用于電壓感測(cè)裝置的校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說(shuō)明書的實(shí)施例涉及電壓感測(cè)裝置，以及具體來(lái)說(shuō)，涉及用于電壓感測(cè)裝置的 校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來(lái)，電力供應(yīng)市場(chǎng)的解除管制引起了電力提供商之間的增加競(jìng)爭(zhēng)?，F(xiàn)在比較常 見的是公司和家庭在決定供應(yīng)其電力需要的電力提供商時(shí)具有若干不同電力提供商的選 擇。這引起不同提供商之間對(duì)包括供應(yīng)的定價(jià)和質(zhì)量的問(wèn)題的競(jìng)爭(zhēng)。此外，電力提供商有 時(shí)需要為其消費(fèi)者供應(yīng)比較便宜的電力，同時(shí)仍然確保對(duì)其消費(fèi)者的供應(yīng)的相同或改進(jìn)質(zhì) 量。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，電力提供商必須改進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)或配電系統(tǒng)的效率。此外，由于解除 管制，網(wǎng)絡(luò)損耗以及對(duì)電力供應(yīng)的中斷現(xiàn)在受到處罰。
[0003] 通常發(fā)現(xiàn)，甚至在高度發(fā)達(dá)國(guó)家，所生成的全部電力的大約10%在電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)本身 中損失。例如，通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)的載流電纜（又稱作"電力線"）所傳送的電力的一部分因傳 輸損耗而可損失。表示電力網(wǎng)絡(luò)中的電力損耗的這個(gè)指標(biāo)在不太發(fā)達(dá)的國(guó)家上升到幾乎 25%。電力網(wǎng)絡(luò)中的這種功率損耗可歸因于未檢測(cè)故障。此外，這些故障可在長(zhǎng)時(shí)期未被檢 測(cè)。此外，甚至當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，對(duì)廣泛的電力網(wǎng)絡(luò)定位故障通常也是棘手的。通過(guò)準(zhǔn)確地 提供電力網(wǎng)絡(luò)中的電性質(zhì)的信息（例如通過(guò)監(jiān)測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)），電力提供商也許能夠顯著降 低電力網(wǎng)絡(luò)中損失的電量，并且產(chǎn)生生成電力的成本的顯著節(jié)省。此外，通過(guò)密切監(jiān)測(cè)電力 網(wǎng)絡(luò)，電力提供商將處于更好的地位以對(duì)其消費(fèi)者最小的不便迅速地校正電力網(wǎng)絡(luò)中的故 障，由此向其消費(fèi)者提供改進(jìn)的供應(yīng)質(zhì)量。
[0004] 研制了多種傳感器，以用于測(cè)量載流電纜、例如高壓配電系統(tǒng)中的載流電纜中的 電流。例如，光學(xué)電流傳感器用來(lái)測(cè)量載流電纜中的電流。光學(xué)電流傳感器一般基于法拉 第效應(yīng)。一些光學(xué)電流傳感器使用塊狀玻璃或光纖電纜，其圍繞載流電纜。雖然光學(xué)電流 傳感器具有很高的動(dòng)態(tài)范圍，但是光學(xué)電流傳感器要求在安裝時(shí)開啟載流電纜，這也許是 昂貴的過(guò)程。
[0005] 用于測(cè)量電力網(wǎng)絡(luò)中的電壓的其他種類的傳感器可采用繞載流電纜所設(shè)置的金 屬外殼。這些傳感器使用金屬外殼作為載流電纜與底下的地之間的分容器。在其他因素之 中，外殼與載流電纜之間的電容取決于外殼與載流電纜之間的距離。相應(yīng)地，由于對(duì)外殼與 載流電纜之間的間隙的極限，金屬外殼可具有載流電纜與外殼本身之間的有限電容。此外， 由于有限電容，傳感器可受到周圍導(dǎo)體、例如測(cè)量電路的變化影響。此外，外殼面積的增加 以增加外殼與載流電纜之間的電容通常引起傳感器的寄生電容的增加。增加的寄生電容使 傳感器相對(duì)更易受到周圍導(dǎo)體中的波動(dòng)。
[0006] 此外，在配置成測(cè)量電力線中的電壓值的傳感器的情況下，電壓測(cè)量需要將電壓 測(cè)量裝置物理地連接到電壓線路和地。要求電壓測(cè)量裝置與地之間的這個(gè)物理連接，以防 止被監(jiān)測(cè)值不合需要地受到可存在于地與電壓測(cè)量裝置之間的任何物體的存在影響。作 為舉例，在電壓測(cè)量裝置與地之間的物理連接不存在的情況下，有意或無(wú)意地設(shè)置在地和/ 或電壓測(cè)量裝置鄰近的經(jīng)過(guò)車輛、樹木、動(dòng)物、鳥兒或者任何其他物體可引起電壓測(cè)量裝置 的測(cè)量值的不合需要的變化。可以指出，提供電壓測(cè)量裝置與地之間的這種物理連接要求 復(fù)雜安裝過(guò)程。例如，這類安裝過(guò)程既費(fèi)時(shí)又是人工密集的，從而引起安裝電壓測(cè)量裝置的 成本的增加。