CN113358912B - 电压测量装置、电压测量方法和存储介质 - Google Patents

电压测量装置、电压测量方法和存储介质 Download PDF

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CN113358912B CN202110656386.1A CN202110656386A CN113358912B CN 113358912 B CN113358912 B CN 113358912B CN 202110656386 A CN202110656386 A CN 202110656386A CN 113358912 B CN113358912 B CN 113358912B
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Abstract

本申请涉及一种电压测量装置、电压测量方法和存储介质，该电压测量装置包括探头模组和测量单元，探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，探头模组与交流输电线相对的表面上设置有金属电极，金属电极与交流输电线发生电气耦合形成耦合电容，进而与测量单元中的电感元件、电阻元件以及参考信号源形成电气回路；处理器控制参考信号源向该电气回路输入不同频率的参考电压信号，并根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率，根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；能够实现交流输电线电压的非接触式测量，安装简单，能够提高电压测量效率和安全性，提高对交流输电线的电压测量的准确性。

Description

电压测量装置、电压测量方法和存储介质
技术领域
本申请涉及电力***测量技术领域，特别是涉及一种电压测量装置、电压测量方法和存储介质。
背景技术
为了确保电力***的正常运行，通常需要对电力***输电线路的电压电流进行监测，来保证电力***的稳定运行或者故障预警。
传统技术中，大多采用电压互感器对输电线路的电压进行监测，具体为：在断电的情况下，将待测线路的预留节点处的绝缘层拨开，将电压互感器的一次侧与绝缘层内部的导线连接，在通电后，通过测量电压互感器的二次侧电压来计算待测线路的电压。
然而，现有的电压测量方法由于需要接线和拆线操作，且电压互感器的体积庞大，导致电压测量的效率较低，进而还可能造成待测线路的绝缘损坏，故安全性较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种便于安装且能够提高输电线的电压检测效率和检测安全性的电压测量装置、电压测量方法和存储介质。
第一方面，提供了一种电压测量装置，包括探头模组和测量单元，探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，探头模组与交流输电线相对的表面上设置有金属电极，测量单元包括：电感元件、电阻元件、参考信号源和处理器；
处理器，用于控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容；
处理器，还用于根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
在其中一个实施例中，处理器，具体用于根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000021
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
在其中一个实施例中，处理器，具体用于控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路的电流中与参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；
处理器，用于根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
在其中一个实施例中，处理器，具体用于根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；该电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；
处理器，用于判断该电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和该最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；
处理器，用于在该差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率。
在其中一个实施例中，处理器，还用于在该差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；
其中，该迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
在其中一个实施例中，该测量单元还包括：信号处理模块；信号处理模块串联连接在电气回路中，信号处理模块还与处理器连接；
信号处理模块，用于检测电气回路中的电流信号，并对电流信号进行信号分离处理，确定第一电流分量幅值和第二电流分量幅值，发送至处理器。
在其中一个实施例中，该探头模组包括第一探头和第二探头；第一探头与交流输电线的火线连接，第二探头与交流输电线的零线或者地线连接；
第一探头的金属电极与相线发生电气耦合形成第一耦合电容；第二探头的金属电极与零线或者地线发生电气耦合形成第二耦合电容。
在其中一个实施例中，该电压测量装置还包括：屏蔽外壳，屏蔽外壳包裹在探头模组和测量单元的***。
在其中一个实施例中，该测量单元还包括：人机模块；人机模块与处理器连接，用于输出探头位置信息，探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；
人机模块还用于，接收用户输入的确认信息，确认信息为探头位置信息的确认信息；
处理器，还用于接收人机模块发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
在其中一个实施例中，人机模块，还用于获取用户输入的参考频率范围；
人机模块，还用于输出交流输电线的电压。
第二方面，提供了一种电压测量方法，应用于电压测量装置，该电压测量装置包括探头模组和测量单元，该探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，该探头模组与交流输电线相对的表面上设置有金属电极，该测量单元包括：电感元件、电阻元件和参考信号源，该方法包括：
控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；该电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容；
根据该电气回路的第一电流分量幅值以及谐振频率确定交流输电线的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
在其中一个实施例中，根据电气回路的第一电流分量幅值以及谐振频率确定交流输电线的电压，包括：根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000031
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
在其中一个实施例中，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率，包括：控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路的电流中与参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
在其中一个实施例中，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率，包括：根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；在差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率。
在其中一个实施例中，该方法还包括：在差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；其中，迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
