一种非接触式电压测量系统及方法与流程

1.本发明涉及高压电网电压检测技术领域，具体涉及一种非接触式电压测量系统及方法。


背景技术：

2.目前，随着新能源分布式接入、新一代透明电网建设，物联网和人工智能技术在电网中的应用逐步加强。传感和测量技术是电网发展的基础支撑，电网数字化发展需要传感技术先行发展。电压和电流是电力系统的两项基础参数。其中，电流传感技术可应用霍尔传感器、磁阻传感器、穿心互感器等实现电流量的非接触式测量。但电压传感器的非接触测量仍存在较大困难。目前世界各国主要依靠的是电压互感器进行电压检测，但是这种传感器要求在高、低压端之间提供复杂昂贵的电气绝缘，并且随着输配电网朝着高电压、大容量方向发展，高电压等级的pt变得越来越笨重，价格越来越昂贵，给运输和安装带来很大困难。因此需要提供一种方案以便于在提高非接触式电压测量效率的同时降低设备成本。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于线圈的具有身份识别的无人机充电系统及方法，具体技术方案如下：
4.一种非接触式电压测量系统，包括远程监控终端、电压检测装置；所述电压检测装置包括非接触式电压传感器、信号处理电路、ad转换电路、控制器、无线通信模块、电源模块；
5.所述非接触式电压传感器、信号处理电路、ad转换电路、控制器、无线通信模块依次连接；所述无线通信模块与远程监控终端连接；所述电源模块分别与信号处理电路、ad转换电路、控制器连接；
6.所述非接触式电压传感器用于实时获取高压导线的电压信号，并将获取的电压信号传输至信号处理电路；
7.所述信号处理电路用于对非接触式电压传感器获取的电压信号进行实时计算得到电压运算结果，并将电压运算结果传输至ad转换电路；
8.所述ad转换电路用于将信号处理电路的电压运算结果进行模数转换，并将转换后的电压运算结果实时传输至控制器；
9.所述控制器用于根据转换后的电压运算结果实时计算高压导线的电压，并通过无线通信模块将计算得到的高压导线的电压实时传输至远程监控终端；
10.所述电源模块用于为电压检测装置提供工作电源；
11.所述远程监控终端用于实时接收控制器传输来的电压运算结果对高压导线的电压进行实时监控。
12.优选地，所述非接触式电压传感器包括分压电容c2、接地电容c
p
；所述分压电容c2的一端靠近高压导线，并作为获取高压导线的电压信号的输入端，另一端与接地电容c
p
的
一端连接；所述接地电容c
p
的另一端接地；所述分压电容c2与接地电容c
p
之间设置非接触式电压传感器的输出端，所述非接触式电压传感器的输出端与信号处理电路连接。
13.优选地，所述信号处理电路包括第一运放u1、第二运放u2、第一电容cs；所述第一运放u1的反相输入端、第一电容cs的一端分别与非接触式电压传感器的输出端连接；所述第一运放u1的同相输入端和第二运放u2的同相输入端分别用于输入激励信号；所述第一运放u1的输出端分别与第一电容cs的另一端、第二运放u2的反相输入端连接；所述第二运放u2的输出端作为信号处理电路的输出端，并与ad转换电路连接。
14.优选地，所述控制器为单片机、fpga控制器、dsp处理器中的任意一种。
15.优选地，所述无线通信模块为wifi模块、zigbee模块、4g通信模组和5g通信模组中的任意一种。
16.优选地，所述电源模块包括蓄电池、dc/dc转换器、若干个电压输出端子；所述蓄电池与dc/dc转换器连接；所述dc/dc转换器与若干个电压输出端子分别连接；
17.所述蓄电池用于存储电量，所述dc/dc转换器用于将蓄电池的输出电压转换为符合电压检测装置内符合信号处理电路、ad转换电路、控制器分别要求的工作电压，并通过若干个电压输出端子分别输出对应的工作电压。
18.优选地，还包括移动终端；所述移动终端与远程监控终端连接，用于接收远程监控终端发送的通知信息。
19.优选地，所述电压检测装置设置若干个，若干个所述电压检测装置分别与远程监控终端连接。
20.一种非接触式电压测量方法，应用于所述的非接触式电压测量系统，包括以下步骤：
21.s1、非接触式电压传感器实时获取高压导线的电压信号；
22.s2、信号处理电路对获取的高压导线的电压信号进行运算，得到电压运算结果；
23.s3、ad转换电路对电压运算结果进行模数转换，得到数字的电压运算结果；
