一种基于量子电压的直流电能标准源装置及信号产生方法与流程

本发明涉及电能标准源，并且更具体地，涉及一种基于量子电压的直流电能标准源装置及信号产生方法。

背景技术：

1、在电力系统中，仪器仪表的校准和性能指标测试需要专门的信号源。标准源常被用作被测试的仪器仪表的信号源或激励源，主要在省市计量、国防科研单位、航空航天部门和电力电能计量等电力部门和企业使用，也适用于其他需要标准信号源进行测量、检测的场合。例如，针对直流电能表检定的需要，需要直流电能标准源输出高度稳定的直流电压和直流电流，要求电能准确度等级至少要达到0.05％。

2、目前市场上提供的直流电能标准源均是基于电磁原理，受限于原理和测量技术，继续提升准确度水平已接近物理极限。随着电力量子计量技术不断取得发展，电力与量子的融合研究也逐步深入，相较于传统电力基标准，量子计量与传感将物理量溯源至基本物理常数，具有准确度高、复现不受客观条件制约等显著优点。

3、鉴于此，在电能标准源技术领域实现基于量子电压的直流电能标准源能够大大提高电能准确度等级，提升现有的电能溯源水平。

4、因此，需要一种基于量子电压的直流电能标准源装置及信号产生方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于量子电压的直流电能标准源装置及信号产生方法，以解决如何实现产生准确度更高的直流电能标准源的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于量子电压的直流电能标准源装置，所述装置包括：主控模块以及均与所述主控模块相连接的量子电压基准模块、电压输出模块、电流输出模块、电压反馈模块、电流反馈模块、第一功放模块、第二功放模块、时频基准模块和电能脉冲处理模块；其中，

3、所述主控模块，用于输出第一控制指令至所述量子电压基准模块；用于输出第二控制指令至所述时频基准模块；

4、所述量子电压基准模块，用于所述第一控制指令产生量子电压标准信号；

5、所述电压输出模块，用于输出选定档位的标准功率对应的直流电压信号；

6、所述电流输出模块，用于输出选定档位的标准功率对应的直流电流信号；

7、所述电压反馈模块，分别与所述量子电压基准模块和电压输出模块相连接，用于将所述电压输出模块的输出电压反馈至所述量子电压基准模块，以将所述输出电压和所述量子电压标准信号进行比较；

8、所述电流反馈模块，分别与所述量子电压基准模块和电流输出模块相连接，用于将所述电流输出模块的输出电流反馈至所述量子电压基准模块，以将所述输出电流和所述量子电压标准信号进行比较；

9、所述第一功放模块，与所述电压反馈模块相连接，用于将所述量子电压标准信号放大为选定档位的标准功率对应的直流电压信号并传递至所述电压输出模块；

10、所述第二功放模块，与所述电流反馈模块相连接，用于将所述量子电压标准信号放大为选定档位的标准功率对应的直流电流信号并传递至所述电流输出模块；

11、所述时频基准模块，用于基于所述第二控制指令产生频率基准信号；

12、所述电能脉冲处理模块，与所述时频基准模块相连接，用于基于所述频率基准信号输出标准电能脉冲信号。

13、优选地，其中所述量子电压标准信号具有10-8的准确度量级。

14、优选地，其中所述电压反馈模块，包括：分压电路和第一电压跟随电路；其中，

15、所述分压电路，与所述电压输出模块相连接，用于将所述电压输出模块输出的直流电压按比例转换成与所述量子电压标准信号对应的电压；

16、所述第一电压跟随电路，与所述分压电路相连接，用于使所述电压反馈模块输出端的电压与量子电压标准信号保持一致。

17、优选地，其中所述电流反馈模块，包括：电流比较仪和第二电压跟随电路；其中，

18、所述电流比较仪，与所述电流输出模块相连接，用于将所述电流输出模块输出的直流电流按比例进行i/v转换成与所述量子电压标准信号对应的电压；

19、所述第二电压跟随电路，与所述电流比较仪相连接，用于控制所述电流比较仪输出端的电压与所述量子电压标准信号保持一致。

20、优选地，其中所述时频基准模块采用铯原子钟。

21、根据本发明的另一个方面，提供了一种基于如上所述的量子电压的直流电能标准源装置的信号产生方法，其特征在于，所述方法包括：

22、主控模块输出第一控制指令至所述量子电压基准模块，以控制量子电压基准模块产生量子电压标准信号；输出第二控制指令至所述时频基准模块，以控制时频基准模块产生频率基准信号；