在其中一个实施例中，该方法还包括：向人机模块发送探头位置信息，以使人机模块输出探头位置信息，该探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；接收人机模块发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
在其中一个实施例中，该方法还包括：接收人机模块发送的用户输入的参考频率范围，并根据该参考频率范围，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压；向人机模块发送交流输电线的电压，以使人机模块输出交流输电线的电压。
第三方面，提供了一种电压测量装置，该装置包括：
控制模块，用于控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号；
第一确定模块，用于根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容；
第二确定模块，用于根据电气回路的第一电流分量幅值以及谐振频率确定交流输电线的电压；第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
第四方面，提供了一种电压测量装置，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时实现上述第一方面中处理器所执行的任一步骤。
第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中处理器所执行的任一步骤。
上述电压测量装置、电压测量方法和存储介质，该电压测量装置包括探头模组和测量单元，探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，探头模组与交流输电线相对的表面上设置有金属电极，测量单元包括电感元件、电阻元件、参考信号源和处理器；在将探头模组套设在交流输电线上后，金属电极与交流输电线发生电气耦合形成耦合电容，进而与测量单元中的电感元件、电阻元件以及参考信号源形成电气回路；处理器控制参考信号源向该电气回路输入不同频率的参考电压信号，并根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；接着，根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值；也就是说，本申请实施例中，在测量交流输电线的电压时，仅需将探头模组套设在该交流输电线的外绝缘表层上，而无需将交流输电线的绝缘层拨开，再将探头模组与该绝缘层内部的导线连接，即本实施例中的探头模组无需与交流输电线有金属接触，且无需对交流输电线进行停电操作，能够实现交流输电线电压的非接触式测量，从而避免了现有技术中接触式测量的接线和拆线工作，安装简单，极大地提高了电压测量效率；同时，本实施例中的电压测量装置无需破坏输电线的绝缘层，能够避免对交流输电线绝缘层的损坏，提高输电线的安全性；另外，本实施例中的电压测量装置在将探头模组套设在交流输电线的外绝缘表层之后，可以控制参考信号源输出不同频率的参考电压信号，并根据电气回路中的电流确定谐振频率和该电流中与该交流输电线频率对应的第一电流分量幅值，来确定交流输电线的电压，通过该方式可以准确计算出交流输电线的电压，能够提高对交流输电线的电压测量的准确性。
附图说明
图1为一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图2为一个实施例中电气回路的结构示意图；
图3为一个实施例中参考信号源单独作用时的等效电路图；
图4为一个实施例中交流输电线单独作用时的等效电路图；
图5为一个实施例中电流幅值序列的变化情况示意图；
图6为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图7为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图8为另一个实施例中电压测量装置的结构示意图；
图9为一个实施例中电压测量方法的流程示意图；
图10为一个实施例中电压测量装置的结构框图；
图11为一个实施例中电压测量装置的内部结构图。
附图标记说明：
100：交流输电线；10：探头模组；20：测量单元；201：电感元件；
202：电阻元件；203：参考信号源；204：处理器；205：电源模块；
206：信号处理模块；101：第一探头；102：第二探头；
1001：交流输电线的相线；1002：交流输电线的零线或者地线；
207：人机模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的电压测量装置，适用于电力***测量技术领域，用于电力***的电压检测。本实施例中的电压测量装置可以实现非接触式的电压测量，提高电压检测的效率和安全性，以及电压检测的准确性。
现有技术中，对于电力***输电线的电压测量，通常是采用接触式的电压测量方法，也就是，需要在输电线停电的前提下，将电压互感器的探头与输电线内部的金属导线连接，需要进行复杂的接线和拆线工作，且需要实时检测探头与金属导线的接触情况，其接触面的好坏直接影响检测结果的可靠性和准确性，导致电压测量的效率较低；同时，由于电压互感器的体积庞大、价格昂贵、在发生短路时还存在***的危险，另在安装时还需要将电压互感器放置在有一定高度的支撑柱上，人力财力成本较高，且安全性较低；以及，电压互感器仅能对输电线的低频交流信号进行检测，其检测范围受限；另外，现有技术中接触式的电压测量方法必须在输电线架设的初期，设置电压测量节点，该电压测量节点处的绝缘表层易拨开，以便后期方便在预设的电压测量节点处连接电压互感器，进行电压测量，因此，现有技术中接触式的电压测量方法在进行输电线的电压检测时，易受电压测量节点的限制；在实际的电压测量时，较多复杂的环境中经常会存在无法剥离绝缘层，或是存在不便破坏绝缘层的情况，导致电压测量的灵活性较差；且现有技术中对输电线绝缘表层的破坏，容易造成输电线的绝缘损坏，容易形成火花，导致不安全事故，即安全性较低。
因此，本申请实施例中提供的电压测量装置，在不破坏输电线绝缘表层的情况下，可以活动套设在交流输电线的外绝缘表层，也就是说，本实施例中的电压测量装置可以灵活检测交流输电线的任一位置处的电压，能够解决现有技术中电压互感器的检测效率低、安全性低、成本高以及灵活性差的问题；采用本实施例中的电压测量装置，能够在探头套设在交流输电线上时，通过探头与交流输电线之间的电气耦合作用，对交流输电线的电压进行检测，提高了电压检测的效率。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图1为一个实施例中电压测量装置的结构示意图。如图1所示，电压测量装置，包括探头模组10和测量单元20，探头模组10活动性套设于交流输电线100的外绝缘表层，探头模组10与交流输电线100相对的表面上设置有金属电极，测量单元20包括：电感元件201、电阻元件202、参考信号源203和处理器204；处理器204，用于控制参考信号源203向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；电气回路包括耦合电容、电感元件201、电阻元件202以及参考信号源203，该耦合电容为金属电极与交流输电线100发生电气耦合形成的电容；处理器204，还用于根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线100的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
可选地，该探头模组10可以为两个嵌套圆环组成的圆柱形结构，该圆柱形探头的内侧(也就是与交流输电线相对的表面)设置有导电极板，即金属电极，该金属电极与测量单元20连接；该圆柱形探头的外侧可以采用绝缘材料；对于探头模组10套设于交流输电线100的外绝缘表层上的方式，可选地，该探头模组10可以采用夹钳结构，将探头模组10夹在交流输电线100的外绝缘表层上；也可以采用其他结构，例如：卡扣结构等；需要说明的是，本实施例中对将探头模组套设于交流输电线的外绝缘表层上的方式并不做限定。
可选地，该测量单元20中的电感元件201可以包括一个电感，也可以包括多个电感，该测量单元20中的电阻元件202可以包括一个电阻，也可以包括多个电阻，本实施例中对于电感元件201和电阻元件202的形式和结构并不做限定；参考信号源203可以是频率可调的电压信号源，处理器204在控制参考信号源203输出不同频率的参考电压信号时，可以采用PWM技术或者采用SPWM技术来控制参考信号源203输出的参考电压信号的频率，这里可以采用现有技术中的任意方式，本实施例中对参考信号源203的控制方式并不做限定；处理器204可以是微处理器、嵌入式处理器以及专用的数字信号处理器等，本实施例对处理器204的类型并不做限定；本实施例中的测量单元20还包括电源模块205，该电源模块205为处理器204提供工作电压，该电源模块205可以为锂电池，也可以为其他能够提供电源的硬件结构。
