CN109239643A - 基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法及系统 - Google Patents

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贾正森
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赵双双
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田正其
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龚丹
周超
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欧阳曾恺
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Abstract

本发明公开了一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法及系统，方法包括以下过程：产生模拟的电压、电流信号、交流量子电压信号；分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值；计算得到标准的模拟交流功率；将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号，输入待检测的数字化电能计量仪器；利用数字量信号实现数字化电能计量仪器电能计量准确度的检测，解决现有的模拟电能功率基准对数字化电能计量仪器进行量值传递时，电能量值传递链路长、不确定度分量多，无法满足高准确度的数字化电能计量仪器检测要求的问题。

Description

基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法及系统
技术领域
本发明属于数字化电能溯源检测技术领域，具体涉及一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法及系统。
背景技术
精准测量对支撑全领域科学研究、全行业智能制造、全球产业升级起到基础性作用。为了实现测量的精准有效，需保证所有同种量的测量结果可以通过一条具有规定不确定度的、不间断的链路溯源至相应的国家或国际计量基准。
在智能变电站中，具有更高准确度的数字化电能计量技术是满足全站数字化、智能化基本要求的电测量技术，传统电能计量不再适用。由于数字化电能计量结果所代表的是一个具有单位的量值，其法定计量单位是kWh。数字化电能表准确与否，需要与代表这个单位的量值进行比较，也就是溯源。因此，数字化电能量值必须溯源到模拟电能量值上，这是由电能量值的本质决定的。由于数字化电能的计量准确度远远高于传统电子式电能计量，而目前国家交流功率基准装置及量传体系无法满足数字化电能计量仪器的溯源要求。
目前所有工频电信号均通过热电变换器，先将交流量转换为直流量，溯源到直流电压实物标准，再将直流电压实物标准溯源到直流量子电压基准，从而实现交流电信号到直流量子电压的溯源。热电变换器作为实物标准，容易受外界环境的影响，并且该溯源路径较长，给溯源过程带来大量不确定度因素。因此，研究量子化交流功率电能基准，建立适用于数字化电能量值传递的基准装置，取代原有基于热电变换器的功率基准，解决电能量值传递链路长、不确定度分量多的问题，进一步服务贸易结算的公平公正。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法及系统，解决现有的模拟电能功率基准对数字化电能计量仪器进行量值传递时，电能量值传递链路长、不确定度分量多，无法满足高准确度的数字化电能计量仪器检测要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法，其特征是，包括以下过程：
S1，产生模拟的电压、电流信号；
S2，产生交流量子电压信号；
S3，分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值；
S4，根据模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，计算得到标准的模拟交流功率；
S5，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号，输入待检测的数字化电能计量仪器；
S6，计算待检测的数字化电能计量仪器输出的功率信号与标准的模拟交流功率之间的误差，得到数字化电能计量仪器电能计量准确度。
优选的，S2中，产生交流量子电压信号的具体过程为：
由多个约瑟夫森量子电压结组成约瑟夫森量子电压结阵，
每个约瑟夫森量子电压结产生一个正偏置或者负偏置的绝对准确的直流电压台阶，
驱动量子电压结阵产生交流量子电压信号。
优选的，S4中，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号的过程为：根据IEC61850通信协议将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号。
基于与上述方法同样的发明构思，本发明的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，包括模拟交流功率源、交流量子电压信号发生装置、模数采样系统、模拟功率采样模块、通信协议生成器及误差计算模块；
模拟交流功率源，用于产生模拟的电压、电流信号；
交流量子电压信号发生装置，用于产生交流量子电压信号；
模数采样系统，用于分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值；
模拟功率采样模块，用于根据模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，计算得到标准的模拟交流功率；
通信协议生成器，用于将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号；
误差计算模块，用于计算待检测的数字化电能计量仪器输出的功率信号与标准的模拟交流功率之间的误差，得到数字化电能计量仪器电能计量准确度。
优选的，模拟的电压、电流信号分别经电压互感器、电流互感器转小后输入模数采样系统。
通信协议生成器中，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号的过程为：根据IEC61850通信协议将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号。
优选的，交流量子电压信号发生装置包括约瑟夫森量子电压结阵，量子电压结阵由多个约瑟夫森量子电压结组成，每个约瑟夫森量子电压结可产生一个正偏置或者负偏置的绝对准确的直流电压台阶，通过驱动量子电压结阵产生交流量子电压信号。
相应的，本发明还提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征是，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述的方法。
相应的，本发明还提供了一种计算设备，其特征是，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法的指令。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供了一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法及系统，解决了现有的模拟电能功率基准对数字化电能计量仪器进行量值传递时，电能量值传递链路长、不确定度分量多的问题，提高了数字化电能检测系统的准确度，可充分发挥数字化电能计量高准确度的优势，确保数字化电能计量准确可靠。
附图说明
