一种基于隧道磁阻的电流测量方法及系统

1.一种基于隧道磁阻的电流测量方法，其特征在于，包括：在输电母线周围以O为原点构建磁阻分布坐标系XOY，在该磁阻分布坐标系的X、Y轴上对称设置隧道磁阻阵列，将所述磁阻分布坐标系XOY中任一点设置为校准隧道磁阻；根据源端-负载电参量关系反演出隧道磁阻阵列中隧道磁阻，进而对照隧道磁阻场效应特性曲线根据隧道磁阻得到隧道磁阻所在位置的磁感应强度；根据隧道磁阻所在位置的磁感应强度和输电母线电流参数解析式计算得到输电母线的轴心位置；根据输电母线的轴心位置得到输电母线的电流；其中，所述源端-负载电参量关系如式(1)所示：式中，R xi 和R yi 分别表示X轴和Y轴上第i个磁阻的阻值，U 0 为隧道磁阻源端电压，U L 为负载电压，R L 为负载阻值；所述输电母线电流参数解析式的获取方式包括：在磁阻分布坐标系X轴上任意选取两个隧道磁阻，在Y轴上选取与X轴上所选隧道磁阻对称的两个隧道磁阻作为输电母线位置计算阵列，则输电母线与隧道磁阻初始位置间的偏移关系表示为式(2)：式中，B xi 、B xj 分别为Y轴上第i个隧道磁阻TMR xi 以及第j个隧道磁阻TMR xj 的磁感应强度，B yi 、B yj 分别为X轴上第i个隧道磁阻TMR yi 以及第j个隧道磁阻TMR yj 的磁感应强度，x 0 、y 0 分别为输电母线轴心的横坐标和纵坐标，y i 、y j 分别为Y轴上第i个隧道磁阻TMR xi 和第j个隧道磁阻TMR xj 的纵坐标，x i 、x j 分别为X轴上第i个隧道磁阻TMR yi 和第j个隧道磁阻TMR yj 的横坐标；根据公式(2)可以得到输电母线轴心的坐标，则输电母线的电流参数解析式如式(3)所示：式中，μ 0 为真空磁导率，I为输电母线电流，R m 为校准隧道磁阻TMR m 与磁阻分布坐标系的原点距离，x m 、y m 分别为校准隧道磁阻的横坐标和纵坐标，B m 为校准隧道磁阻TMR m 所在位置的磁感应强度。 2.根据权利要求1所述的一种基于隧道磁阻的电流测量方法，其特征在于，所述对称设置隧道磁阻阵列包括：在磁阻分布坐标系任一象限上分别沿X轴和Y轴方向等间距对称设置不少于3个隧道磁阻，在象限平分线上设置一个校准隧道磁阻，使得输电母线的轴心到原点O的距离小于最外侧隧道磁阻到原点O的距离。 3.根据权利要求2所述的一种基于隧道磁阻的电流测量方法，其特征在于，所述根据隧道磁阻所在位置的磁感应强度和输电母线电流参数解析式计算得到输电母线的轴心位置包括：选取Y轴上第一、二个隧道磁阻TMR x1 、TMR x2 以及X轴上第一、二个隧道磁阻TMR y1 、TMR y2 构建输电母线计算阵列A 1 ，选取Y轴上第二、三个隧道磁阻TMR x2 、TMR x3 以及X轴上第二、三个隧道磁阻TMR y2 、TMR y3 构建输电母线计算阵列A 2 ；参照式(2)，输电母线与输电母线计算阵列A 1 中的隧道磁阻的位置偏移关系如式(4)所示：参照式(2)输电母线与输电母线计算阵列A 2 中的隧道磁阻的位置偏移关系如式(5)所示：式中，B x3 、B y3 分别为Y轴上第三个隧道磁阻TMR x3 和X轴上第三个隧道磁阻TMR y3 的磁感应强度，x 0 ′、y 0 ′分别为通过输电母线计算阵列A 1 计算得到的输电母线轴心的横坐标和纵坐标，x′ 0 ′、y′ 0 ′分别为通过输电母线计算阵列A 2 计算得到的输电母线轴心的横坐标和纵坐标。 4.根据权利要求2所述的一种基于隧道磁阻的电流测量方法，其特征在于，所述根据输电母线的轴心位置得到输电母线的电流包括：选取Y轴上第一、二个隧道磁阻TMR x1 、TMR x2 以及X轴上第一、二个隧道磁阻TMR y1 、TMR y2 构建磁感应强度计算阵列B 1 ，选取Y轴上第二、三个隧道磁阻TMR x2 、TMR x3 以及X轴上第二、三个隧道磁阻TMR y2 、TMR y3 构建磁感应强度计算阵列B 2 ；其中B 1 各参数关系表示为：B 2 各参数关系表示为：式中，I′、R′ m 、B x1 '、B y1 '分别为根据磁感应强度计算阵列B 1 计算得到的母线电流、校准隧道磁阻TMR m 到输电母线轴心的距离、隧道磁阻TMR x1 位置的磁感应强度、隧道磁阻TMR y1 位置的磁感应强度；R' x 为TMR x1 与母线轴心位置的距离，R' y 为TMR y1 与母线轴心位置的距离；I″、R′ m ′、B x3 ″、B y3 ″分别为根据磁感应强度计算阵列B 2 计算得到的母线电流、校准隧道磁阻TMR m 到输电母线轴心的距离、隧道磁阻TMR x3 位置的磁感应强度、隧道磁阻TMR y3 位置的磁感应强度；R' x '为TMR x3 与母线轴心位置的距离，R' y '为TMR y3 与母线轴心位置的距离；y 1 为TMR x1 的纵坐标，x 1 为TMR y1 的横坐标，y 3 为TMR x3 的纵坐标，x 3 为TMR y3 的横坐标；若计算得到的B x1 '与测量得到的TMR x1 所在位置磁感应强度B x1 相等并且计算得到的B y1 '与测量得到的TMR y1 所在位置的磁感应强度B y1 相等，则I′有效；若计算得到的B x3 ″与测量得到的TMR x3 所在位置磁感应强度B x3 相等并且计算得到的B y3 ″与测量得到的TMR y3 所在位置的磁感应强度B y3 相等，则I″有效；将有效的I′与I″相加除以2得到最终的输电母线电流。 