可选地，可以将本实施例中的交流输电线的电压等效为一个电压源，则上述电气回路的等效结构图可以如图2所示，其中，Us为该交流输电线的电压，其输出的交流电压信号的频率为工频，即50Hz，C为探头模组的金属电极与该交流输电线之间的耦合电容，L为该电感元件的等效电感，R为该电阻元件的等效电阻，Ur为参考信号源，其输出的参考电压信号的频率可以与工频相同，也可以与工频不同。
由于该电气回路中有两个信号源对外输出交流电压信号，因此，该电气回路中的电流也同样包括工频交流电压信号作用下的第一电流分量，和参考电压信号作用下的第二电流分量，即该电气回路中的电流为该第一电流分量和该第二电流分量叠加而成；通过调节参考信号源输出的参考电压信号的频率，来确定该电气回路的谐振频率，由于在该谐振频率的作用下，该电气回路中的电感和电容可以等效为短路，使得该电气回路中的总阻值达到最小，因此，该电气回路中的电流将达到最大；也就是说，处理器可以根据不同频率的参考电压信号的作用下，该电气回路的电流来确定电气回路的谐振频率，通过对该电气回路中的电流的分析处理，可以得到在电流达到最大时对应的频率，即该电气回路的谐振频率。
另外，处理器通过对该电气回路中的电流的分析处理，还可以得到与该交流输电线的电压频率一致的第一电流分量，进而，可以确定出该第一电流分量的幅值得到第一电流分量幅值；可选地，处理器可以控制参考信号源的输出为0，则此时该电气回路中只有交流输电线对外输出电压，也即此时的电气回路中的电流为与该交流输电线的电压频率一致的第一电流分量，根据该第一电流分量可以得到该第一电流分量幅值；接着，处理器可以根据该第一电流分量幅值和该谐振频率，确定交流输电线的电压；可选地，处理器可以根据预设算法和该第一电流分量幅值以及该谐振频率，确定交流输电线的电压。
上述电压测量装置，包括探头模组和测量单元，探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，探头模组与交流输电线相对的表面上设置有金属电极，测量单元包括：电感元件、电阻元件、参考信号源和处理器；在将探头模组套设在交流输电线上后，金属电极与交流输电线发生电气耦合形成耦合电容，进而与测量单元中的电感元件、电阻元件以及参考信号源形成电气回路；处理器控制参考信号源向该电气回路输入不同频率的参考电压信号，并根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；接着，根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值；也就是说，本申请实施例中，在测量交流输电线的电压时，仅需将探头模组套设在该交流输电线的外绝缘表层上，而无需将交流输电线的绝缘层拨开，再将探头模组与该绝缘层内部的导线连接，即本实施例中的探头模组无需与交流输电线有金属接触，且无需对交流输电线进行停电操作，能够实现交流输电线电压的非接触式测量，从而避免了现有技术中接触式测量的接线和拆线工作，安装简单，极大地提高了电压测量效率；同时，本实施例中的电压测量装置无需破坏输电线的绝缘层，能够避免对交流输电线绝缘层的损坏，提高输电线的安全性；另外，本实施例中的电压测量装置在将探头模组套设在交流输电线的外绝缘表层之后，可以控制参考信号源输出不同频率的参考电压信号，并根据电气回路中的电流确定谐振频率和该电流中与该交流输电线频率对应的第一电流分量幅值，来确定交流输电线的电压，通过该方式可以准确计算出交流输电线的电压，能够提高对交流输电线的电压测量的准确性。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器，具体用于根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；该电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000091
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
参考图2，根据电路叠加原理，可以将图2等效为参考信号源单独作用时的等效电路图图3和交流输电线单独作用时的等效电路图图4。
图3为参考信号源单独作用时的等效电路图，如图3所示。在参考电压信号(频率为fr)的作用下，耦合电容C，等效电感L，等效电阻R的阻抗可以分别表示为：
Figure BDA0003112986090000101
Zrl＝jωrL (2)
Zrr＝R (3)
其中，ωr＝2πfr，fr为该参考电压信号的频率。
根据电路的欧姆定律，该电气回路中的电流Ir可以表达为：
Figure BDA0003112986090000102
那么，该电气回路中的总阻抗可以表示为：
Figure BDA0003112986090000103
其中，等效电感的阻抗XL和耦合电容的阻抗XC可以表达为：
XL＝ωrL (6)
Figure BDA0003112986090000104
在等效电感的阻抗XL和耦合电容的阻抗XC相等的情况下，ωr满足：
Figure BDA0003112986090000105
也就是说，通过调整参考电压信号的频率fr，可以使得等效电感的阻抗XL和耦合电容的阻抗XC相等，使得该电气回路中耦合电容和等效电感达到串联谐振的状态，在谐振状态下，该电气回路中的总阻抗仅包括等效电阻R的阻抗，也就是，在谐振状态下，该电气回路中的总阻抗达到最小，此时，该电气回路中的电压Ur和电流Ir同相，且该电气回路中的电流Ir的幅值达到最大，这种情况下，将参考电压信号的频率表示为fr0，那么fr0满足：
Figure BDA0003112986090000111
处理器通过控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流可以确定出电气回路的谐振频率frset，该谐振频率frset也就是上述理论推导得到的fr0，即frset＝fr0。
根据该谐振频率frset，可以确定出耦合电容C，即
Figure BDA0003112986090000112
图4为交流输电线单独作用时的等效电路图，如图4所示。在交流输电线(频率为工频fs)的作用下，耦合电容C，等效电感L，等效电阻R的阻抗可以分别表示为：
Figure BDA0003112986090000113
Zsl＝jωsL (12)
Zsr＝R (13)
其中，ωs＝2πfs，fs为该交流输电线的电压频率，即工频。
根据电路的欧姆定律，该电气回路中的电流Is可以表达为：
Figure BDA0003112986090000114
则该交流输电线的电压Us可以表示为：
Figure BDA0003112986090000115
将公式(15)作为交流输电线的电压计算公式，处理器通过上述谐振频率的确定过程，可以得到该电气回路的谐振频率frset，进一步，处理器通过对该电气回路中的电流的分析处理可以得到该电气回路的电流中与该交流输电线电压频率对应的第一电流分量幅值Is，进而，根据该第一电流分量幅值Is、谐振频率frset、以及已知的电阻值R和电感值L，即可通过上述电压计算公式计算得到交流输电线的电压。
本实施例中，处理器根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压，也就是说，处理器只需要得到交流输电线单独作用下的第一电流分量幅值和该电气回路的谐振频率，再将该第一电流分量幅值和谐振频率带入电压计算公式中，即可得到该交流输电线的电压，本实施例中的电压计算方法简单，能够大大提高对交流输电线电压的检测效率。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器在通过控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率时，可选地，可以通过控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路在参考信号源单一作用下的电流幅值；接着，根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
