一种高准确度电压比例标准器及实现方法与流程

本技术涉及电力计量标准。具体而言，涉及一种高准确度电压比例标准器及实现方法。

背景技术：

1、电压比例标准装置是用来复现交流电压比率的计量设备，需要满足稳定性和可溯源性两个条件。目前，国际上普遍采用的交流电压比例标准装置主要分为电阻式、电容式和电磁式三大类。电磁式电压比例标准装置与电阻式和电容式标准装置相比具有原理简单、使用方便、稳定可靠的优点。电磁式标准互感器的准确度高且稳定性好，应用也最为广泛，但是仍然存在缺陷。特别地，在误差校准试验过程中，如果标准互感器和被测互感器的额定变比不一致，通常需要在二次侧级联多盘感应分压器来获得一致的变比。电磁式标准互感器级联多盘感应分压器后，其误差一般会出现级别的整体偏移。对于准确度高于0.01级的电磁式电压互感器而言，误差偏移会导致其准确度下降至少一个级别，因此实践中很难得到0.005级或更高准确度的电压比例标准装置。

2、现有技术已尝试对电磁式电压互感器的误差进行补偿。例如，如果已确定电磁式电压互感器的误差中的比差分量和角差分量，通过增加额外的互感器、rc移相电路能够实现比差分量和角差分量的综合补偿和调整。但是，由于rc电路固有的特性，在用rc移相电路对正交的角差分量进行补偿时，难免会引起同相的比差分量误差。另外，如果由于电路元件性能变化导致电磁式电压互感器误差出现偏移，将导致原本计算出的补偿用互感器、rc移相电路的参数不能按预定计算参数实现电磁式电压互感器的误差补偿，仍会导致其准确度降低。此外，电磁式电压互感器的误差偏移在高频电路中尤为显著，由于目前高频电容的性能限制，现有的rc移相电路在高频下的频率响应和准确度大大受限，从而限制了现有技术的电磁式电压互感器误差补偿手段适用的频率范围。

3、因此，本领域期望有能够便捷地实现高准确度电压比例标准器的方法，并且在电压比例标准器的宽频误差偏移超过误差限值的情况下仍能通过便捷、有效的手段对电压比例标准器的误差进行补偿，使其长期保持高准确度。

技术实现思路

1、根据本技术的第一方面，提出一种高准确度电压比例标准器。该电压比例标准器包括准确度至少达到1级的电磁式电压互感器、与电磁式电压互感器耦接的比差补偿模块以及与电磁式电压互感器和比差补偿模块联接的角差补偿模块；比差补偿模块包括同相电压获取单元和与同相电压获取单元并接且与电磁式电压互感器的二次绕组联接的第一精密可调电阻，同相电压获取单元由与电磁式电压互感器耦接的补偿用电压互感器、与补偿用电压互感器联接的第一辅助电压互感器组成，其中，比差补偿模块的参数根据电磁式电压互感器在额定工况下的比差和额定变比而配置；角差补偿模块包括与电磁式电压互感器的一次绕组联接的正交电压获取单元和与正交电压获取单元联接且与第一辅助电压互感器的二次绕组联接的第二精密可调电阻，正交电压获取单元由与电磁式电压互感器的一次绕组串联的电流互感器以及与电流互感器的二次侧并接的第三精密电阻组成，或者正交电压获取单元由与电磁式电压互感器的一次绕组联接的第四精密电阻以及与第四精密电阻并接的第二辅助电压互感器组成，其中，角差补偿模块的参数根据电磁式电压互感器在额定工况下的角差和额定变比、电压比例标准器的输入电压的有效值以及流过电压比例标准器的输入侧的电流的有效值而配置；其中，比差补偿模块还配置成基于预定比差补偿量，通过调节第一精密可调电阻对电压比例标准器的比差实现预定比差补偿量的补偿，从而使电压比例标准器的比差处于高准确度要求的比差限值范围内，角差补偿模块还配置成基于预定角差补偿量，通过调节第二精密可调电阻对电压比例标准器的角差实现预定角差补偿量的补偿，从而使电压比例标准器的角差处于高准确度要求的角差限值范围内。