5.一种基于隧道磁阻的电流测量系统，其特征在于，包括：磁感应强度获取模块，用于在输电母线周围以O为原点构建磁阻分布坐标系XOY，在该磁阻分布坐标系的X、Y轴上对称设置隧道磁阻阵列，将所述磁阻分布坐标系XOY中任一点设置为校准隧道磁阻；并根据源端-负载电参量关系反演出隧道磁阻阵列中隧道磁阻，进而对照隧道磁阻场效应特性曲线根据隧道磁阻得到隧道磁阻所在位置的磁感应强度；输电母线位置计算模块，用于根据隧道磁阻所在位置的磁感应强度和输电母线电流参数解析式计算得到输电母线的轴心位置；电流计算模块，用于根据输电母线的轴心位置得到输电母线的电流；其中，所述源端-负载电参量关系为：式中，R xi 和R yi 分别表示Y轴和X轴上第i个磁阻的阻值，U 0 为隧道磁阻源端电压，U L 为负载电压，R L 为负载阻值；所述输电母线位置计算模块获得输电母线电流参数解析式的过程包括：在磁阻分布坐标系X轴上任意选取两个隧道磁阻，在Y轴上选取与X轴上所选隧道磁阻对称的两个隧道磁阻作为输电母线位置计算阵列，则输电母线与隧道磁阻初始位置间的偏移关系为：式中，B xi 、B xj 分别为Y轴上第i个隧道磁阻TMR xi 以及第j个隧道磁阻TMR xj 的磁感应强度，B yi 、B yj 分别为X轴上第i个隧道磁阻TMR yi 以及第j个隧道磁阻TMR yj 的磁感应强度，x 0 、y 0 分别为输电母线轴心的横坐标和纵坐标，y i 、y j 分别为Y轴上第i个隧道磁阻TMR xi 和第j个隧道磁阻TMR xj 的纵坐标，x i 、x j 分别为X轴上第i个隧道磁阻TMR yi 和第j个隧道磁阻TMR yj 的横坐标；根据公式(2)可以得到输电母线轴心的坐标，则输电母线的电流参数解析式为：式中，μ 0 为真空磁导率，I为输电母线电流，R m 为校准隧道磁阻TMR m 与磁阻分布坐标系的原点距离，x m 、y m 分别为校准隧道磁阻的横坐标和纵坐标，B m 为校准隧道磁阻TMR m 所在位置的磁感应强度。 6.根据权利要求5所述的一种基于隧道磁阻的电流测量系统，其特征在于，所述磁感应强度获取模块执行的操作包括：在磁阻分布坐标系任一象限上分别沿X轴和Y轴方向等间距对称设置不少于3个隧道磁阻，在象限平分线上设置一个校准隧道磁阻，使得输电母线的轴心到原点O的距离小于最外侧隧道磁阻到原点O的距离。 7.根据权利要求6所述的一种基于隧道磁阻的电流测量系统，其特征在于，所述电流计算模块执行的操作包括：选取Y轴上第一、二个隧道磁阻TMR x1 、TMR x2 以及X轴上第一、二个隧道磁阻TMR y1 、TMR y2 构建磁感应强度计算阵列B 1 ，选取Y轴上第二、三个隧道磁阻TMR x2 、TMR x3 以及X轴上第二、三个隧道磁阻TMR y2 、TMR y3 构建磁感应强度计算阵列B 2 ；其中B 1 各参数关系表示为：B 2 各参数关系表示为：式中，I′、R′ m 、B x1 '、B y1 '分别为根据磁感应强度计算阵列B 1 计算得到的母线电流、校准隧道磁阻TMR m 到输电母线轴心的距离、隧道磁阻TMR x1 位置的磁感应强度、隧道磁阻TMR y1 位置的磁感应强度；R' x 为TMR x1 与母线轴心位置的距离，R' y 为TMR y1 与母线轴心位置的距离；I″、R′ m ′、B x3 ″、B y3 ″分别为根据磁感应强度计算阵列B 2 计算得到的母线电流、校准隧道磁阻TMR m 到输电母线轴心的距离、隧道磁阻TMR x3 位置的磁感应强度、隧道磁阻TMR y3 位置的磁感应强度；R' x '为TMR x3 与母线轴心位置的距离，R' y '为TMR y3 与母线轴心位置的距离；y 1 为TMR x1 的纵坐标，x 1 为TMR y1 的横坐标，y 3 为TMR x3 的纵坐标，x 3 为TMR y3 的横坐标；若计算得到的B x1 '与测量得到的TMR x1 所在位置磁感应强度B x1 相等并且计算得到的B y1 '与测量得到的TMR y1 所在位置的磁感应强度B y1 相等，则I′有效；若计算得到的B x3 ″与测量得到的TMR x3 所在位置磁感应强度B x3 相等并且计算得到的B y3 ″与测量得到的TMR y3 所在位置的磁感应强度B y3 相等，则I″有效；将有效的I′与I″相加除以2得到最终的输电母线电流。