由于处理器获取到的电气回路中的电流，是由工频交流电压信号作用下的第一电流分量和参考电压信号作用下的第二电流分量叠加而成，因此，处理器可以从获取到的电气回路的电流信号中，滤波出与该参考电压信号的频率一致的电流分量，该电流分量即为该参考电压信号对应的第二电流分量，进而，通过对该第二电流分量的分析，可以得到该第二电流分量幅值；也就是，处理器可以得到多个不同频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值，可选地，处理器可以以最小步长，确定预设频率范围内的多个频率值，并控制参考信号源依次输出每个频率值对应的参考电压信号，得到每个频率值的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；该多个第二电流分量幅值的变化规律为随着频率的增大，电流分量幅值先增大再减小；接着，处理器可以根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率；可选地，处理器可以根据该预设搜索算法从该多个第二电流分量幅值中选择最大电流分量幅值，并将该最大电流分量幅值对应的频率作为该电气回路的谐振频率。
本实施例中，处理器通过控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值，并根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率；也就是说，处理器通过控制参考信号源依次输出多个不同频率的参考电压信号，并根据每个参考电压信号作用下的第二电流分量幅值，确定出电流分量幅值最大时对应的频率作为该电气回路的谐振频率，该算法简单，容易实现，能够提高对处理器的开发效率。
在本申请的一个可选的实施例中，处理器在通过控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率时，可选地，处理器还可以根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；该电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；接着，判断该电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和该最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；在该差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率；可选地，在该差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；其中，该迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
具体地，处理器可以预先设置好该参考频率范围，也可以接收用户输入的参考频率范围，该参考频率范围包括起始频率frstar和终止频率frend；另外，处理器可以预先设置好参考步长，该参考步长可以随着搜索次数的增加而减少，例如：第一次搜索的参考步长可以设置为10，第二次搜索的参考步长可以设置为1，第三次搜索的参考步长可以设置为0.1等；处理器也可以预先设置搜索数量，根据该搜索数量和参考频率范围，计算该参考步长，例如：处理器可以预先设置搜索数量为n+1，则参考步长Δf可以表示为：
Figure BDA0003112986090000131
需要说明的是，处理器在进行多次搜索时，每一次搜索的搜索数量可以不同，也可以相同，本实施例对此并不做限定。
处理器在得到参考频率范围和参考步长后，可以根据该参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到每个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值，即得到该电流幅值序列，可以表示为[Ir1,Ir2,...,Iri,...,Irn,Irn+1]，该电流幅值序列的变化情况可以如图5所示，即先递增再递减。
依次将该电流幅值序列中的后一个电流幅值减去前一个电流幅值，则存在某一个电流幅值满足下面要求：
Figure BDA0003112986090000141
根据公式(17)可以确定出，Irm+1为该电流幅值序列中的最大电流幅值。
接着，判断该最大电流幅值的后一个电流幅值Irm+2对应的第一频率值frm+2和该最大电流幅值的前一个电流幅值Irm对应的第二频率值frm的差值，是否小于预设阈值，即判断frm+2-frm<T是否成立，在frm+2-frm<T成立，也就是第一频率值frm+2和第二频率值frm的差值小于预设阈值的情况下，可以确定此时的最大电流幅值对应的频率值已经很接近理论计算的谐振频率，因此，可以将该第一频率值frm+2、第二频率值frm或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个作为该谐振频率。
在frm+2-frm<T不成立，也就是第一频率值frm+2和第二频率值frm的差值大于等于预设阈值的情况下，可以将该第二频率值frm和该第一频率值frm+2作为新的参考频率范围，以及根据上述论述确定新的参考步长，即当其次搜索对应的参考步长，在此不再赘述；根据该新的参考步长在该新的参考频率范围内确定多个频率值，并控制参考信号源输出该多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列，接着，判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；通过反复搜索，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止，即可得到该谐振频率。例如：第一次搜索的参考频率范围为[20，200]，搜索步长为20，则搜索频率为[20,40,60,80,100,120,140,160,180,200]，预设阈值为3，则根据上述过程，得到的第一频率值frm+2为140和第二频率值frm为100；在进行第二次搜索时，该新的参考频率范围为[100,140]，新的搜索步长为5，则搜索频率为[100,105,110,115,120,125,130,135,140]，则第二次搜索得到的第一频率值frm+2为120和第二频率值frm为110；在进行第三次搜索时，该新的参考频率范围为[110,120]，新的搜索步长为1，则搜索频率为[110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120]，则第三次搜索得到的第一频率值frm+2为115和第二频率值frm为113，由于该第一频率值frm+2和第二频率值frm的差值小于预设阈值，则可以将该第一频率值frm+2、第二频率值frm或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率，也就是说，该谐振频率可以为113、114或者115。
需要说明的是，上述举例中的预设阈值仅是为了便于描述本实施例中确定谐振频率的过程，本实施例中的预设阈值可以设置为十分之一或者百分之一，甚至是千分之一，也就是说，本实施例中得到的谐振频率的误差能够控制在很小的范围之内，使得得到的谐振频率越接近于实际电气回路的谐振频率，减小计算误差，提高电压测量的准确性。
本实施例中，处理器根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列，接着，判断该电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和该最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值，在该差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率；在该差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；该迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；也就是说，本实施例中通过不断的迭代搜索，确定出电气回路的谐振频率，通过该方法，可以提高处理器的计算速率，减小处理器的运算量，进而，能够提高电压测量的速率和准确性。
在一个实施例中，如图6所示，本实施例中的测量单元还包括：信号处理模块206；该信号处理模块206串联连接在电气回路中，信号处理模块206还与处理器连接；该信号处理模块206，用于检测电气回路中的电流信号，并对电流信号进行信号分离处理，确定第一电流分量幅值和第二电流分量幅值，发送至处理器；根据上述论述可知，电气回路中的电流为交流输电线的电压作用下的第一电流分量和参考信号源的参考电压信号作用下的第二电流分量叠加而成，因此，通过该信号处理模块206可以对该电气回路中的电流进行信号分离处理，得到第一电流分量和第二电流分量，进而，该信号处理模块206还可以通过对该第一电流分量的分析，得到第一电流分量幅值，以及对该第二电流分量的分析，得到第二电流分量幅值；接着，将该第一电流分量幅值和第二电流分量幅值发送至处理器，以便处理器能够直接根据该第一电流分量幅值和第二电流分量幅值执行相关的处理操作，极大地减轻了处理器的数据处理压力，进而提高处理器的处理速率。
