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申请/专利权人：清华大学;国家电网有限公司;国网北京市电力公司

摘要：一种单根线电流的三维参数重建方法，包括模型建立步骤、数据处理步骤、参数繁衍步骤，所述模型建立步骤、数据处理步骤、参数反演步骤依次进行。其有益效果是：简化了反演计算过程，并提高了参数的计算精度，有效避免了非线性优化求解中陷入局部最优解。在一定程度上可以替代目前传统的线电流测量方式，在所有线电流参数均为未知的情况下，快速得到准确的参数重建结果。

主权项：1.一种单根线电流的三维参数重建方法，包括模型建立步骤、数据处理步骤、参数繁衍步骤，所述模型建立步骤、数据处理步骤、参数反演步骤依次进行，其特征在于，所述模型建立步骤中，建立三轴笛卡尔坐标系，设定包括位置参数、角度参数、幅值参数的单根长直线电流模型，所述数据处理步骤中，采用多组数据处理方式依次求解电流的方向参数、位置参数、幅值参数，所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，将多个时刻的幅值参数进行插值连续化处理，所述模型建立步骤中，所述位置参数以其与z＝0平面的交点坐标xs,ys,0表示，角度参数以电流的单位方向向量dl＝m,n,p表示，幅值参数以电流幅值I表示，根据安培环路定律，建立磁场强度与线电流的正向关系，推导该线电流在第i个测量点xi0,yi0,0处产生的三维磁场强度如下非线性方程为： 式中r代表测量点到长直线电流的距离，根据笛卡尔坐标系中的几何关系，可表示为： 其中，所述数据处理步骤中，求解方向参数，根据安培环路定律，磁场强度矢量H与电流方向向量dl在空间中相互垂直，设测量点的数目为N，在各测量点处磁场强度矢量已知的情况下，进行下式中的回归分析，得到电流的单位方向向量为： 其中“·”代表向量间的点乘计算，Hix,Hiy,Hiz表示第i个，i＝1,2,...,N，测量点处的磁场矢量值，单位方向向量m,n,p满足|m2+n2+p2|＝1然后求解位置参数，由z＝0平面上的三维磁场强度表达式可知，每个测量点处x和y方向上磁场强度之比的相反数即为测量点与电流源点连线在z＝0平面上的正切值为： 根据N个测量点处的测量结果，采用如下线性回归求得长直线电流与z＝0平面的交点xs,ys,0： 在得到电流的方向参数及位置参数后，根据各磁场强度值求得磁场强度表达式中的线性系数，从而得到电流幅值I，所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，并对多个时刻的磁场数据分别进行方向参数、位置参数和幅值参数的求解，则时变电流的方向参数和位置参数通过对多个时刻结果取平均得到，将多个时刻的幅值参数进行插值连续化处理，即可得到该时变电流的幅值波形。

全文数据：单根线电流的三维参数重建方法技术领域本发明涉及电力系统运行监测及量测计算领域，特别是一种单根线电流的三维参数重建方法。背景技术电力系统中对不同电压等级下及不同的电气设备中的电流有不同的量测要求，通常情况下，稳态电流的量测范围为5mA-6kA，小电流诸如泄漏电流的量测范围为100μA-10mA，大电流诸如暂态电流的量测范围为10kA-100kA，不同电流的幅值跨越8-9个数量级，频率由直流到50MHz左右。该全局量测范围对测量装置提出了较高的要求，包括测量准确度高、量程范围大、小温漂、易于安装、成本低等。目前的电流传感技术根据原理的不同，主要分为采样电阻法、电流互感器、磁场传感器、光电流互感器等方法，这之中，基于磁场信号量测的巨磁阻传感器，具有高灵敏度、宽频带、小温漂、高可集成度、小体积、廉价等特点，具备广阔的发展前景，是智能电网中磁场及电流监测的优选方案。在该种测量方式中，通过所测磁场量进行电流的反演，实现复杂电磁环境下电流源的参数辨识。