【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及多導體系統電流測量技術，具體是一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法。
技術介紹
1、以量子隧穿磁阻效應和電子順磁共振效應為代表的新型磁場傳感器近年來技術成熟度不斷提高，已經具備了高準確度、大動態范圍、寬頻帶等優秀的磁場測量特性。通過將磁場傳感器布置于載流導體周圍空間并組成特定排列的磁傳感器陣列，進一步基于磁場測量結果并對其進行電磁反演計算，可以實現多導體系統的電流非侵入式測量。通過充分釋放磁場傳感器的優異測量性能，基于磁傳感器陣列方式的電流傳感器裝置有望替代傳統電磁式電流互感器，實現更為準確、快速的復雜動態負荷電流測量。
2、目前，制約磁傳感器陣列測量準確度提升的最大影響因素是電流反演方法引入的誤差?，F有電流反演方法主要采用解析方法和數值方法。其中，解析方法通過測量點與導體位置建立表征電流與磁場關系的位置系數矩陣，并求解其對應的線性方程組，部分無法獲取位置信息的情況下，還需要通過隨機優化方法求解關于位置參數的非線性方程，因此，位置系數矩陣的準確構建與方程求解對電流反演確保準確性至關重要。數值方法，特別是有限元方法，通過對計算區域進行網格劃分并求解各網格中的離散磁場分布。數值方法相對于解析方法，可以更精準構建不同結構特征區域的場源關系，并可以在計算中考慮電流非均勻分布和高磁導率介質的影響，準確性、適用性更優。然而，由于在反演計算隨機尋優的每次迭代中，數值方法都需要重新進行網格劃分和微分方程計算，需要更多的硬件計算資源支持，很難滿足當前生產現場電流測量裝置微型化、低功耗、實時性的需求。
1、本專利技術的目的在于解決現有電流反演方法在提升準確性的同時實時性不能得到保證的問題，提供了一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其在保證準確性的同時，具備快速計算、低運算量的特征，能提升反演計算效率。
2、本專利技術的目的主要通過以下技術方案實現：
3、一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，包括以下步驟：步驟s1、在待測多導體系統待測部位設置多個沿待測部位外表面周向均勻分布的測量點；以多導體系統幾何中心為原點，建立直角坐標系；將待測多導體系統待測部位內導體布設區域均勻劃分為橫縱交錯排布且具有m×n個節點的網格，根據網格節點的橫向和縱向分布位置對每個網格節點編號為(i,j)；其中，m×n取值均為大于或等于3的正整數，1≤i≤m,1≤j≤n；記錄所有網格節點在直角坐標系下的坐標；
4、步驟s2、建立有限元仿真計算模型，計算任意一個測量點在單位線電流位于所有網格節點時的磁感應強度，得到該測量點的基準位置系數矩陣，再計算其余測量點的基準位置系數矩陣，構建基準位置系數矩陣數據庫；
5、步驟s3、設定待測多導體系統中各導體位置初始值，根據待測多導體系統中任意一個導體幾何中心坐標所在網格的四個節點坐標結合基準位置系數矩陣計算得到導體位置系數矩陣，再計算待測多導體系統中其余導體位置系數矩陣，結合待測多導體系統中所有導體位置系數矩陣構建位置系數矩陣；
6、步驟s4、構建磁場傳感器測量值等于位置系數矩陣與導體電流值乘積的線性方程組，由磁場傳感器在測量點測量磁場，通過最小二乘法求解各導體電流；基于各導體的電流計算值通過線性方程組求解磁場計算值；計算磁場計算值減去磁場測量值的二范數與磁場測量值二范數的比值是否小于設定閾值，若小于則將求解的各導體電流作為電流測量結果并保存當前位置系數矩陣，否則通過隨機優化算法計算各導體位置優化值，更新位置系數矩陣后再次計算電流值，直至磁場計算值減去磁場測量值的二范數與磁場測量值二范數的比值是否小于設定閾值；
7、步驟s5、在磁場測量值重新采樣后，根據更新的測量值與步驟s4中保存的位置系數矩陣代入步驟s4中構建的線性方程組中求解各導體電流。本專利技術步驟s2中建立有限元仿真計算模型，使用現有的商用電磁有限元仿真計算軟件實現，其基本原理和過程為：首先在軟件中構建包含被測導體及其周邊磁性材料的幾何模型，再進一步使用軟件對幾何模型進行自適應網格劃分，可以進一步建立由各網格中磁場微分方程構成的非線性方程組，其中單位線電流所在的網格對應方程的非齊次項為電流值，再進一步，假設網格內磁場分布為一次或二次多項式分布，通過變分法將非線性方程組轉化為線性方程組求解各網格節點上的磁場值。本專利技術步驟s4中通過最小二乘法求解各導體電流的最小二乘解可應用moore-penrose廣義逆(svd分解)、tikhonov正則化等正則化方法實現。本專利技術步驟s4中采用的隨機優化算法通過現有的梯度下降法、遺傳算法、進化算法等隨機優化算法實現。