在本申请的一个可选的实施例中，该信号处理模块206可以为电流表，即在该电气回路中串联一个电流表，用于对该电气回路中的电流进行信号分离处理，得到两个不同频率下的电流幅值，发送至处理器；通过使用电流表可以降低本实施例中的电压测量装置的硬件成本，以及该电压测量装置的整体开发成本。
在一个实施例中，如图7所示，上述探头模组10可以包括第一探头101和第二探头102；第一探头101与交流输电线100的相线1001连接，第二探头102与交流输电线100的零线或者地线1002连接；第一探头101的金属电极与相线1001发生电气耦合形成第一耦合电容；第二探头102的金属电极与零线或者地线1002发生电气耦合形成第二耦合电容；该第一耦合电容和该第二耦合电容可以等效为图2中的耦合电容，即该图2中的耦合电容C可以表示为：
Figure BDA0003112986090000161
其中，C1为第一探头的金属电极与相线发生电气耦合形成的第一耦合电容，C2为第二探头的金属电极与零线或者地线发生电气耦合形成的第二耦合电容。
本实施例中，通过设置两个探头，一个探头连接交流输电线的火线，另一个探头连接交流输电线的零线或者地线，通过本实施例中的连接方式，可以减小交流输电线的地与测量单元的地之间的寄生电容的影响，提高电压测量的准确性。
在一个实施例中，该电压测量装置还包括：屏蔽外壳，该屏蔽外壳包裹在探头模组和测量单元的***，即，在该探头的外侧(远离交流输电线的一侧)可以设置屏蔽外壳，以及在测量单元的***设置屏蔽外壳，使得整个测量装置能够免于外界环境的干扰，还能避免探头内的金属电极与外界环境发生耦合现象，减小测量误差，提高电压测量的准确性。
在一个实施例中，如图8所示，该测量单元还包括：人机模块207；人机模块207与处理器连接，用于输出探头位置信息，探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；人机模块207还用于，接收用户输入的确认信息，确认信息为探头位置信息的确认信息；处理器，还用于接收人机模块207发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
可选地，该人机模块207可以是麦克风，也可以是显示屏，还可以是麦克风与显示屏的结合；用户在将探头套设在交流输电线之后，处理器可以将检测到的当前套设的交流输电线的子线路类型通过人机模块207输出，使得用户可以实时了解到当前检测的是哪一子线路的电压信息，以及方便用户检查是否正确连接两个探头；另外，通过该人机模块207还可以接收用户输入的确认信息，处理器在得到该确认信息后，响应于该确认信息，即控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压；可选地，在该电气回路中还可以设置测量开关，处理器在接收到用户的确认信息后，可以控制该测量开关导通，形成电气回路，接着，处理器可以控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
本实施例中，通过在测量单元设置人机模块，来输出探头的位置，以便告知用户当前套设的子线路，并且还能接收用户对于探头位置的确认信息，响应该确认信息，进而控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，来确定交流输电线的电压，能够在确保用户正确套设探头后进行交流输电线的电压测量，能够提高电压测量的效率，提高用户体验，以及提高用户的操作便捷性。
在一个实施例中，该人机模块207，还用于获取用户输入的参考频率范围，可选地，用户可以通过该人机模块207输入该参考频率范围，使得该电压测量装置能够根据用户需求进行相应的电压测量工作，提高了该电压测量装置的使用灵活性，同时，能够增加该电压测量装置的适用范围。另外，该人机模块207，还用于输出交流输电线的电压，即将检测到的交流输电线的电压实时告知于用户，以便用户可以直观看到该交流输电线的当前电压，为用户提供了便利；可选地，该人机模块207还可以选择显示电气回路中的电流信号，或者在参考信号源作用下的第二电流分量，以及在交流输电线作用下的第一电流分量等，本实施例对人机模块207可以显示的内容并不做限定。
本实施例中，通过在处理器的***增加人机模块，能够将处理器得到的电压测量相关数据进行显示，尤其是处理器得到的交流输电线的电压进行显示，以便为用户提供便利，提高了用户体验和便捷性。
在一个实施例中，该测量单元还可以包括通信模块，该通信模块与处理器连接，用于实现本实施例中的测量单元与其他终端，或者服务器之间的远程通信，也就是，通过该通信模块可以将处理器得到的上述电压测量相关数据发送至其他终端或者服务器，以使其他终端或者服务器可以进一步处理或显示该电压测量相关数据，实现数据共享。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种电压测量方法，应用于电压测量装置，该电压测量装置包括探头模组和测量单元，该探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，该探头模组与交流输电线相对的表面上设置有金属电极，该测量单元包括：电感元件、电阻元件和参考信号源，参考图1所示，以该方法应用于图1中的处理器为例进行说明，包括以下步骤：
步骤901，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率。
其中，该电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容。
步骤902，根据该电气回路的第一电流分量幅值以及谐振频率确定交流输电线的电压。
其中，该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
本实施例中的处理器执行电压测量方法的步骤可以参照上述电压测量装置的各个实施例中对处理器执行的一系列步骤的详细论述，在此不再赘述。
本实施例中，处理器通过控制参考信号源向该电气回路输入不同频率的参考电压信号，并根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；接着，根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；也就是说，本申请实施例中，在将探头模组套设在交流输电线之后，通过探头模组的金属电极与交流输电线产生电气耦合之后形成电气回路，进而，通过处理器控制参考信号源输出不同频率的参考电压信号，确定电气回路的谐振频率，以便处理器根据该谐振频率和该电气回路的电流中与该交流输电线频率对应的第一电流分量幅值，来确定交流输电线的电压，通过该方式可以准确计算出交流输电线的电压，能够提高对交流输电线的电压测量的准确性。
在其中一个实施例中，上述步骤902可以包括：根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000181
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
在其中一个实施例中，上述步骤901可以包括：控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路的电流中与参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
在其中一个实施例中，上述步骤902可以包括：根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；在差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率。
在其中一个实施例中，上述步骤902还可以包括：在差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；其中，迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
在其中一个实施例中，该方法还包括：处理器向人机模块发送探头位置信息，以使人机模块输出探头位置信息，该探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；接收人机模块发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
