CN117590057B - 一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法及装置 - Google Patents

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CN117590057B CN202410064088.7A CN202410064088A CN117590057B CN 117590057 B CN117590057 B CN 117590057B CN 202410064088 A CN202410064088 A CN 202410064088A CN 117590057 B CN117590057 B CN 117590057B
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Abstract

本申请公开了一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法及装置。其中，方法包括：根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数；根据标准冲击刻度因数以及校准时间参数，确定冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源。

Description

一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法及装置
技术领域
本申请涉及电压计量技术领域，并且更具体地，涉及一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法及装置。
背景技术
在电力系统中，操作过电压和雷电过电压会对输电线路及变电站的运行设备产生危害，影响电力系统安全稳定运行，绝缘子、变压器等常见电气设备在出厂前均需开展冲击电压耐受试验，以确定在已知雷电冲击电压下，设备是否会发生绝缘闪络或击穿。同时在电力系统在线监测中，准确测量输电线路及变电站的暂态及冲击过电压对于输电线路的绝缘配合、电气设备绝缘结构及尺寸的经济设计具有重要意义。
由于被测高压冲击信号具有峰值高、持续时间短、波形不重复，波形包含频率范围宽等特点，目前应用较多的冲击电压标准测量装置包括电阻分压型和阻容分压型，由于被测信号的特点，分布参数对转换装置的性能影响非常大，如何准确复现并测量高压冲击电压信号是冲击电压计量技术需要解决的最关键问题。
冲击电压计量技术研究冲击电压量值溯源及传递方法及设备，冲击电压试验是电力设备质量保证体系的重要组成部分，其测量结果的准确性对电力设备的安全运行有着直接影响。而确保电力设备冲击高电压测量结果的准确性和一致性的有效方法即是量值溯源。冲击电压的量值溯源包括提出完整的冲击电压溯源链，并建立受广泛认可的冲击电压测量标准系统，使用国家标准装置来标定各不同不确定度等级的测量装置，建立自上而下的冲击电压量值传递体系，实现冲击电压的量值统一；同时对国家标准系统的量值进行理论溯源至国家标准量值。在溯源过程中，需给定每级溯源步骤测量结果的不确定度，研究不确定度在溯源过程中的传递规律，并完成国家标准装置的量值不确定度的评定。
冲击电压量值溯源体系因冲击电压测量过程中杂散参数的暂态性和不可估量而难以建立。如何将冲击电压测量系统的幅值及时间参数的量值不确定度通过连续的溯源链关联到溯源过程中所有测量量值的最高标准是建立冲击电压量值溯源理论体系的难点。如何完成对测量系统的量值不确定度的评定，即将溯源过程中各溯源步骤得到的各被测量的量值不确定度依据合理的不确定度评定模型来得到测量系统的量值不确定度，也是溯源理论体系研究的重点内容。
如何提高冲击分压器的刻度因数标定电压、缩小冲击电压标准测量装置线性度试验的电压范围，减小冲击电压量值溯源过程中的测量不确定度、提高冲击电压标准测量系统的整体测量技术水平是我国冲击电压测量技术研究工作者们目前亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请提供一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法及装置。
根据本申请的一个方面，提供了一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法，包括：
根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；
根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；
利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数；
根据标准冲击刻度因数以及校准时间参数，确定冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源。
可选地，刻度因数加权叠加模型为：
式中，k impulse为当对冲击电压标准测量装置输入标准冲击电压波形时，分压器实测的冲击刻度因数；k low为该分压器输入低频交流电压时对应的交流刻度因数，S i为输入冲击波形U p1进行傅里叶分解后，对应各频率段交流电压波形的权重系数；k i为对冲击电压波形进行傅里叶分解后，对应各频率段的交流刻度因数。
可选地，宽频电压辅助标准器包括300kV、800kV两台宽频电容分压器，并且
根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数，包括：
分别获取每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数；
将每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数代入到刻度因数加权叠加模型中，确定每台宽频电容分压器不同频率下的冲击刻度因数。
可选地，根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数，包括：
采用比对的方法，利用不同宽频电容分压器标定冲击电压标准测量装置的冲击电压标准测量装置冲击刻度因数；
使用电压方波源、冲击电压标准波源、标准交流电压源获取冲击电压标准测量装置的数字记录仪冲击刻度因数；
根据冲击电压标准测量装置冲击刻度因数以及数字记录仪冲击刻度因数，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数。
可选地，利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数，包括：
根据溯源后的冲击电压标准测量装置的方波响应，使用卷积方法计算冲击电压标准测量装置的冲击电压波形的波前时间参数测量误差；
使用1kV冲击电压标准波源校准冲击电压标准测量装置的数字记录仪的波尾时间参数测量误差；
根据波前时间参数测量误差以及波尾时间参数测量误差对冲击电压标准测量装置的时间参数进行校准，确定校准时间参数。
根据本申请的另一个方面，提供了一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现装置，包括：
第一确定模块，用于根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；
第二确定模块，用于根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；
第三确定模块，用于利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数；
第四确定模块，用于根据标准冲击刻度因数以及校准时间参数，确定冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源。
