析。     

基于微分环的输电线路雷电流非接触式测量方法

雷电流的测量在电网雷电防护中至关重要,获取准确的雷电流大小以及波形才能采取正确的防雷保护措施。针对当前输电线路雷电流安全准确测量的难题,将脉冲功率测量技术中被广泛应用的微分环应用于输电线路雷电流的测量,提出了基于微分环的非接触式输电线路雷电流测量方法,并介绍了微分环测量雷电流的原理以及基于微分环的雷电流测量传感器的设计。实验室中冲击大电流的试验表明:针对不同的测量距离,通过选择适当的微分环尺寸及微分环匝数采用合理的屏蔽措施,并结合自积分,则该传感器能够准确反映被测电流的波形及幅值,且其具有安全性高、抗干扰能力强、线性度好、测量精度高等特点。最后基于FDTD建立了雷击输电线路的三维模型,对雷击瞬态磁场传播特性进行了仿真分析。结果表明:雷击输电线路时,杆塔周围的瞬态磁场能够准确地反映各导线上的电流波形及幅值情况,说明基于微分环的输电线路雷电流测量方法是可行的。     

基于巨磁阻效应的电流传感器密封式聚磁环设计

智能电网的建设离不开先进的传感和量测技术。相对于传统巨磁阻电流传感器聚磁环有开口的情况,文中提出了一种应用于巨磁阻电流传感器上的密封式聚磁环,包括对密封式聚磁环形状与构造、气隙开口大小与凹凸程度的设计,以及对密封式聚磁环所用的材料进行挑选。利用COMSOL Multiphysics对密封式聚磁环的模型进行仿真,对比分析了密封式聚磁环与传统式聚磁环之间的磁场饱和程度,气隙中心磁场均匀度的大小关系。仿真结果表明,密封式聚磁环的聚磁能力是传统开口式聚磁环的764倍,其结构能够使得巨磁阻传感器拥有更低的磁滞,灵敏度比传统开口结构磁环更好,从而可以为现场实时、精确、可靠的电流进行测量;小电流实验验证了密封式聚磁环在微弱磁场下的聚磁效果显著,0.2 A及其以下电流所产生的磁场经密封式聚磁环聚磁后作用于巨磁阻芯片上,密封后巨磁阻芯片输出的电压是密封前的5倍以上。     

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。     

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%。     

偏心及返回导体对特高压用计量CT误差影响分析

为明确电能计量装置自身误差受电磁场影响程度,对特高压用计量电流互感器(CT)开展一次绕组偏心及返回导体对误差影响的定量分析。首先根据磁路平衡原理建立在圆柱坐标内CT误差数学模型,推导出不同位置的外加磁场点对CT误差影响计算公式,并结合实例得到有限元与解析解结果一致,证明推导公式的正确性;然后在二维电场中对1 000 k V工程中典型CT尺寸及一次电流进行磁场分布仿真,定量的得到对于特高压用计量CT,一次绕组偏心大于1/8的CT半径后会铁心内部会产生局部饱和,导致误差产生突变进而导致超差可能;此外,仿真结果指出外部返回导体距离CT中心应大于3倍CT半径后,返回导体引起的磁场对CT误差的干扰才能被忽略;最后搭建实际特高压误差测试平台对一次绕组偏心开展试验,测试数据与仿真结果趋势一致。     

基于磁场测量的配电网单相接地选线及定位新方法

输电线路发生接地故障时,架空线下方磁场能反映线路故障信息。输电线路短路电流大小不同,线路下方磁场相应地不同,即输电线路下方磁场的变化能够完全反映线路中电流的变化,磁场可以应用到电力系统保护中。配电网多为单端电源供电方式,针对配电网的复杂性及传统定位方法精度不高提出了一种基于磁场的非接触式故障选线及定位的新方法。利用磁阻传感器非接触测量杆塔下方磁场,根据磁场的幅值和相位选出故障线路,确定故障点位置。磁阻传感器测量精度高,成本低,故障距离可以确定在两个杆塔之间。利用MATLAB建立线路模型,仿真验证了理论的可行性。     

输电线路光差动保护初探

全光纤电流互感器是通过Faraday磁光效应测量载流导体中电流,不存在磁饱和、测量范围广、线性度好。由于载流导体中电流磁场效应可以叠加,可将输电线路差动电流测量转换为利用光学器件在光路层面直接进行Faraday磁光效应偏转角的运算,不需要繁复的对时就可直接获得线路两端电流差值,在此基础上构成光差动保护。在PSCAD中搭建光差动保护模型,仿真结果表明光差动保护测量差流能够反映实际差流变化情况,采用固定门槛值的光差动保护对区内故障具有较高的灵敏度,在区外故障时具有一定的可靠性。     

基于LMS的环型TMR阵列传感器滤波算法设计

针对环型TMR传感器阵列测量电流时易受外界环境的干扰,提出一种磁阵列自适应测量方法。根据毕奥萨伐尔定律分析环型磁阵列的测量原理。提出了一种基于最小均方根(Least-Mean-Squares,LMS)方法,为磁阵列测得的磁场强度设计自适应滤波算法,即将某一段时间的传感器测量磁场作为输入,并过滤外界的杂散磁场信号,能够实现对外界磁场的自适应屏蔽。进行了数值仿真分析和搭建了实验平台,验证了所提方法的正确性及有效性。