在其中一个实施例中，该方法还包括：处理器接收人机模块发送的用户输入的参考频率范围，并根据该参考频率范围，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压；向人机模块发送交流输电线的电压，以使人机模块输出交流输电线的电压。
应该理解的是，虽然图9的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图9中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种电压测量装置，包括：控制模块1001、第一确定模块1002和第二确定模块1003，其中：
控制模块1001，用于控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号；
第一确定模块1002，用于根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容；
第二确定模块1003，用于根据电气回路的第一电流分量幅值以及谐振频率确定交流输电线的电压；第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
在其中一个实施例中，上述第二确定模块1003，具体用于根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000201
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
在其中一个实施例中，上述控制模块1001，具体用于控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路的电流中与参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；上述第一确定模块1002，用于根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
在其中一个实施例中，上述控制模块1001包括频率确定单元和信号控制单元，其中，频率确定单元，用于根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值；信号控制单元，用于控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；上述第一确定模块1002，具体用于判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；并在差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率。
在其中一个实施例中，上述第一确定模块1002，还用于在差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；其中，迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
在其中一个实施例中，该装置还包括发送模块和接收模块；其中，该发送模块，用于向人机模块发送探头位置信息，以使人机模块输出探头位置信息，该探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；该接收模块，用于接收人机模块发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
在其中一个实施例中，该接收模块，还用于接收人机模块发送的用户输入的参考频率范围；上述控制模块，用于根据该参考频率范围，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压；上述发送模块，还用于向人机模块发送交流输电线的电压，以使人机模块输出交流输电线的电压。
关于电压测量装置的具体限定可以参见上文中对于电压测量方法的限定，在此不再赘述。上述电压测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种电压测量装置，其内部结构图可以如图11所示。该电压测量装置包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电压测量装置的处理器用于提供计算和控制能力。该电压测量装置的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该电压测量装置的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现上述电压测量过程。该电压测量装置的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电压测量装置的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电压测量装置外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种电压测量装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容；
根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000221
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路的电流中与参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；并根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；该电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；判断该电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和该最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；在该差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：在该差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；其中，该迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：向人机模块发送探头位置信息，以使人机模块输出探头位置信息，该探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；以及接收人机模块发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：接收人机模块发送的用户输入的参考频率范围，并根据该参考频率范围，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压；以及向人机模块发送交流输电线的电压，以使人机模块输出交流输电线的电压。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据不同频率的参考电压信号下电气回路的电流确定电气回路的谐振频率；电气回路包括耦合电容、电感元件、电阻元件以及参考信号源，耦合电容为金属电极与交流输电线发生电气耦合形成的电容；
根据电气回路的第一电流分量幅值以及该谐振频率确定交流输电线的电压；该第一电流分量幅值为电气回路的电流中与交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据第一电流分量幅值、谐振频率以及电压计算公式，确定交流输电线的电压；电压计算公式为包含
Figure BDA0003112986090000231