24.s4、控制器根据数字的电压运算结果实时计算高压导线的电压，并通过无线通信模块将计算得到的高压导线的电压实时传输至远程监控终端；
25.s5、远程监控终端根据控制器传输来的电压运算结果进行实时监控。
26.优选地，所述步骤s2中具体包括以下步骤：
27.s21、信号处理电路的第一运放u1根据输入的获取的高压导线的电压信号、高频激励信号运算得到第一输出信号；
28.s22、信号处理电路的第二运放u2根据输入的第一输出信号和高频激励信号运算得到第二输出信号，即电压运算结果。
29.本发明的有益效果为：通过本发明提供的非接触式电压测量系统通过设置的电压检测装置既简化了设备的结构，同时能够远程对待测高压导线的电压进行测量，在提高非接触式电压测量效率的同时降低设备成本。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件
或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
31.图1为本发明提供的系统原理示意图；
32.图2为本发明的非接触式电压传感器与信号处理电路的电路原理图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
35.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
36.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
37.如图1所示，一种非接触式电压测量系统，包括远程监控终端、电压检测装置；所述电压检测装置包括非接触式电压传感器、信号处理电路、ad转换电路、控制器、无线通信模块、电源模块；
38.所述非接触式电压传感器、信号处理电路、ad转换电路、控制器、无线通信模块依次连接；所述无线通信模块与远程监控终端连接；所述电源模块分别与信号处理电路、ad转换电路、控制器连接；
39.所述非接触式电压传感器用于实时获取高压导线的电压信号，并将获取的电压信号传输至信号处理电路；
40.所述信号处理电路用于对非接触式电压传感器获取的电压信号进行实时计算得到电压运算结果，并将电压运算结果传输至ad转换电路；
41.所述ad转换电路用于将信号处理电路的电压运算结果进行模数转换，并将转换后的电压运算结果实时传输至控制器；
42.所述控制器用于根据转换后的电压运算结果实时计算高压导线的电压，并通过无线通信模块将计算得到的高压导线的电压实时传输至远程监控终端；
43.所述电源模块用于为电压检测装置提供工作电源；
44.所述远程监控终端用于实时接收控制器传输来的电压运算结果对高压导线的电压进行实时监控。
45.如图2所示，所述非接触式电压传感器包括分压电容c2、接地电容c
p
；所述分压电容c2的一端靠近高压导线，并作为获取高压导线的电压信号的输入端，另一端与接地电容c
p
的一端连接；所述接地电容c
p
的另一端接地；所述分压电容c2与接地电容c
p
之间设置非接触式电压传感器的输出端，所述非接触式电压传感器的输出端与信号处理电路连接。
46.所述信号处理电路包括第一运放u1、第二运放u2、第一电容cs；所述第一运放u1的
反相输入端、第一电容cs的一端分别与非接触式电压传感器的输出端连接；所述第一运放u1的同相输入端和第二运放u2的同相输入端分别用于输入激励信号；所述第一运放u1的输出端分别与第一电容cs的另一端、第二运放u2的反相输入端连接；所述第二运放u2的输出端作为信号处理电路的输出端，并与ad转换电路连接。
47.在上述实现过程中，非接触式电压传感器获取的电压信号输入第一运放u1的反相输入端；第一运放u1根据同相输入端输入的高频激励信号和反相输入端输入的电压信号进行运算后得到第一输出信号输入至第二运放u2的反相输入端；第二运放u2再根据其反相输入端输入的第一输出信号和同相输入端输入的高频激励信号进行运算得到第二输出信号输入ad转换电路，通过ad转换电路转换为数字信号后发送给控制器，控制器最后通过无线通信模块再发送给与该无线通信模块连接的远程设备，在提高非接触式电压测量效率的同时降低设备成本。通过设置的远程监控终端可以获取多个电压检测装置的检测数据，以对多个待测高压导线进行监测，提高了监测的效率。