线电流作为电力系统中最常见的一类电流源，一般基于二维磁场进行电流的反演，存在对测量平台要求高、反演误差较大的缺点，针对三维磁场进行的电流反演，受到计算模型复杂度的影响，在针对所有类型参数的非线性优化求解中，不仅计算复杂度大，而且结果容易偏离真实值而陷入局部最优。因此在该研究基础上，将三维线电流参数反演问题进行合理的线性化处理，充分利用巨磁阻传感器的磁场测量结果，已经成为电力系统线电流测量中亟需解决的问题。发明内容本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种单根线电流的三维参数重建方法。具体设计方案为：一种单根线电流的三维参数重建方法，包括模型建立步骤、数据处理步骤、参数繁衍步骤，所述模型建立步骤、数据处理步骤、参数反演步骤依次进行，所述模型建立步骤中，建立三轴笛卡尔坐标系，设定包括位置参数、角度参数、幅值参数的单根长直线电流模型，所述数据处理步骤中，采用多组数据处理方式依次求解电流的方向参数、位置参数、幅值参数，所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，将多个时刻的幅值参数进行插值等连续化处理。所述模型建立步骤中，所述位置参数以其与z＝0平面的交点坐标xs,ys,0表示，角度参数以电流的单位方向向量dl＝m,n,p表示，幅值参数以电流幅值I表示，根据安培环路定律，建立磁场强度与线电流的正向关系，推导该线电流在第i个测量点xi0,yi0,0处产生的三维磁场强度如下非线性方程为：式中r代表测量点到长直线电流的距离，根据笛卡尔坐标系中的几何关系，可表示为：其中。所述数据处理步骤中，求解方向参数，根据安培环路定律，磁场强度矢量H与电流方向向量dl在空间中相互垂直，设测量点的数目为N，在各测量点处磁场强度矢量已知的情况下，进行下式中的回归分析，得到电流的单位方向向量为：其中“·”代表向量间的点乘计算，Hix,Hiy,Hiz表示第i个i＝1,2,...,N测量点处的磁场矢量值，单位方向向量m,n,p满足|m2+n2+p2|＝1然后求解位置参数，由z＝0平面上的三维磁场强度表达式可知，每个测量点处x和y方向上磁场强度之比的相反数即为测量点与电流源点连线在z＝0平面上的正切值为：根据N个测量点处的测量结果，采用如下线性回归求得长直线电流与z＝0平面的交点xs,ys,0：在得到电流的方向参数及位置参数后，根据各磁场强度值可以求得磁场强度表达式中的线性系数，从而得到电流幅值I。所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，并对多个时刻的磁场数据分别进行方向参数、位置参数和幅值参数的求解，则该时变电流的方向参数和位置参数可以通过对多个时刻结果取平均得到，将多个时刻的幅值参数进行插值等连续化处理，即可得到该时变电流的幅值波形。通过本发明的上述技术方案得到的单根线电流的三维参数重建方法，其有益效果是：简化了反演计算过程，并提高了参数的计算精度，有效避免了非线性优化求解中陷入局部最优解。在一定程度上可以替代目前传统的线电流测量方式，在所有线电流参数均为未知的情况下，快速得到准确的参数重建结果。附图说明图1是本发明所述图1是单根长直线的电流模型图。具体实施方式下面结合附图对本发明进行具体描述。一种单根线电流的三维参数重建方法，包括模型建立步骤、数据处理步骤、参数繁衍步骤，所述模型建立步骤、数据处理步骤、参数反演步骤依次进行，所述模型建立步骤中，建立三轴笛卡尔坐标系，设定包括位置参数、角度参数、幅值参数的单根长直线电流模型，所述数据处理步骤中，采用多组数据处理方式依次求解电流的方向参数、位置参数、幅值参数，所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，将多个时刻的幅值参数进行插值等连续化处理。所述模型建立步骤中，所述位置参数以其与z＝0平面的交点坐标xs,ys,0表示，角度参数以电流的单位方向向量dl＝m,n,p表示，幅值参数以电流幅值I表示，根据安培环路定律，建立磁场强度与线电流的正向关系，推导该线电流在第i个测量点xi0,yi0,0处产生的三维磁场强度如下非线性方程为：式中r代表测量点到长直线电流的距离，根据笛卡尔坐标系中的几何关系，可表示为：其中。