本发明涉及电流测量，尤其涉及一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法。
背景技术：
1、电流是电气设备状态智能感知的基本物理量之一，为电力调度、故障诊断等多种情况提供基础数据。随着大量分布式能源及电力电子器件的接入，新型电力系统的宽频波动加剧，传统的电流监测设备在频带、量程、实时性以及精度等方面面临着更高的挑战。
2、随着磁场传感技术发展，新型的隧穿磁阻(tmr)传感器件集聚灵敏度高、线性度高、功耗低、温漂低等优势，可以替代霍尔磁场传感器，适用于新型电力系统场景下的宽频电流测量。现有电流测量中，通常利用集磁环实现磁场约束，然后利用气隙处的磁场传感器进行磁场测量并反演电流。虽然基于集磁环的电流测量装置能够获得较为准确的电流值，但其体积较大，安装及绝缘设计较为困难。此外，在测量直流或大冲击电流时，还存在铁芯易饱和、直流偏磁等问题。
3、因此，无芯式电流传感器方案受到广泛关注，该方案放弃铁芯，在待测导体的闭合环路上布置多个磁传感器。现有方案通常基于圆形磁传感器阵列实现无芯式电流测量。然而，在实际应用中，具有较大长宽比的矩形截面母排因其优良的传热性能、较低的高频阻抗以及较低的制造成本，而被广泛采纳。当圆形阵列应用于矩形母排电流测量时，其空间需求较大，且不同传感器位置处的磁场分布极不均匀，从而导致测量精度下降。为解决此问题，有方案采用矩形排布的传感器阵列进行电流测量。然而，由于矩形阵列无法形成闭合且光滑的电流积分回路，其对外部干扰的抗干扰能力相对较弱，目前仍缺乏针对矩形母排的电流高精度反演方法。
技术实现思路
1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明提供了一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，能够解决由于矩形阵列无法形成闭合且光滑的电流积分回路，其对外部干扰的抗干扰能力相对较弱，目前仍缺乏针对矩形母排的电流高精度反演方法的问题。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，包括：
4、环形pcb板上设有n个磁场传感器，n个所述磁场传感器环绕在待测电流的母线周围，且所述待测电流的母线为矩形母线；
5、传感器的位置在分布在给定的椭圆上，其测量方向与其位置处的椭圆切线方向平行，各传感器间的排布方式通过垂直投影法确定；
6、椭圆形传感器阵列测量电流时，将待测量电流值的导体置于环形pcb板的中心处，即环形传感器阵列的中心处进行检测，导线偏心、传感器噪声、导线干扰情况造成的测量误差。
7、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述待测电流包括，椭圆阵列测量矩形母线电流的原理，设a为椭圆的半长轴长度，b为椭圆的半短轴长度，椭圆中心与直角坐标系原点重合，椭圆长轴与直角坐标系的x轴重合，则有椭圆的参数方程写为：
8、x＝a(cos(t)),y＝b(sin(t))
9、其中，t的取值范围为0至2π。
10、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述待测电流还包括，使用n个磁场传感器沿椭圆排布在被测矩形母线周围，通过垂直投影法确定磁场传感器的具体位置；给传感器分别编号为s1～sn，设定s1的参数t值为α1；当a＝b时，α1代表s1所在位置与原点的连线与x轴的夹角，因此，定义α1为阵列角度。
11、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述测量方向包括，规定传感器s1～sn的参数t值以等间隔均匀分布，间隔为2π/n，因此，传感器si的坐标可以表示为(a(cos(αi)),b(sin(αi)))，其中αi通过下式表示：
12、
13、令每个传感器的灵敏轴方向为该点椭圆的切线方向，设定传感器si的积分路径起始点为：
14、(a(cos(αi-π/n)),b(sin(αi-π/n)))
15、终点为：
16、(a(cos(αi+π/n)),b(sin(αi+π/n)))
17、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述垂直投影法包括，通过数值积分的方式求解传感器si的积分路径长度li，如下式所示：
18、
19、最终，通过下式得到阵列的电流反演值ical：
20、
21、在上式中，bi为传感器si位置处的空间磁场矢量，esi椭为沿传感器si灵敏轴方向的单位矢量。
22、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述测量电流包括，阵列对矩形母线的被测电流i的电流测量误差ε通过下式进行计算：