图1是本发明数字化电能计量仪器检测系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法，包括以下过程：
S1，产生模拟的电压、电流信号；
S2，产生交流量子电压信号；
S3，分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值；
S4，基于模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，计算得到标准的模拟交流功率；
S5，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号，输入待检测的数字化电能计量仪器；
S6，计算待检测的数字化电能计量仪器输出的功率信号与标准的模拟交流功率之间的误差，得到数字化电能计量仪器电能计量准确度。
产生交流量子电压信号的具体过程为：由多个约瑟夫森量子电压结组成约瑟夫森量子电压结阵，每个约瑟夫森量子电压结可产生一个正偏置或者负偏置的绝对准确的直流电压台阶，通过驱动量子电压结阵产生交流量子电压信号。
基于与上述方法同样的发明构思，本发明的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，如图1所示，包括模拟交流功率源、交流量子电压信号发生装置、电压互感器、电流互感器、模数采样系统、模拟功率采样模块、通信协议生成器及误差计算模块；
模拟交流功率源，用于产生模拟的电压、电流信号，将模拟的电压、电流信号分别输入模数采样系统，
交流量子电压信号发生装置，用于产生交流量子电压信号，将交流量子电压信号输入模数采样系统，
模数采样系统，用于分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值输入模拟功率采样模块，将模拟的电压、电流采样信号输入通信协议生成器；
模拟功率采样模块，用于基于模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，计算得到标准的模拟交流功率，将标准的模拟交流功率输入误差计算模块；
通信协议生成器，用于将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号，输入待检测的数字化电能计量仪器；
误差计算模块，用于计算待检测的数字化电能计量仪器输出的功率信号与标准的模拟交流功率之间的误差，得到数字化电能计量仪器电能计量准确度。
通信协议生成器中，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号的过程为：根据IEC61850通信协议将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号。
交流量子电压信号发生装置包括约瑟夫森量子电压结阵，结阵由多个约瑟夫森量子电压结组成，由于每个约瑟夫森量子电压结可产生一个正偏置或者负偏置的绝对准确的直流电压台阶，通过驱动量子电压结阵产生交流量子电压信号。
由于交流量子电压信号是绝对准确的，通过将模拟的电压、电流信号与交流量子电压信号进行比较，可利用交流量子电压台阶信号分别对模拟的电压、电流信号的每个采样值进行校准。
相应的，本发明还提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征是，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述的方法。
相应的，本发明还提供了一种计算设备，其特征是，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法，其特征是，包括以下过程：
产生模拟的电压、电流信号；
产生交流量子电压信号；
分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值；
根据模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，计算得到标准的模拟交流功率；
将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号，输入待检测的数字化电能计量仪器；
计算待检测的数字化电能计量仪器输出的功率信号与标准的模拟交流功率之间的误差，得到数字化电能计量仪器电能计量准确度。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法，其特征是，产生交流量子电压信号的具体过程为：
由多个约瑟夫森量子电压结组成约瑟夫森量子电压结阵，
每个约瑟夫森量子电压结产生一个正偏置或者负偏置的绝对准确的直流电压台阶，
驱动量子电压结阵产生交流量子电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测方法，其特征是，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号的过程为：根据IEC61850通信协议将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号。
4.一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，其特征是，包括模拟交流功率源、交流量子电压信号发生装置、模数采样系统、模拟功率采样模块、通信协议生成器及误差计算模块；
模拟交流功率源，用于产生模拟的电压、电流信号；
交流量子电压信号发生装置，用于产生交流量子电压信号；
模数采样系统，用于分别对模拟的电压、电流信号和交流量子电压信号进行AD采样，得到模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值；
模拟功率采样模块，用于根据模拟的电压、电流采样信号及其与交流量子电压采样信号之间的差值，计算得到标准的模拟交流功率；
通信协议生成器，用于将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号；
误差计算模块，用于计算待检测的数字化电能计量仪器输出的功率信号与标准的模拟交流功率之间的误差，得到数字化电能计量仪器电能计量准确度。
5.根据权利要求4所述的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，其特征是，模拟的电压信号经电压互感器转小后输入模数采样系统。
6.根据权利要求5所述的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，其特征是，模拟的电流信号经电流互感器转小后输入模数采样系统。
7.根据权利要求4所述的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，其特征是，通信协议生成器中，将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号的过程为：根据IEC61850通信协议将模拟的电压、电流采样信号打包成检测数字化电能计量仪器的数字量信号。
8.根据权利要求4所述的一种基于量子电压的数字化电能计量仪器检测系统，其特征是，交流量子电压信号发生装置包括约瑟夫森量子电压结阵，量子电压结阵由多个约瑟夫森量子电压结组成，每个约瑟夫森量子电压结可产生一个正偏置或者负偏置的绝对准确的直流电压台阶，通过驱动量子电压结阵产生交流量子电压信号。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征是，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至3任一项所述的方法。
10.一种计算设备，其特征是，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1-3任一项所述方法的指令。
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