[发明专利]一种直流配电网电压测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种直流配电网电压测量装置及方法，所述装置由高阻值电阻、机电转角装置、永磁体和TMR角度测量电桥组成测量电路，高阻值电阻承担待测直流母线电压，并将待测电压转换成机电转角装置中通流线圈的微电流信号；机电转角装置通过永磁体产生的极间磁场，进而对通流线圈产生磁场力的左右，引起通流线圈在磁场内偏转，产生角度位移；磁屏蔽处理的外部永磁体固定定在机电转角装置的转轴上，所述转轴发生角度位移，改变各个TMR元件的磁阻，以电桥输出的差分电压信号反映永磁体的角度位移信号，进而反映机电转角装置中的微电流信号，完成待测电压的测量，解决传统基于分压原理的电压传感器在精度、稳定性等方面的欠缺。

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种直流配电网电压测量装置，同时涉及一种直流配电网电压测量方法。

背景技术

我国已陆续开展直流配电网科研项目与典型示范工程：例如浙江海宁尖山交直流混合配电网工程(±10kV)、杭州江东新城柔性直流配电网工程(±10kV)、上虞交直流混合微网工程示范(560V)等。但目前针对适用于直流配电网的电能计量方法及电能计量与检测器具尚未开展深入研究，计量直流配电网电能的重中之重便是精确测量直流母线的电压和电流。

目前针对电力系统中直流电量，常用的电压传感器以电阻式或阻容式的直流分压器为主；常用的电流传感器有零磁通式电流互感器、有源光电式电流互感器、全光纤电流传感器、Hall电流传感器。近几十年，随着磁电阻效应的深入研究，各向异性磁电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)、隧道磁电阻(TMR)技术渐渐成熟应用于电流测量中，而TMR元件凭借高灵敏度、广线性范围、低功耗、低温漂等优异特性，在电流测量领域脱颖而出。除此以外，磁电阻效应还可用于军用和民用领域的角度、位移测量，TDK株式会社已于2017年推出性能优异的基于TMR元件的角度测量传感器。然而，为了适用于直流配电网的电压测量，传统基于分压原理的电压传感器在精度、稳定性等方面有所欠缺，性能优异的TMR元件尚未涉足电压测量领域。

发明内容

本申请提供一种直流配电网电压测量装置及方法，解决传统基于分压原理的电压传感器在精度、稳定性等方面的欠缺。

本申请提供一种直流配电网电压测量装置，由高阻值电阻、机电转角装置、永磁体和TMR角度测量电桥组成测量电路，包括：

高阻值电阻，用于将待测直流母线电压信号转化成机电转角装置中的通流线圈的微电流信号；

机电转角装置，通过永磁体产生的极间磁场，进而对通流线圈产生磁场力的作用，引起通流线圈在该磁场内偏转，产生角度位移；

永磁体，与机电转角装置中的通流线圈连接，并与之一起发生角度位移，用于为TMR角度测量电桥包含的多个TMR元件产生方向变化的角度位移磁场信号；

TMR角度测量电桥，用于将永磁体的角度位移磁场信号，转化成电桥中多个TMR元件变化的磁电阻信号，进而转化成差分输出电压信号，完成待测电压测量。

优选的，所述高阻值电阻，由多个阻值相同的精确电阻串联而成，高阻值电阻一端连接直流母线电压测量点，另一端通过通流导体连接参考地点，在直流母线电压测量点与参考地点之间形成近似断路的微电流情况，待测直流母线电压基本由高阻值电阻承担。

优选的，所述机电转角装置，包含内部永磁体，通流线圈、游丝弹簧和转轴。

优选的，还包括：

高阻值电阻产生的微电流沿着游丝弹簧和转轴，流经通流线圈，线圈受磁场力的作用，带动转轴发生偏转。

优选的，还包括：

所述永磁体与机电转角装置内的永磁体经过磁屏蔽处理后，连接在机电转角装置的转轴上。

优选的，还包括：

TMR角度测量电桥中每个TMR元件的自由层磁化方向与永磁体的磁场方向相同；