一种交流量子功率检定装置及方法与流程

本发明涉及功率扩频，尤其涉及一种交流量子功率检定装置及方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统的快速发展，大规模新能源和电力电子装备不断接入电网，使得电网电压、电流信号呈现宽频、动态等显著特征。未来，具有更宽频带的计量仪器或设备必将在电力系统电能计量中得到大规模、广泛应用。

2、量子功率标准以量子电压标准为核心，将形成功率信号的电压和电流信号均溯源到量子电压标准信号，由此实现对功率的量子化测量。当前，对功率的量子化测量主要采用“标准源”法和“标准表”法来建立量子功率标准。

3、“标准源”法所建立的量子功率标准采用了高稳定性的电压放大器和跨导放大器，以实现交流电压和电流的高准确度输出。整体来讲，所建立的量子功率标准需要复杂的反馈控制，这就导致整个系统复杂、操作不便，且成本高昂。

4、采用“标准表”法构建交流量子功率标准，该标准本质上是一个标准表，而非一个高准确度的功率源，其可直接用于测量被测交流功率。相比于基于“标准源”法构建的交流量子功率源，德国ptb构建的交流量子功率标准无需复杂的反馈控制系统，具有系统简单、易实现、操作简便的优势。

5、由于铁芯的磁滞效应、涡流效应，以及绕组杂散电感的影响，基于电磁感应原理的电压、电流比例标准的准确性会随着频率的升高而降低，其工作频带一般低于1 khz。但上述交流量子功率标准仅针对工频交流功率的溯源，频带范围在40 hz~400 hz，难以对高达khz交流功率进行校准，而限制它们工作频带的主要因素在于所采用的电压、电流比例的有效频带较窄，难以提升电力系统的宽频计量能力。

6、因此，当前亟需研究并建立具有更宽频带的交流量子功率标准，以满足评估或研发具有宽频特性的电能计量仪器设备的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种交流量子功率检定装置及方法，解决了当前的交流量子功率标准仅针对工频交流功率的溯源，难以对高达khz交流功率进行校准，所采用的电压、电流比例的有效频带较窄，难以提升电力系统的宽频计量能力的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种交流量子功率检定装置，包括：交流功率源、阻式分压器、磁调制式电流比较仪、量子电压标准仪与差分采样模块；

3、所述交流功率源与被测设备并联连接，所述交流功率源用于向所述被测设备加载测试电压和测试电流，以使所述被测设备输出被测交流功率、被测电压和被测电流；

4、所述阻式分压器与所述被测设备连接，所述阻式分压器用于将所述被测设备输出的所述被测电压进行比例变换，得到第一低幅值电压信号；

5、所述磁调制式电流比较仪与所述被测设备连接，所述磁调制式电流比较仪于将所述被测设备输出的所述被测电流进行比例变换，得到第二低幅值电流信号；

6、所述量子电压标准仪用于产生与所述被测设备的电压信号同频率的量子电压信号；

7、所述差分采样模块分别与所述阻式分压器、所述磁调制式电流比较仪和所述量子电压标准仪连接，所述差分采样模块用于根据当前预设的信号切换状态下所获得的低幅值电压信号与所述量子电压标准仪输出的量子电压信号进行差分运算，还用于根据差分运算结果确定所述被测设备的量子化测量功率，比较所述被测设备的量子化测量功率与所述被测交流功率的差异，并对所述被测设备进行检定。

8、优选地，所述交流功率源包括信号发生器、第一电压放大器和跨导放大器；

9、所述第一电压放大器和所述跨导放大器分别与所述信号发生器的两路输出端口连接，所述第一电压放大器和所述跨导放大器并联连接。

10、优选地，所述量子电压标准仪采用可编程约瑟夫森量子电压标准仪。

11、优选地，所述阻式分压器的等效电路包括电阻、电感和电容；所述电阻与所述电感串联，所述电容分别与所述电阻和所述电感并联。

12、优选地，所述磁调制式电流比较仪包括依次串联的磁调制器铁芯、滤波器、解调器、第二电压放大器和功率放大器；

13、所述磁调制器铁芯包括两个相对设置的环形硅钢片铁芯，两个所述环形硅钢片铁芯上绕有匝数相同的激励绕组。

14、优选地，所述差分采样模块包括信号切换开关、第一数字采样电压表和第二数字采样电压表；

15、所述阻式分压器和所述磁调制式电流比较仪均与所述信号切换开关的一端连接；

16、所述信号切换开关的另一端分别与所述第一数字采样电压表和所述第二数字采样电压表连接；

17、所述量子电压标准仪与所述第一数字采样电压表连接。

18、优选地，所述差分采样模块还用于根据所述差分运算结果生成差分信号，将所述差分信号与量子电压信号对应的电压量值加和，得到所述低幅值电压信号的采样信号，还用于对所述低幅值电压信号的采样信号进行傅里叶变换，得到基波信号；还用于提取所述基波信号的幅值和相位，根据所述基波信号的幅值和相位确定所述被测设备的的量子化测量功率。

