用于電壓感測裝置的校準方法
【技術領域】
[0001] 本說明書的實施例涉及電壓感測裝置，以及具體來說，涉及用于電壓感測裝置的 校準方法。
【背景技術】
[0002] 近來，電力供應市場的解除管制引起了電力提供商之間的增加競爭?，F(xiàn)在比較常 見的是公司和家庭在決定供應其電力需要的電力提供商時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包括供應的定價和質(zhì)量的問題的競爭。此外，電力提供商有 時需要為其消費者供應比較便宜的電力，同時仍然確保對其消費者的供應的相同或改進質(zhì) 量。為了實現(xiàn)這些目標，電力提供商必須改進電力網(wǎng)絡或配電系統(tǒng)的效率。此外，由于解除 管制，網(wǎng)絡損耗以及對電力供應的中斷現(xiàn)在受到處罰。
[0003] 通常發(fā)現(xiàn)，甚至在高度發(fā)達國家，所生成的全部電力的大約10%在電網(wǎng)網(wǎng)絡本身 中損失。例如，通過電力網(wǎng)絡的載流電纜（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)絡中的電力損耗的這個指標在不太發(fā)達的國家上升到幾乎 25%。電力網(wǎng)絡中的這種功率損耗可歸因于未檢測故障。此外，這些故障可在長時期未被檢 測。此外，甚至當檢測到故障時，對廣泛的電力網(wǎng)絡定位故障通常也是棘手的。通過準確地 提供電力網(wǎng)絡中的電性質(zhì)的信息（例如通過監(jiān)測電力網(wǎng)絡），電力提供商也許能夠顯著降 低電力網(wǎng)絡中損失的電量，并且產(chǎn)生生成電力的成本的顯著節(jié)省。此外，通過密切監(jiān)測電力 網(wǎng)絡，電力提供商將處于更好的地位以對其消費者最小的不便迅速地校正電力網(wǎng)絡中的故 障，由此向其消費者提供改進的供應質(zhì)量。
[0004] 研制了多種傳感器，以用于測量載流電纜、例如高壓配電系統(tǒng)中的載流電纜中的 電流。例如，光學電流傳感器用來測量載流電纜中的電流。光學電流傳感器一般基于法拉 第效應。一些光學電流傳感器使用塊狀玻璃或光纖電纜，其圍繞載流電纜。雖然光學電流 傳感器具有很高的動態(tài)范圍，但是光學電流傳感器要求在安裝時開啟載流電纜，這也許是 昂貴的過程。
[0005] 用于測量電力網(wǎng)絡中的電壓的其他種類的傳感器可采用繞載流電纜所設置的金 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。相應地，由于對外殼與 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體、例如測量電路的變化影響。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 傳感器相對更易受到周圍導體中的波動。
[0006] 此外，在配置成測量電力線中的電壓值的傳感器的情況下，電壓測量需要將電壓 測量裝置物理地連接到電壓線路和地。要求電壓測量裝置與地之間的這個物理連接，以防 止被監(jiān)測值不合需要地受到可存在于地與電壓測量裝置之間的任何物體的存在影響。作 為舉例，在電壓測量裝置與地之間的物理連接不存在的情況下，有意或無意地設置在地和/ 或電壓測量裝置鄰近的經(jīng)過車輛、樹木、動物、鳥兒或者任何其他物體可引起電壓測量裝置 的測量值的不合需要的變化?？梢灾赋觯峁╇妷簻y量裝置與地之間的這種物理連接要求 復雜安裝過程。例如，這類安裝過程既費時又是人工密集的，從而引起安裝電壓測量裝置的 成本的增加。此外，到地的物理連接可需要維護并且周期的檢查。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 按照本說明書的方面，提供一種用于在多個導體存在的情況下增強一個或多個電 壓感測裝置的測量精度的校準方法。該方法包括在操作上將一個或多個電壓感測裝置的至 少一個電壓感測裝置耦合到多個導體的相應導體，并且使用至少一個電壓感測裝置來確定 相應導體的所感測電壓值。該方法還包括：確定校準矩陣，其具有表示至少一個電壓感測裝 置的天線與多個導體中的其他導體之間的交叉耦合的交叉耦合因子；以及使用校準矩陣通 過從相應導體的所感測電壓值中至少部分扣除交叉耦合的份額，來確定相應導體的校正電 壓值。
[0008] 按照本說明書的另一方面，提供一種用于確定多相電力線的一個或多個電力線的 單獨電壓值的方法。該方法包括在操作上將相應非接觸式電壓感測裝置耦合到多相電力線 的一個或多個電力線。此外，相應非接觸式電壓感測裝置的每個包括：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或多個電力線的相應電力線；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非接觸式電壓感測裝置來確定 多相電力線的一個或多個電力線的所感測電壓值。另外，該方法包括確定包含交叉耦合因 子的校準矩陣，其中交叉耦合因子表示相應非接觸式電壓感測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矩陣通過從所感測電壓值中至少部分扣 除交叉耦合的份額，來確定相應電力線的單獨電壓值。