2、根据本技术的第一方面的优选实施例，比差补偿模块的参数包括：补偿用电压互感器的变比、第一辅助电压互感器的变比和第一精密可调电阻的调节细度。

3、根据本技术的第一方面的优选实施例，角差补偿模块的参数包括：电流互感器的变比、第三精密电阻的阻值和第二精密可调电阻的调节细度。

4、根据本技术的第一方面的优选实施例，角差补偿模块的参数包括：第四精密电阻的阻值、第二辅助电压互感器的变比和第二精密可调电阻的调节细度。

5、根据本技术的第一方面的优选实施例，第一精密可调电阻和第二精密可调电阻均为多圈式可调电阻。

6、根据本技术的第一方面的优选实施例，电磁式电压互感器的准确度至少达到0.1级。

7、根据本技术的第一方面的优选实施例，电压比例标准器的准确度不低于0.02级。

8、根据本技术的第一方面的优选实施例，预定比差补偿量和预定角差补偿量基于利用电压分辨力至少达到10nv的锁相放大器对电磁式电压互感器在额定工况下的比差和角差测量的结果计算得到。

9、根据本技术的第一方面的优选实施例，角差补偿模块的电流互感器为准确度达到0.1级或更高级别的电磁式电流互感器。

10、根据本技术的第二方面，提出一种高准确度电压比例标准器的实现方法，该方法包括如下步骤：

11、s1，获取准确度至少达到1级的电磁式电压互感器并测量其在额定工况下的比差和角差；

12、s2，基于电磁式电压互感器的比差和角差计算实现高准确度电压比例标准器需对电磁式电压互感器施加的比差补偿量和角差补偿量；

13、s3，根据比差补偿量和电磁式电压互感器的额定变比配置比差补偿模块的参数并将比差补偿模块耦接至电磁式电压互感器，其中，将比差补偿模块耦接至电磁式电压互感器包括：将同相电压获取单元的补偿用电压互感器与电磁式电压互感器耦接、将第一辅助电压互感器与补偿用电压互感器联接以及将第一精密可调电阻与第一辅助电压互感器并接且与电磁式电压互感器的二次绕组联接，比差补偿模块的参数根据比差补偿量和电磁式电压互感器的额定变比而配置，其中，比差补偿模块的参数包括：补偿用电压互感器的变比、第一辅助电压互感器的变比以及第一精密可调电阻的阻值，比差补偿模块的参数满足如下公式：

14、；

15、其中，表示第一精密可调电阻的调节阻值，表示第一精密可调电阻的标称最大阻值，表示比差补偿量，表示补偿用电压互感器的变比，表示第一辅助电压互感器的变比，表示电磁式电压互感器的额定变比；

16、s4，根据角差补偿量和电磁式电压互感器的额定变比配置角差补偿模块的参数并将角差补偿模块联接至电磁式电压互感器和比差补偿模块，从而形成电压比例标准器，其中，将角差补偿模块联接至电磁式电压互感器和比差补偿模块包括：将正交电压获取单元与电磁式电压互感器的一次绕组联接、将第二精密可调电阻与正交电压获取单元联接且与第一辅助电压互感器的二次绕组联接，其中，正交电压获取单元由电流互感器、与电流互感器的二次侧并接的第三精密电阻组成，或者正交电压获取单元由第四精密电阻、与第四精密电阻并接的第二辅助电压互感器组成，角差补偿模块的参数根据电磁式电压互感器在额定工况下的角差和额定变比、电压比例标准器的输入电压的有效值以及流过电压比例标准器的输入侧的电流的有效值而配置；其中，角差补偿模块的参数包括：电流互感器的变比、第三精密电阻的阻值以及第二精密可调电阻的阻值，角差补偿模块的参数满足如下公式：；