所述数据处理步骤中，求解方向参数，根据安培环路定律，磁场强度矢量H与电流方向向量dl在空间中相互垂直，设测量点的数目为N，在各测量点处磁场强度矢量已知的情况下，进行下式中的回归分析，得到电流的单位方向向量为：其中“·”代表向量间的点乘计算，Hix,Hiy,Hiz表示第i个i＝1,2,...,N测量点处的磁场矢量值，单位方向向量m,n,p满足|m2+n2+p2|＝1然后求解位置参数，由z＝0平面上的三维磁场强度表达式可知，每个测量点处x和y方向上磁场强度之比的相反数即为测量点与电流源点连线在z＝0平面上的正切值为：根据N个测量点处的测量结果，采用如下线性回归求得长直线电流与z＝0平面的交点xs,ys,0：在得到电流的方向参数及位置参数后，根据各磁场强度值可以求得磁场强度表达式中的线性系数，从而得到电流幅值I。所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，并对多个时刻的磁场数据分别进行方向参数、位置参数和幅值参数的求解，则该时变电流的方向参数和位置参数可以通过对多个时刻结果取平均得到，将多个时刻的幅值参数进行插值等连续化处理，即可得到该时变电流的幅值波形。上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种单根线电流的三维参数重建方法，包括模型建立步骤、数据处理步骤、参数繁衍步骤，所述模型建立步骤、数据处理步骤、参数反演步骤依次进行，其特征在于，所述模型建立步骤中，建立三轴笛卡尔坐标系，设定包括位置参数、角度参数、幅值参数的单根长直线电流模型，所述数据处理步骤中，采用多组数据处理方式依次求解电流的方向参数、位置参数、幅值参数，所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，将多个时刻的幅值参数进行插值等连续化处理。2.根据权利要求1中所述的单根线电流的三维参数重建方法，其特征在于，所述模型建立步骤中，所述位置参数以其与z＝0平面的交点坐标xs,ys,0表示，角度参数以电流的单位方向向量dl＝m,n,p表示，幅值参数以电流幅值I表示，根据安培环路定律，建立磁场强度与线电流的正向关系，推导该线电流在第i个测量点xi0,yi0,0处产生的三维磁场强度如下非线性方程为：式中r代表测量点到长直线电流的距离，根据笛卡尔坐标系中的几何关系，可表示为：其中3.根据权利要求2中所述的单根线电流的三维参数重建方法，其特征在于，所述数据处理步骤中，求解方向参数，根据安培环路定律，磁场强度矢量H与电流方向向量dl在空间中相互垂直，设测量点的数目为N，在各测量点处磁场强度矢量已知的情况下，进行下式中的回归分析，得到电流的单位方向向量为：其中“·”代表向量间的点乘计算，Hix,Hiy,Hiz表示第i个i＝1,2,...,N测量点处的磁场矢量值，单位方向向量m,n,p满足|m2+n2+p2|＝1然后求解位置参数，由z＝0平面上的三维磁场强度表达式可知，每个测量点处x和y方向上磁场强度之比的相反数即为测量点与电流源点连线在z＝0平面上的正切值为：根据N个测量点处的测量结果，采用如下线性回归求得长直线电流与z＝0平面的交点xs,ys,0：在得到电流的方向参数及位置参数后，根据各磁场强度值可以求得磁场强度表达式中的线性系数，从而得到电流幅值I。4.根据权利要求3中所述的单根线电流的三维参数重建方法，其特征在于，所述参数反演步骤中，对磁场强度的时变曲线进行离散化，并对多个时刻的磁场数据分别进行方向参数、位置参数和幅值参数的求解，则该时变电流的方向参数和位置参数可以通过对多个时刻结果取平均得到，将多个时刻的幅值参数进行插值等连续化处理，即可得到该时变电流的幅值波形。

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