用于配电网架空线路的非接触式电流测量方法研究

摘要

随着可再生能源分布式发电装置以及电动汽车充放电装置大量接入配电网，网络中的功率流向发生了改变，配电网的监控和优化变得更加困难，如何对配电网实施大范围的实时监测和状态估计显得越发重要。目前配网中采用的电流互感器大多昂贵且不易大量配置，亟需一种适用于配网监测、动态估计以及优化调度的电流传感器。
　　针对这种情况，结合目前国内外的研究现状，本文通过分析空心线圈感应电压的原理，提出了一种用于配电网架空线路的非接触式电流测量方法，该方法通过在导线周围按一定规则布置的多个空心线圈来测量导线电流。
　　首先，分析了单个空心线圈的输出与单根导线电流的关系，并提出了空心线圈输出电压的数字积分算法。在此基础上，结合单相导线和三相导线的结构特点，提出了测量单相导线电流的两线圈测量方法和测量三相导线电流的四线圈测量方法，并从理论上分析了其可行性。
　　在电磁分析软件Ansoft Maxwell中分别建立了单相电流测量方法和三相电流测量方法的仿真模型，在导线电流中只含有基波以及含有基波和谐波两种情况下，通过改变电流测量线圈组到导线的距离进行仿真。仿真结果有效验证了该方法的可行性。
　　在实验室搭建了模拟架空导线的实验平台，通过改变导线电流以及电流测量装置到导线的距离，在该平台上分别对单相电流测量方法和三相电流测量方法进行实验。大量实验结果表明:本文所提出的非接触式电流测量方法在测量100A及以上的稳态电流时，其测量精度能达到5％以内，基本满足配网动态估计、监测以及优化调度等的要求。
　　本文最后分析了该方法所采用的线圈组在实际安装过程中可能产生的位置偏差以及这些偏差对测量精度的影响。提出了在线圈组中增加一个校正线圈来减小位置偏差的方法，仿真结果表明该方法能在一定程度上减小位置偏差的影响。同时，对被测导线周围可能存在的其他导线以及设备对该方法的测量精度的影响做了仿真分析。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景与意义

1．2 电流传感器国内外研究现状

1．2．1 电磁式电流传感器

1．2．2 新型电子式电流传感器的发展与研究现状

1．3 本文主要研究内容及目的

2 非接触式电流测量方法的理论研究

2．1 空心线圈输出与导线电流的关系

2．1．1 磁感应强度矢量与线圈平面垂直

2．1．2 磁感应强度矢量与线圈平面不垂直

2．1．3 空心线圈感应电压的积分

2．2 单相电流测量方法

2．3 三相电流测量方法

2．4 本章小结

3 非接触式电流测量方法的仿真分析

3．1 Ansoft Maxwell软件介绍

3．2 仿真模型的建立

3．3 单相导线仿真

3．4 三相导线仿真

3．4．1 三相导线平行排列仿真

3．4．2 三相导线三角形排列仿真

3．5 本章小结

4 非接触式电流测量方法的实验分析

4．1 实验平台的搭建

4．2 单个空心线圈实验

4．3 单相电流测量实验

4．4 三相电流测量实验

4．4．1 平行排列导线电流测量实验

4．4．2 三角形排列导线电流测量实验

4．5 本章小结

5 引起电流测量偏差的实际因素分析

5．1 单相电流测量方法位置偏差分析

5．2 三相电流测量方法位置偏差分析

5．2．1 三相导线平行排列

5．2．2 三相导线三角形排列

5．2．3 误差分析结论

5．2．4 消除位置偏差的方法

5．3 相邻线路对测量方法的影响

5．3．1 A相导线与A’相导线夹角θ为0°

5．3．2 A相导线与A’相导线夹角θ为45°

5．3．3 A相导线与A’相导线夹角θ为90°

5．3．4 结论

5．4 本章小结

6 结论

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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