23、ε＝(ical-i)/i×100％
24、椭圆阵列的形状可用ar来描述，其定义为ar＝b/a。
25、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述测量电流还包括，对于椭圆形磁场传感器阵列，磁场传感器由磁场传感芯片组成，磁场传感芯片用于检测被测导体的磁场强度并转换为模拟差分电压。磁场传感芯片的输出端电连接有信号调理电路，且信号调理电路用于对模拟差分电压进行放大。磁场传感器还包括供电电路，供电电路的输出端分别与磁场传感芯片及信号调理电路电连接，供电电路用于对磁场传感芯片及信号调理电路提供供电电压。
26、作为本发明所述的用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的一种优选方案，其中：所述测量电流还包括，信号调理电路设有第一电位器和第二电位器，分别实现对电路的电压放大倍数及输出偏置电压的调节。
27、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的步骤。
28、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用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法的步骤。
29、本发明的有益效果：(1)本发明设计的传感器阵列适用于矩形母线的电流测量，由于其无芯式设计，相比于传统电流测量装置，具有测量精度高、抗干扰能力强、功耗低、体积小与非接触性等优点。相比于圆形阵列方案，该方案在空间利用率方面具有明显优势，同时各传感器所测得的磁场更为均匀，电流测量精度更高。相比于矩形阵列方案，其积分回路连续，抗干扰能力更强。
30、(2)本发明设计的传感器阵列，其磁场传感器采用垂直投影法进行排布，相比于其他磁场传感器排布方法，经过研究计算，在被测母线偏离位置，外部导线磁场干扰等情况下的抗干扰能力更强。
31、(3)本发明的设计的传感器阵列中，通过对磁场传感器、信号调理电路、后端控制电路进行设计，能够大大削弱电路噪声等因素造成的测量误差。
1.一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述待测电流包括，椭圆阵列测量矩形母线电流的原理，设a为椭圆的半长轴长度，b为椭圆的半短轴长度，椭圆中心与直角坐标系原点重合，椭圆长轴与直角坐标系的x轴重合，则椭圆的参数方程为：
3.如权利要求2所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述待测电流还包括，使用n个磁场传感器沿椭圆排布在被测矩形母线周围，通过垂直投影法确定磁场传感器的具体位置，传感器分别编号为s1～sn，设定s1的参数t值为α1；
4.如权利要求3所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述测量方向包括，规定传感器s1～sn的参数t值以等间隔均匀分布，间隔为2π/n，传感器si的坐标表示为(a(cos(αi)),b(sin(αi)))，其中αi通过下式表示：
5.如权利要求4所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述垂直投影法包括，通过数值积分的方式求解传感器si的积分路径长度li，如下式所示：
6.如权利要求5所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述测量电流包括，阵列对矩形母线的被测电流i的电流测量误差ε通过下式进行计算：
7.如权利要求6所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述测量电流还包括，对于椭圆形磁场传感器阵列，磁场传感器由磁场传感芯片组成，磁场传感芯片用于检测被测导体的磁场强度并转换为模拟差分电压，磁场传感芯片的输出端电连接有信号调理电路，且信号调理电路用于对模拟差分电压进行放大；磁场传感器还包括供电电路，供电电路的输出端分别与磁场传感芯片及信号调理电路电连接，供电电路用于对磁场传感芯片及信号调理电路提供供电电压。
8.如权利要求7所述的一种用于矩形母线电流测量的传感器阵列构建方法，其特征在于：所述测量电流还包括，信号调理电路设有第一电位器和第二电位器，分别实现对电路的电压放大倍数及输出偏置电压的调节。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
10.一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1至8中任一项所述的方法的步骤。