的关系式，其中，frset为谐振频率，Is为第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为电感元件的电感值，R为电阻元件的电阻值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：控制参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；第二电流分量幅值为电气回路的电流中与参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；并根据各个第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定电气回路的谐振频率。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；该电流幅值序列中包括各个参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；判断该电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和该最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；在该差值小于预设阈值的情况下，确定第一频率值、第二频率值或者最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为谐振频率。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：在该差值大于等于预设阈值的情况下，将第二频率值和第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至第一频率值和第二频率值的差值小于预设阈值为止；其中，该迭代处理包括：根据新的参考步长在新的参考频率范围确定多个频率值，控制参考信号源输出多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：向人机模块发送探头位置信息，以使人机模块输出探头位置信息，该探头位置信息用于指示探头模组当前套设的子线路；子线路为交流输电线的火线、零线以及母线中的任意两个；以及接收人机模块发送的确认信息，响应于确认信息，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：接收人机模块发送的用户输入的参考频率范围，并根据该参考频率范围，控制参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定交流输电线的电压；以及向人机模块发送交流输电线的电压，以使人机模块输出交流输电线的电压。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种电压测量装置，包括探头模组和测量单元，其特征在于，所述探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，所述探头模组与所述交流输电线相对的表面上设置有金属电极，所述测量单元包括：电感元件、电阻元件、参考信号源和处理器；
所述处理器，用于控制所述参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据所述不同频率的参考电压信号下所述电气回路的电流确定所述电气回路的谐振频率；所述电气回路包括耦合电容、所述电感元件、所述电阻元件以及所述参考信号源，所述耦合电容为所述金属电极与所述交流输电线发生电气耦合形成的电容；
所述处理器，还用于根据所述电气回路的第一电流分量幅值以及所述谐振频率确定所述交流输电线的电压；所述第一电流分量幅值为所述电气回路的电流中与所述交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述处理器，具体用于根据所述第一电流分量幅值、所述谐振频率以及电压计算公式，确定所述交流输电线的电压；所述电压计算公式为包含
Figure FDA0003112986080000011
的关系式，其中，frset为所述谐振频率，Is为所述第一电流分量幅值，fs为工频电压，L为所述电感元件的电感值，R为所述电阻元件的电阻值。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述处理器，具体用于控制所述参考信号源输出多个不同频率的参考电压信号，确定各个所述频率的参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；所述第二电流分量幅值为所述电气回路的电流中与所述参考电压信号的频率对应的电流分量的幅值；
所述处理器，用于根据各个所述第二电流分量幅值和预设搜索算法，确定所述电气回路的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述处理器，具体用于根据参考步长在参考频率范围内确定多个频率值，控制所述参考信号源输出所述多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；所述电流幅值序列中包括各个所述参考电压信号分别对应的第二电流分量幅值；
所述处理器，用于判断所述电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和所述最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于预设阈值；
所述处理器，用于若所述差值小于所述预设阈值，则确定所述第一频率值、所述第二频率值或者所述最大电流幅值对应的频率值中的任意一个为所述谐振频率。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
若所述差值大于等于所述预设阈值，则将所述第二频率值和所述第一频率值作为新的参考频率范围，并执行迭代处理，直至所述第一频率值和所述第二频率值的差值小于所述预设阈值为止；
其中，所述迭代处理包括：根据新的参考步长在所述新的参考频率范围确定多个频率值，控制所述参考信号源输出所述多个频率值对应的参考电压信号，得到电流幅值序列；判断所述电流幅值序列中的最大电流幅值的后一个电流幅值对应的第一频率值和所述最大电流幅值的前一个电流幅值对应的第二频率值的差值，是否小于所述预设阈值。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：信号处理模块；所述信号处理模块串联连接在所述电气回路中，所述信号处理模块还与所述处理器连接；
所述信号处理模块，用于检测所述电气回路中的电流信号，并对所述电流信号进行信号分离处理，确定所述第一电流分量幅值和所述第二电流分量幅值，发送至所述处理器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探头模组包括第一探头和第二探头；所述第一探头与所述交流输电线的火线连接，所述第二探头与所述交流输电线的零线或者地线连接；
所述第一探头的金属电极与所述火线 发生电气耦合形成第一耦合电容；所述第二探头的金属电极与所述零线或者地线发生电气耦合形成第二耦合电容。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压测量装置还包括：屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包裹在所述探头模组和所述测量单元的***。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测量单元还包括：人机模块；所述人机模块与所述处理器连接，用于输出探头位置信息，所述探头位置信息用于指示所述探头模组当前套设的子线路；所述子线路为所述交流输电线的火线、零线以及地线中的任意两个；
所述人机模块还用于，接收用户输入的确认信息，所述确认信息为所述探头位置信息的确认信息；
所述处理器，还用于接收所述人机模块发送的所述确认信息，响应于所述确认信息，控制所述参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，以确定所述交流输电线的电压。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述人机模块，还用于获取用户输入的参考频率范围；
所述人机模块，还用于输出所述交流输电线的电压。
11.一种电压测量方法，应用于电压测量装置，所述电压测量装置包括探头模组和测量单元，所述探头模组活动性套设于交流输电线的外绝缘表层，所述探头模组与所述交流输电线相对的表面上设置有金属电极，所述测量单元包括：电感元件、电阻元件和参考信号源，其特征在于，所述方法包括：
控制所述参考信号源向电气回路输入不同频率的参考电压信号，根据所述不同频率的参考电压信号下所述电气回路的电流确定所述电气回路的谐振频率；所述电气回路包括耦合电容、所述电感元件、所述电阻元件以及所述参考信号源，所述耦合电容为所述金属电极与所述交流输电线发生电气耦合形成的电容；
根据所述电气回路的第一电流分量幅值以及所述谐振频率确定所述交流输电线的电压；所述第一电流分量幅值为所述电气回路的电流中与所述交流输电线的频率对应的电流分量的幅值。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求11所述的方法的步骤。
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Record date: 20230822