此外，到地的物理連接可需要維護(hù)并且周期的檢查。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 按照本說(shuō)明書的方面，提供一種用于在多個(gè)導(dǎo)體存在的情況下增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)電 壓感測(cè)裝置的測(cè)量精度的校準(zhǔn)方法。該方法包括在操作上將一個(gè)或多個(gè)電壓感測(cè)裝置的至 少一個(gè)電壓感測(cè)裝置耦合到多個(gè)導(dǎo)體的相應(yīng)導(dǎo)體，并且使用至少一個(gè)電壓感測(cè)裝置來(lái)確定 相應(yīng)導(dǎo)體的所感測(cè)電壓值。該方法還包括：確定校準(zhǔn)矩陣，其具有表示至少一個(gè)電壓感測(cè)裝 置的天線與多個(gè)導(dǎo)體中的其他導(dǎo)體之間的交叉耦合的交叉耦合因子；以及使用校準(zhǔn)矩陣通 過(guò)從相應(yīng)導(dǎo)體的所感測(cè)電壓值中至少部分扣除交叉耦合的份額，來(lái)確定相應(yīng)導(dǎo)體的校正電 壓值。
[0008] 按照本說(shuō)明書的另一方面，提供一種用于確定多相電力線的一個(gè)或多個(gè)電力線的 單獨(dú)電壓值的方法。該方法包括在操作上將相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置耦合到多相電力線 的一個(gè)或多個(gè)電力線。此外，相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置的每個(gè)包括：第一阻抗元件，具有 第一阻抗，其中第一阻抗元件配置成在操作上耦合到一個(gè)或多個(gè)電力線的相應(yīng)電力線；天 線，在操作上耦合到第一阻抗元件；第二阻抗元件，具有第二阻抗；以及測(cè)量和通信電路， 在操作上耦合到第一阻抗元件。此外，第二阻抗元件部分由天線和寄生阻抗元件來(lái)形成，并 且其中寄生阻抗元件包括寄生阻抗。該方法還包括使用相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置來(lái)確定 多相電力線的一個(gè)或多個(gè)電力線的所感測(cè)電壓值。另外，該方法包括確定包含交叉耦合因 子的校準(zhǔn)矩陣，其中交叉耦合因子表示相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置與多相電力線的其他電 力線之間的交叉耦合。另外，該方法包括使用校準(zhǔn)矩陣通過(guò)從所感測(cè)電壓值中至少部分扣 除交叉耦合的份額，來(lái)確定相應(yīng)電力線的單獨(dú)電壓值。
[0009] 按照本說(shuō)明書的又一方面，提供一種系統(tǒng)，其具有多個(gè)導(dǎo)體、多個(gè)非接觸式電壓感 測(cè)裝置和監(jiān)測(cè)單元。監(jiān)測(cè)單元在操作上耦合到多個(gè)非接觸式電壓感測(cè)裝置的一個(gè)或多個(gè)非 接觸式電壓感測(cè)裝置，并且配置成確定多個(gè)導(dǎo)體的相應(yīng)導(dǎo)體的電壓值。
[0010] 技術(shù)方案1 : 一種校準(zhǔn)方法，用于在多個(gè)導(dǎo)體存在的情況下增強(qiáng)一個(gè)或多個(gè)電壓 感測(cè)裝置的測(cè)量精度，所述方法包括： 在操作上將所述一個(gè)或多個(gè)電壓感測(cè)裝置的至少一個(gè)電壓感測(cè)裝置耦合到所述多個(gè) 導(dǎo)體的相應(yīng)導(dǎo)體， 使用所述至少一個(gè)電壓感測(cè)裝置來(lái)確定所述相應(yīng)導(dǎo)體的所感測(cè)電壓值， 確定包含表示所述至少一個(gè)電壓感測(cè)裝置的天線與所述多個(gè)導(dǎo)體中的其他導(dǎo)體之間 的交叉耦合的交叉耦合因子的校準(zhǔn)矩陣；以及 使用所述校準(zhǔn)矩陣通過(guò)從所述相應(yīng)導(dǎo)體的所述所感測(cè)電壓值中至少部分扣除所述交 叉耦合的份額，來(lái)確定所述相應(yīng)導(dǎo)體的校正電壓值。
[0011] 技術(shù)方案2 :如技術(shù)方案1所述的校準(zhǔn)方法，其中，所述多個(gè)導(dǎo)體設(shè)置在所確定幾 何結(jié)構(gòu)中。
[0012] 技術(shù)方案3 :如技術(shù)方案1所述的校準(zhǔn)方法，其中，所述電壓感測(cè)裝置是非接觸式 電壓感測(cè)裝置，并且所述非接觸式電壓感測(cè)裝置包括： 具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述相應(yīng) 導(dǎo)體； 所述天線，在操作上耦合到所述第一阻抗元件； 具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天線和寄生阻抗元 件來(lái)形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及 測(cè)量和通信電路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成確定所述相應(yīng)導(dǎo)體的所述所 感測(cè)電壓值。