[0009] 按照本說明書的又一方面，提供一種系統(tǒng)，其具有多個導體、多個非接觸式電壓感 測裝置和監(jiān)測單元。監(jiān)測單元在操作上耦合到多個非接觸式電壓感測裝置的一個或多個非 接觸式電壓感測裝置，并且配置成確定多個導體的相應導體的電壓值。
[0010] 技術方案1 : 一種校準方法，用于在多個導體存在的情況下增強一個或多個電壓 感測裝置的測量精度，所述方法包括： 在操作上將所述一個或多個電壓感測裝置的至少一個電壓感測裝置耦合到所述多個 導體的相應導體， 使用所述至少一個電壓感測裝置來確定所述相應導體的所感測電壓值， 確定包含表示所述至少一個電壓感測裝置的天線與所述多個導體中的其他導體之間 的交叉耦合的交叉耦合因子的校準矩陣；以及 使用所述校準矩陣通過從所述相應導體的所述所感測電壓值中至少部分扣除所述交 叉耦合的份額，來確定所述相應導體的校正電壓值。
[0011] 技術方案2 :如技術方案1所述的校準方法，其中，所述多個導體設置在所確定幾 何結(jié)構中。
[0012] 技術方案3 :如技術方案1所述的校準方法，其中，所述電壓感測裝置是非接觸式 電壓感測裝置，并且所述非接觸式電壓感測裝置包括： 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 導體； 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 件來形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗；以及 測量和通信電路，耦合到所述第一阻抗元件，并且配置成確定所述相應導體的所述所 感測電壓值。
[0013] 技術方案4 :如技術方案3所述的校準方法，其中，所述非接觸式電壓感測裝置還 包括配置成在所述第一阻抗元件的一側(cè)或多側(cè)提供屏蔽的導電元件。
[0014] 技術方案5 :如技術方案3所述的校準方法，其中，所述多個導體中的所述其他導 體在操作上耦合到相應非接觸式電壓感測裝置。
[0015] 技術方案6 :如技術方案5所述的校準方法，其中，一個或多個相應非接觸式電壓 感測裝置包括導電屏蔽。
[0016] 技術方案7 : -種用于確定多相電力線的一個或多個電力線的單獨電壓值的方 法，包括： 在操作上將相應非接觸式電壓感測裝置耦合到所述多相電力線的一個或多個電力線， 其中所述相應非接觸式電壓感測裝置的每個包括： 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 或多個電力線的相應電力線； 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 件來形成，并且所述寄生阻抗元件包括寄生阻抗； 測量和通信電路，在操作上耦合到所述第一阻抗元件； 使用所述相應非接觸式電壓感測裝置來確定所述多相電力線的所述一個或多個電力 線的所感測電壓值； 確定包含交叉耦合因子的校準矩陣，其中所述交叉耦合因子表示所述相應非接觸式電 壓感測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 使用所述校準矩陣通過從所述所感測電壓值中至少部分扣除所述交叉耦合的份額，來 確定所述相應電力線的單獨電壓值。
[0017] 技術方案8 :如技術方案7所述的方法，其中，所述單獨電壓值與三相電力線中的 三個電力線的所感測電壓值夕間的關系弄示為，
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是所述二個電力線 的所感測電壓值，以及[L]是矩陣。
[0018] 技術方案9 :如技術方案8所述的方法，其中，所述校準矩陣表示為： 其中，[Μ]是所述校準祀件。
[0019] 技術方案10 :如技術方案8所述的方法，其中，耦合到所述三相電力線的第一導體 的非接觸式電壓感測裝置的所感測電壓值（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裝置的所述天線與其他兩個電力 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] 技術方案11 :如技術方案7所述的方法，還包括對所述電力線的所述相應非接觸 式電壓感測裝置的所感測電壓值進行時間同步。
[0021] 技術方案12 :如技術方案7所述的方法，其中，所述多相電力線的各電力線在操作 上耦合到相應非接觸式電壓感測裝置。
[0022] 技術方案13 :如技術方案12所述的校準方法，其中，至少一個相應非接觸式電壓 感測裝置包括導電屏蔽。
[0023] 技術方案14 :如技術方案7所述的方法，還包括依次地向所述多相電力線提供電 流，以推斷所述校準矩陣。
[0024] 技術方案15 :如技術方案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，同時依次地向所述多相電力線提供電流，以推斷所述校準矩陣。
[0025] 技術方案16 :-種監(jiān)測系統(tǒng)，包括： 多個導體， 多個非接觸式電壓感測裝置，其中所述多個非接觸式電壓感測裝置的各非接觸式電壓 感測裝置耦合到所述多個導體的相應導體，所述多個非接觸式電壓感測裝置的一個或多個 非接觸式電壓感測裝置包括： 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 導體； 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