[發(fā)明專利]單根線電流的三維參數(shù)重建方法

在審

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• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110135116A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡軍;趙根;歐陽勇;吳陽;王博;張波;余占清;曾嶸;何金良;馬慧遠;于希娟
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學;國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)北京市電力公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市尚儀知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 12217
• 代理人: 薛陽

一種單根線電流的三維參數(shù)重建方法，包括模型建立步驟、數(shù)據(jù)處理步驟、參數(shù)繁衍步驟，所述模型建立步驟、數(shù)據(jù)處理步驟、參數(shù)反演步驟依次進行。其有益效果是：簡化了反演計算過程，并提高了參數(shù)的計算精度，有效避免了非線性優(yōu)化求解中陷入局部最優(yōu)解。在一定程度上可以替代目前傳統(tǒng)的線電流測量方式，在所有線電流參數(shù)均為未知的情況下，快速得到準確的參數(shù)重建結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運行監(jiān)測及量測計算領(lǐng)域，特別是一種單根線電流的三維參數(shù)重建方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)中對不同電壓等級下及不同的電氣設(shè)備中的電流有不同的量測要求，通常情況下，穩(wěn)態(tài)電流的量測范圍為5mA-6kA，小電流諸如泄漏電流的量測范圍為100μA-10mA，大電流諸如暫態(tài)電流的量測范圍為10kA-100kA，不同電流的幅值跨越8-9個數(shù)量級，頻率由直流到 50MHz左右。該全局量測范圍對測量裝置提出了較高的要求，包括測量準確度高、量程范圍大、小溫漂、易于安裝、成本低等。目前的電流傳感技術(shù)根據(jù)原理的不同，主要分為采樣電阻法、電流互感器、磁場傳感器、光電流互感器等方法，這之中，基于磁場信號量測的巨磁阻傳感器，具有高靈敏度、寬頻帶、小溫漂、高可集成度、小體積、廉價等特點，具備廣闊的發(fā)展前景，是智能電網(wǎng)中磁場及電流監(jiān)測的優(yōu)選方案。

在該種測量方式中，通過所測磁場量進行電流的反演，實現(xiàn)復雜電磁環(huán)境下電流源的參數(shù)辨識。線電流作為電力系統(tǒng)中最常見的一類電流源，一般基于二維磁場進行電流的反演，存在對測量平臺要求高、反演誤差較大的缺點，針對三維磁場進行的電流反演，受到計算模型復雜度的影響，在針對所有類型參數(shù)的非線性優(yōu)化求解中，不僅計算復雜度大，而且結(jié)果容易偏離真實值而陷入局部最優(yōu)。因此在該研究基礎(chǔ)上，將三維線電流參數(shù)反演問題進行合理的線性化處理，充分利用巨磁阻傳感器的磁場測量結(jié)果，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)線電流測量中亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計了一種單根線電流的三維參數(shù)重建方法。具體設(shè)計方案為：

一種單根線電流的三維參數(shù)重建方法，包括模型建立步驟、數(shù)據(jù)處理步驟、參數(shù)繁衍步驟，所述模型建立步驟、數(shù)據(jù)處理步驟、參數(shù)反演步驟依次進行，

所述模型建立步驟中，建立三軸笛卡爾坐標系，設(shè)定包括位置參數(shù)、角度參數(shù)、幅值參數(shù)的單根長直線電流模型，

所述數(shù)據(jù)處理步驟中，采用多組數(shù)據(jù)處理方式依次求解電流的方向參數(shù)、位置參數(shù)、幅值參數(shù)，

所述參數(shù)反演步驟中，對磁場強度的時變曲線進行離散化，將多個時刻的幅值參數(shù)進行插值等連續(xù)化處理。

所述模型建立步驟中，

所述位置參數(shù)以其與z＝0平面的交點坐標(x_s,y_s,0)表示，角度參數(shù)以電流的單位方向向量dl＝(m,n,p)表示，幅值參數(shù)以電流幅值I表示，根據(jù)安培環(huán)路定律，建立磁場強度與線電流的正向關(guān)系，推導該線電流在第i個測量點(x_i0,y_i0,0)處產(chǎn)生的三維磁場強度如下非線性方程為：

式中r代表測量點到長直線電流的距離，根據(jù)笛卡爾坐標系中的幾何關(guān)系，可表示為：

其中。

所述數(shù)據(jù)處理步驟中，

求解方向參數(shù)，根據(jù)安培環(huán)路定律，磁場強度矢量H與電流方向向量dl在空間中相互垂直，設(shè)測量點的數(shù)目為N，在各測量點處磁場強度矢量已知的情況下，進行下式中的回歸分析，得到電流的單位方向向量為：

其中“·”代表向量間的點乘計算，