48.其中，所述控制器为单片机、fpga控制器、dsp处理器中的任意一种。具体地，在本实施例中，控制器选用单片机，例如stm32单片机或者51单片机。但是，需要说明的是，在实际的实施过程中，控制器也可以根据实际需求和成本等多种因素进行调整，并不局限于上述的各种元件。
49.所述无线通信模块为wifi模块、zigbee模块、4g通信模组和5g通信模组中的任意一种。在本实施例中，无线通信模块选用5g通信模组。但是需要说明的是，无线通信模块可以根据用户的实际需求以及检测现场的环境状况进行选择，并不局限于本实施的方式。
50.所述电源模块包括蓄电池、dc/dc转换器、若干个电压输出端子；
51.所述蓄电池与dc/dc转换器连接；所述dc/dc转换器与若干个电压输出端子分别连接；
52.所述蓄电池用于存储电量，所述dc/dc转换器用于将蓄电池的输出电压转换为符合电压检测装置内符合信号处理电路、ad转换电路、控制器分别要求的工作电压，并通过若干个电压输出端子分别输出对应的工作电压。通过设置的电源模块既可以实现外部的供电，也可以在外部电源断开时通过电池继续进行供电，同时通过设置的dc/dc转换器能够满足各种元件的供电需求。
53.本发明还包括移动终端；所述移动终端与远程监控终端连接，用于接收远程监控终端发送的通知信息。通过设置的移动终端可以接收远程监控终端发送的通知信息，以便于远程监控终端的工作人员在电压检测装置获取到的检测数据异常时及时通过移动终端告知对应的检修人员进行处理。示例性地，该移动终端可以选用手机、平板电脑等。考虑到在很多高压输电区域往往会存在网络信号覆盖不全面的情况，在远程监控终端上还可以设置传呼话筒，同时将远程监控终端与检修人员内的对讲机连接。所述电压检测装置设置若干个，若干个所述电压检测装置分别与远程监控终端连接。
54.本发明的具体实施方式还提供了一种非接触式电压测量方法，应用于所述的非接触式电压测量系统，包括以下步骤：
55.s1、非接触式电压传感器实时获取高压导线的电压信号；
56.s2、信号处理电路对获取的高压导线的电压信号进行运算，得到电压运算结果；
57.s3、ad转换电路对电压运算结果进行模数转换，得到数字的电压运算结果；
58.s4、控制器根据数字的电压运算结果实时计算高压导线的电压，并通过无线通信模块将计算得到的高压导线的电压实时传输至远程监控终端；
59.s5、远程监控终端根据控制器传输来的电压运算结果进行实时监控。
60.步骤s2中具体包括以下步骤：
61.s21、信号处理电路的第一运放u1根据输入的获取的高压导线的电压信号、高频激励信号运算得到第一输出信号；
62.s22、信号处理电路的第二运放u2根据输入的第一输出信号和高频激励信号运算得到第二输出信号，即电压运算结果。
63.非接触式电压传感器获取的高压导线的电压信号为50hz工频信号，则第二输出信号的计算方式为：
[0064][0065]vh
＝v0*cos(2π*f0t)；
[0066]vl
＝v*cos(2π*50t)；
[0067]
式中，vn表示第二输出信号；v
l
表示非接触式电压传感器获取的高压导线的电压信号，即非接触式电压传感器输出端输出的信号；vh表示高频激励信号；cs表示第一电容；c
p
表示非接触式传感器中的接地电容；v0表示高频激励信号的幅值；f0表示高频激励信号的频率；v表示高压导线电压信号的幅值。
[0068]
控制器根据数字的电压运算结果实时计算高压导线的电压具体为：
[0069]
控制器可以通过滤波器将第二运放输出的信号分成两个频率的信号序列v1和v2。
[0070][0071][0072]
因为，v
nvn
通过控制器对ad转换电路转换后的数字信号进行识别后可以得到，同时滤波器处理后的两个信号序列也为已知量。经过计算可以得到的值，然后将的值代入v1中即可得到高压导线的电压。
[0073]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0074]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0075]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。