19、优选地，所述被测设备为电能表或功率表。

20、第二方面，本发明还提供了一种交流量子功率检定方法，应用上述的交流量子功率检定装置，包括：

21、向被测设备加载测试电压和测试电流，以使所述被测设备输出被测交流功率、被测电压和被测电流；

22、将所述被测设备输出的所述被测电压进行比例变换，得到第一低幅值电压信号；

23、将所述被测设备输出的所述被测电流进行比例变换，得到第二低幅值电流信号；

24、根据当前预设的信号切换状态下所获得的低幅值电压信号与量子电压信号进行差分运算，根据差分运算结果确定所述被测设备的量子化测量功率，其中，所述所述量子电压标准仪用于产生与所述被测设备的电压信号同频率的量子电压信号；

25、比较所述被测设备的量子化测量功率与所述被测交流功率的差异，并对所述被测设备进行检定。

26、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器；

27、所述存储器用于存储程序；

28、所述处理器执行所述程序实现上述的交流量子功率检定方法的步骤。

29、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

30、本发明通过采用磁调制式电流比较仪和阻式分压器来进行比例变换，利用磁调制式电流比较仪和阻式分压器本身的器件特征，可以实现khz交流电压、电流的高准确度比例变换，满足了对更高频率交流功率的量子化溯源，电压、电流比例的有效频带较广，通过利用量子电压标准仪产生与被测设备的电压信号同频率的量子电压信号，利用低幅值电压信号与量子电压信号进行差分运算，根据差分运算结果确定被测设备的量子化测量功率，比较被测设备的量子化测量功率与所述被测交流功率的差异，从而对被测设备进行检定，提高了对高达khz交流功率进行校准的准确性，提升了电力系统的宽频计量能力。

技术特征：

1.一种交流量子功率检定装置，其特征在于，包括：交流功率源、阻式分压器、磁调制式电流比较仪、量子电压标准仪与差分采样模块；

2.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述交流功率源包括信号发生器、第一电压放大器和跨导放大器；

3.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述量子电压标准仪采用可编程约瑟夫森量子电压标准仪。

4.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述阻式分压器的等效电路包括电阻、电感和电容；所述电阻与所述电感串联，所述电容分别与所述电阻和所述电感并联。

5.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述磁调制式电流比较仪包括依次串联的磁调制器铁芯、滤波器、解调器、第二电压放大器和功率放大器；

6.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述差分采样模块包括信号切换开关、第一数字采样电压表和第二数字采样电压表；

7.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述差分采样模块还用于根据所述差分运算结果生成差分信号，将所述差分信号与量子电压信号对应的电压量值加和，得到所述低幅值电压信号的采样信号，还用于对所述低幅值电压信号的采样信号进行傅里叶变换，得到基波信号；还用于提取所述基波信号的幅值和相位，根据所述基波信号的幅值和相位确定所述被测设备的的量子化测量功率。

8.根据权利要求1所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，所述被测设备为电能表或功率表。

9.一种交流量子功率检定方法，应用权利要求1~8任一项所述的交流量子功率检定装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器；

技术总结
本发明涉及功率扩频技术领域，公开了一种交流量子功率检定装置及方法，通过采用磁调制式电流比较仪和阻式分压器来进行比例变换，利用磁调制式电流比较仪和阻式分压器本身的器件特征，可以实现kHz交流电压、电流的高准确度比例变换，满足了对更高频率交流功率的量子化溯源，通过利用量子电压标准仪产生与被测设备的电压信号同频率的量子电压信号，利用低幅值电压信号与量子电压信号进行差分运算，根据差分运算结果确定被测设备的量子化测量功率，比较被测设备的量子化测量功率与所述被测交流功率的差异，从而对被测设备进行检定，提高了对高达kHz交流功率进行校准的准确性，提升了电力系统的宽频计量能力。

技术研发人员：胡珊珊,王保帅,肖勇,宋宏天
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12