Application publication date: 20210907

Assignee: Xi'an Hongsi Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980040091

Denomination of invention: Voltage measurement device, voltage measurement method, and storage medium

Granted publication date: 20220308

License type: Common License

Record date: 20230822

Application publication date: 20210907

Assignee: JIANGSU CAIO MILLION HONG ELECTRONICS Co.,Ltd.

Assignor: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980040090

Denomination of invention: Voltage measurement device, voltage measurement method, and storage medium

Granted publication date: 20220308

License type: Common License

Record date: 20230822

Application publication date: 20210907

Assignee: Hangzhou Laizhi Technology Co.,Ltd.

Assignor: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980040088

Denomination of invention: Voltage measurement device, voltage measurement method, and storage medium

Granted publication date: 20220308

License type: Common License

Record date: 20230822

Application publication date: 20210907

Assignee: Xi'an Ruici Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980040087

Denomination of invention: Voltage measurement device, voltage measurement method, and storage medium

Granted publication date: 20220308

License type: Common License

Record date: 20230822

Application publication date: 20210907

Assignee: Hangzhou Jinzhitou Industrial Co.,Ltd.

Assignor: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980040086

Denomination of invention: Voltage measurement device, voltage measurement method, and storage medium

Granted publication date: 20220308

License type: Common License

Record date: 20230822

Application publication date: 20210907

Assignee: Hangzhou Zhengxin Electronic Technology Co.,Ltd.

Assignor: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980040093

Denomination of invention: Voltage measurement device, voltage measurement method, and storage medium

Granted publication date: 20220308

License type: Common License

Record date: 20230822