23、通过电压反馈模块和第一功放模块确保量子电压标准信号被放大为选定档位的标准功率对应的直流电压信号，同时通过电流反馈模块和第二功放模块确保量子电压标准信号被放大为选定档位的标准功率对应的直流电流信号；

24、通过电压输出模块和电流输出模块输出选定档位的直流电压信号和直流电流信号；

25、电能脉冲处理模块基于所述频率基准信号输出标准电能脉冲信号。

26、优选地，其中所述量子电压标准信号具有10-8的准确度量级。

27、优选地，其中所述电压反馈模块，包括：分压电路和第一电压跟随电路，

28、通过分压电路将所述电压输出模块输出的直流电压按比例转换成与所述量子电压标准信号对应的电压；

29、通过第一电压跟随电路使所述电压反馈模块输出端的电压与量子电压标准信号保持一致。

30、优选地，其中所述电流反馈模块，包括：电流比较仪和第二电压跟随电路，

31、通过电流比较仪将所述电流输出模块输出的直流电流按比例进行i/v转换成与所述量子电压标准信号对应的电压；

32、通过第二电压跟随电路控制所述电流比较仪输出端的电压与所述量子电压标准信号保持一致。

33、优选地，其中所述时频基准模块采用铯原子钟。

34、本发明提供了一种基于量子电压的直流电能标准源装置及信号产生方法，所述装置包括：主控模块以及均与所述主控模块相连接的量子电压基准模块、电压输出模块、电流输出模块、电压反馈模块、电流反馈模块、第一功放模块、第二功放模块、时频基准模块和电能脉冲处理模块。本发明实现的直流电能标准源具有准确度高、复现不受客观条件制约等显著优点，基于量子电压的直流电能标准源采用具有10-8的准确度量级的量子电压标准，能够使直流电能标准源的功率准确度达到10-6的水平，能够大大提高电能准确度等级，提升现有的电能溯源水平。

技术特征：

1.一种基于量子电压的直流电能标准源装置，其特征在于，所述装置包括：主控模块以及均与所述主控模块相连接的量子电压基准模块、电压输出模块、电流输出模块、电压反馈模块、电流反馈模块、第一功放模块、第二功放模块、时频基准模块和电能脉冲处理模块；其中，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述量子电压标准信号具有10-8的准确度量级。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压反馈模块，包括：分压电路和第一电压跟随电路；其中，

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流反馈模块，包括：电流比较仪和第二电压跟随电路；其中，

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时频基准模块采用铯原子钟。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的量子电压的直流电能标准源装置的信号产生方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述量子电压标准信号具有10-8的准确度量级。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电压反馈模块，包括：分压电路和第一电压跟随电路，

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电流反馈模块，包括：电流比较仪和第二电压跟随电路，

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述时频基准模块采用铯原子钟。

技术总结
本发明公开了一种基于量子电压的直流电能标准源装置及信号产生方法，所述装置包括：主控模块以及均与所述主控模块相连接的量子电压基准模块、电压输出模块、电流输出模块、电压反馈模块、电流反馈模块、第一功放模块、第二功放模块、时频基准模块和电能脉冲处理模块。本发明实现的直流电能标准源具有准确度高、复现不受客观条件制约等显著优点，基于量子电压的直流电能标准源采用具有10<supgt;‑8</supgt;的准确度量级的量子电压标准，能够使直流电能标准源的功率准确度达到10<supgt;‑6</supgt;的水平，能够大大提高电能准确度等级，提升现有的电能溯源水平。

技术研发人员：白静芬,徐熙彤,孟静,段晓萌,岑炜,段永贤,葛亚男,陈昊,耿爱玲,杨玉博,张丽,蒋依芹,李华,宋晓卉,贾福泉,张争明,王猛,李宗嵘
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24