[0013] 技術(shù)方案4 :如技術(shù)方案3所述的校準(zhǔn)方法，其中，所述非接觸式電壓感測(cè)裝置還 包括配置成在所述第一阻抗元件的一側(cè)或多側(cè)提供屏蔽的導(dǎo)電元件。
[0014] 技術(shù)方案5 :如技術(shù)方案3所述的校準(zhǔn)方法，其中，所述多個(gè)導(dǎo)體中的所述其他導(dǎo) 體在操作上耦合到相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置。
[0015] 技術(shù)方案6 :如技術(shù)方案5所述的校準(zhǔn)方法，其中，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)非接觸式電壓 感測(cè)裝置包括導(dǎo)電屏蔽。
[0016] 技術(shù)方案7 : -種用于確定多相電力線的一個(gè)或多個(gè)電力線的單獨(dú)電壓值的方 法，包括： 在操作上將相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置耦合到所述多相電力線的一個(gè)或多個(gè)電力線， 其中所述相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置的每個(gè)包括： 具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述一個(gè) 或多個(gè)電力線的相應(yīng)電力線； 天線，在操作上耦合到所述第一阻抗元件； 具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第二阻抗元件部分由所述天線和寄生阻抗元 件來(lái)形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗； 測(cè)量和通信電路，在操作上耦合到所述第一阻抗元件； 使用所述相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置來(lái)確定所述多相電力線的所述一個(gè)或多個(gè)電力 線的所感測(cè)電壓值； 確定包含交叉耦合因子的校準(zhǔn)矩陣，其中所述交叉耦合因子表示所述相應(yīng)非接觸式電 壓感測(cè)裝置與所述多相電力線的其他電力線之間的交叉耦合；以及 使用所述校準(zhǔn)矩陣通過(guò)從所述所感測(cè)電壓值中至少部分扣除所述交叉耦合的份額，來(lái) 確定所述相應(yīng)電力線的單獨(dú)電壓值。
[0017] 技術(shù)方案8 :如技術(shù)方案7所述的方法，其中，所述單獨(dú)電壓值與三相電力線中的 三個(gè)電力線的所感測(cè)電壓值夕間的關(guān)系弄示為，
其中，乂1^、乂1^和乂1^是再丨松二"丨1^/」》〇[]'_|午*<|：^|±^上'丨且，41、4 2和￥23是所述二個(gè)電力線 的所感測(cè)電壓值，以及[L]是矩陣。
[0018] 技術(shù)方案9 :如技術(shù)方案8所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)矩陣表示為： 其中，[Μ]是所述校準(zhǔn)祀件。
[0019] 技術(shù)方案10 :如技術(shù)方案8所述的方法，其中，耦合到所述三相電力線的第一導(dǎo)體 的非接觸式電壓感測(cè)裝置的所感測(cè)電壓值（Vzi)定義為：
其中Z11是第一阻抗，Z 12、Ζ13是所述非接觸式電壓感測(cè)裝置的所述天線與其他兩個(gè)電力 線之間的寄生阻抗，以及Zpl是所述天線與參考表面之間的寄生電容。
[0020] 技術(shù)方案11 :如技術(shù)方案7所述的方法，還包括對(duì)所述電力線的所述相應(yīng)非接觸 式電壓感測(cè)裝置的所感測(cè)電壓值進(jìn)行時(shí)間同步。
[0021] 技術(shù)方案12 :如技術(shù)方案7所述的方法，其中，所述多相電力線的各電力線在操作 上耦合到相應(yīng)非接觸式電壓感測(cè)裝置。
[0022] 技術(shù)方案13 :如技術(shù)方案12所述的校準(zhǔn)方法，其中，至少一個(gè)相應(yīng)非接觸式電壓 感測(cè)裝置包括導(dǎo)電屏蔽。
[0023] 技術(shù)方案14 :如技術(shù)方案7所述的方法，還包括依次地向所述多相電力線提供電 流，以推斷所述校準(zhǔn)矩陣。
[0024] 技術(shù)方案15 :如技術(shù)方案14所述的方法，還包括將所述多相電力線的其他電力線 保持在參考電位，同時(shí)依次地向所述多相電力線提供電流，以推斷所述校準(zhǔn)矩陣。
[0025] 技術(shù)方案16 :-種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括： 多個(gè)導(dǎo)體， 多個(gè)非接觸式電壓感測(cè)裝置，其中所述多個(gè)非接觸式電壓感測(cè)裝置的各非接觸式電壓 感測(cè)裝置耦合到所述多個(gè)導(dǎo)體的相應(yīng)導(dǎo)體，所述多個(gè)非接觸式電壓感測(cè)裝置的一個(gè)或多個(gè) 非接觸式電壓感測(cè)裝置包括： 具有第一阻抗的第一阻抗元件，其中所述第一阻抗元件配置成操作上耦合到所述相應(yīng) 導(dǎo)體； 天線，在操作上耦合到所述第一阻抗元件； 具有第二阻抗的第二阻抗元件，其