17、其中，表示第二精密可调电阻的调节阻值，表示第二精密可调电阻的标称最大阻值，表示角差补偿量，表示电压比例标准器的输入电压的有效值，表示电流互感器的变比，表示电磁式电压互感器的额定变比，表示电压比例标准器的输入侧的电流的有效值，表示第三精密电阻的阻值；或者角差补偿模块的参数包括：第四精密电阻的阻值、第二辅助电压互感器的变比以及第二精密可调电阻的阻值，角差补偿模块的参数满足如下公式：

18、；

19、其中，表示第二精密可调电阻的调节阻值，表示第二精密可调电阻的标称最大阻值，表示角差补偿量，表示电压比例标准器的输入电压的有效值，表示第二辅助电压互感器的变比，表示电磁式电压互感器的额定变比，表示电压比例标准器的输入侧的电流的有效值，表示第四精密电阻的阻值；

20、s5，测量电压比例标准器在额定工况下的比差和角差，并校验电压比例标准器的比差和角差的等级；

21、s6，判断电压比例标准器的比差或角差是否超过高准确度要求的误差限值范围，未超过则校验合格转到步骤s8，否则继续到步骤s7；

22、s7，如果电压比例标准器的比差超过高准确度要求的比差限值范围则通过调节第一精密可调电阻的调节阻值对电压比例标准器的比差进行补偿，如果电压比例标准器的角差超过高准确度要求的角差限值范围则通过调节第二精密可调电阻的调节阻值对电压比例标准器的角差进行补偿，然后转到步骤s5；

23、s8，完成实现高准确度电压比例标准器，即电压比例标准器的比差和角差经补偿后均处于高准确度要求的误差限值范围内。

24、根据本技术的第二方面的优选实施例，在步骤s4中，将正交电压获取单元与电磁式电压互感器的一次绕组联接包括：将电流互感器的一次侧与电磁式电压互感器的一次绕组串联、将第三精密电阻与电流互感器的二次侧并接以及将第二精密可调电阻与第三精密电阻并接且与第一辅助电压互感器的二次绕组联接。

25、根据本技术的第二方面的优选实施例，在步骤s4中，将正交电压获取单元与电磁式电压互感器的一次绕组联接包括：将第四精密电阻与电磁式电压互感器的一次绕组串联、将第二辅助电压互感器与第四精密电阻并接。

26、根据本技术的第二方面的优选实施例，第一精密可调电阻和第二精密可调电阻均设置为多圈式可调电阻。

27、根据本技术的第二方面的优选实施例，利用所述方法实现的电压比例标准器的准确度不低于0.02级。

28、根据本技术的第二方面的优选实施例，电磁式电压互感器选择为准确度至少达到0.1级的电磁式电压互感器。

29、根据本技术的第二方面的优选实施例，方法步骤中对比差和角差的测量是利用电压分辨力至少达到10nv的锁相放大器执行的。

30、根据本技术的第二方面的优选实施例，角差补偿模块的电流互感器为准确度达到0.1级或更高级别的电磁式电流互感器。

31、通过本技术提供的高准确度电压比例标准器及实现方法具有如下优点：（1）能够利用常规准确度的电磁式电压互感器便捷地实现高准确度电压比例标准器；（2）在电压比例标准器的误差超过额定限值范围的情况下，能通过连续可调的误差补偿分别调整电压比例标准器的比差和角差，使电压比例标准器便捷地达到高准确度；（3）电压比例标准器的比差补偿模块能够补偿与二次电压向量同相的比差电压分量，而电压比例标准器的角差补偿模块采用正交电压获取单元来补偿与二次电压向量正交的角差电压分量，相比现有的rc移相电路，角差补偿的准确度更高，并且具有更优的高频响应性能。