8、進一步的，所述步驟s2中計算任意一個測量點k在導體位于任意一個網格節點(i,j)的磁感應強度表示為bk(i,j)，得到測量點k的基準位置系數矩陣表示為pk，構建的基準位置系數矩陣數據庫表示為p＝{p1,
9、p2,…,pk}；其中：
10、
11、
12、k為設置的測量點數量，k＝1,2,…,k。
13、進一步的，所述待測多導體系統中導體的數量為l個，測量點的數量為k個；所述步驟s3中構建的位置系數矩陣為k×l的位置系數矩陣a，位置系數矩陣a中元素akl按照以下公式計算：
14、
15、其中，1≤k≤k，1≤l≤l，(xs(i),ys(j))、(xs(i+1),ys(j))、(xs(i),ys(j+1))、(xs(i+1),ys(j+1))為導體幾何中心坐標(xl,yl)所在網格的四個節點坐標，pk(i+1,j)，pk(i,j+1)，pk(i+1,j)，pk(i+1,j+1)為基準位置系數矩陣數據庫的元素。
16、進一步的，所述步驟s4中構建的磁場傳感器測量值等于位置系數矩陣與導體電流值乘積的線性方程組表示為：
17、bmea＝aical
18、式中，bmea為磁場傳感器在k個測量點實際測量值構成的向量，bmea＝[b1,b2,…,bk]t；ical為待測多導體系統中l個導體的電流計算值構成的向量，ical＝[i1,i2,…,il]t，a為位置系數矩陣a。
19、進一步的，所述步驟s4中基于各導體的電流計算值通過線性方程組求解磁場計算值的線性方程組表示為：
20、bcal＝aical
21、bcal為磁場傳感器在k個測量點計算值構成的向量；ical為待測多導體系統中l個導體的電流計算值構成的向量，a為位置系數矩陣a。
22、進一步的，所述步驟s4中計算磁場計算值減去磁場測量值的二范數與磁場測量值二范數的比值是否小于設定閾值的計算公式表示為：
23、
24、式中，bcal為磁場傳感器在k個測量點計算值構成的向量，bmea為磁場傳感器在k個測量點實際測量值構成的向量，(x,y)＝((x1,y1)、(x2,y2)、…、(xl,yl)、…、(xl,yl))為優化變量，代表導體幾何中心位置坐標，l為待測多導體系統中導體的數量，l＝1,2本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，所述步驟S2中計算任意一個測量點k在導體位于任意一個網格節點(i,j)的磁感應強度表示為Bk(i,j)，得到測量點k的基準位置系數矩陣表示為Pk，構建的基準位置系數矩陣數據庫表示為P＝{P1,P2,…,PK}；其中：
3.根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，所述待測多導體系統中導體的數量為L個，測量點的數量為K個；所述步驟S3中構建的位置系數矩陣為K×L的位置系數矩陣A，位置系數矩陣A中元素akl按照以下公式計算：
4.根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，所述步驟S4中構建的磁場傳感器測量值等于位置系數矩陣與導體電流值乘積的線性方程組表示為：
5.根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，所述步驟S4中基于各導體的電流計算值通過線性方程組求解磁場計算值的線性方程組表示為：
6.根據權利要求1所述
...【技術特征摘要】
1.一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，所述步驟s2中計算任意一個測量點k在導體位于任意一個網格節點(i,j)的磁感應強度表示為bk(i,j)，得到測量點k的基準位置系數矩陣表示為pk，構建的基準位置系數矩陣數據庫表示為p＝{p1,p2,…,pk}；其中：
3.根據權利要求1所述的一種基于磁傳感器陣列的電流反演方法，其特征在于，所述待測多導體系統中導體的數量為l個，測量點的數量為k個；所述步驟s3中構建的位置系數矩陣為k×l的位置系數矩陣a，位置系...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅睿希，蔡君懿，葉子陽，史強，李福超，張福州，周一飛，
申請(專利權)人：國網四川省電力公司營銷服務中心，
類型：發明
國別省市：
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