根据本申请的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本申请上述任一方面所述的方法。
根据本申请的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本申请上述任一方面所述的方法。
从而，基于多频率刻度因数加权叠加实现冲击分压器的冲击电压峰值的准确量值溯源。基于宽频电容分压器，可获取冲击电压标准转换装置在高压下的冲击电压刻度因数，从而大大减小了线性度引入的测量不确定度分量，进而减小整套冲击电压标准测量系统的峰值测量不确定度。解决目前国际通用的冲击电压量值溯源方法存在理论缺失、冲击电压量值溯源过程中测量不确定度较大、标准测量装置测量能力难以进一步提升的难题，为建立我国冲击电压标准测量系统奠定理论基础。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本申请的示例性实施方式：
图1是本申请一示例性实施例提供的冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法的流程示意图；
图2是本申请一示例性实施例提供的冲击电压测量系统示意图；
图3是本申请一示例性实施例提供的冲击电压标准测量装置的刻度因数及时间参数的量值溯源方法示意图；
图4是本申请一示例性实施例提供的冲击数字记录仪中A/D数据采集单元及计算软件的量值溯源示意图；
图5是本申请一示例性实施例提供的冲击数字记录仪的溯源框图；
图6是本申请一示例性实施例提供的冲击电压测量系统整体量值溯源框图；
图7是本申请一示例性实施例提供的冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现装置的结构示意图；
图8是本申请一示例性实施例提供的电子设备的结构。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
本领域技术人员可以理解，本申请实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
还应理解，在本申请实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
还应理解，对于本申请实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。
另外，本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还应理解，本申请对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本申请实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。
终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
示例性方法
图1是本申请一示例性实施例提供的冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上，如图1所示，冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法100包括以下步骤：
步骤101，根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；
可选地，刻度因数加权叠加模型为：
式中，k impulse为当对冲击电压标准测量装置输入标准冲击电压波形时，分压器实测的冲击刻度因数；k low为该分压器输入低频交流电流时对应的交流刻度因数，S i为输入冲击波形U p1进行傅里叶分解后，对应各频率段交流电压波形的权重系数；k i为对冲击电压波形进行傅里叶分解后，对应各频率段的交流刻度因数。
可选地，宽频电压辅助标准器包括300kV、800kV两台宽频电容分压器，并且
根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数，包括：
分别获取每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数；
将每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数代入到刻度因数加权叠加模型中，确定每台宽频电容分压器在确定冲击电压波形下的冲击刻度因数。
具体地，确定冲击电压波形的多频率分解及刻度因数加权叠加模型的过程如下：
任何一个函数都可以表示成许多不同频率的正弦和余弦函数的和，并且这些频率的幅度和相位可以通过傅里叶变换求得。因此冲击电压也可以分解为一系列不同频率的正弦交流波形，将时域的电压幅值问题转换为频域中各交流分量的加权叠加来评估电压峰值：
（1）
当任意一台冲击电压标准测量装置统的输入冲击波形为U p1、输出波为U p2时，通过对输入波形和输出波形进行傅里叶分解及系列推导，并忽略公式推导过程中极微小的影响分量后，可以得出下式：
（2）
其中k impulse为当对冲击电压标准测量装置输入标准冲击电压波形时，分压器实测的冲击刻度因数；k low为该分压器输入低频交流电流时对应的交流刻度因数，S i为输入冲击波形U p1进行傅里叶分解后，对应各频率段交流电压波形的权重系数；k i为对冲击电压波形进行傅里叶分解后，对应各频率段的交流刻度因数。由此模型可以得出：当不能准确获得某台冲击电压标准测量装置的冲击刻度因数时，但可以获得该转换装置在不同频率下交流电压下的准确刻度因数因数时，按照公式（1）即可获得该冲击分压器准确的冲击电压刻度因数。
相关说明：
k low为该分压器输入低频交流电流时对应的交流刻度因数，通过计算，低频交流电流的频率为DC~100Hz。
其中根据冲击电压分解的特征，频率段范围为DC~10MHz，频率段的划分方法为：采用对数方法，包括：
频率范围DC~100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz~1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz~10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz~100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz~1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz；
频率范围在1MHz~10MHz，将频率段间隔设置为1MHz。
确定该理论模型的意义在于：对于一台电压测量装置，如果其准确的冲击刻度因数不可知，但可以获得其在不同频率下的准确的交流刻度因数时，就可以确定其冲击电压刻度因数。
进一步地，本申请研制宽频电压辅助标准器的原理如下：
由于冲击电阻分压器的高压电阻一般为10kΩ的左右的电阻丝绕制而成，根据电压等级的不同，其电阻丝直径约为0.12mm~0.2mm，由于电阻丝的直径小，受热容量的限制，电阻分压器不能用于测量低频率的高电压信号。因此如果需要获得高压下的冲击测量装置的冲击电压的刻度因数和线性度，必须要一个传递标准，该传递载体需要具有宽频响应特性，可以准确测量高压低频交流电压到雷电冲击电压波形，基于所获得的低频至高频范围内的各频率段的交流刻度因数值，再来计算得到冲击刻度因数量值。由于宽频标准电容器具备该测量特性，本申请中选择宽频标准电容分压器作为宽频电压辅助标准器。
研制1kV~800kV跨频域宽频标准电容分压器，分别包括：300kV、800kV两台宽频电容分压器；该标准电容分压器基于正立式屏蔽结构的标准电容器设计，高压臂中的电容电极为同轴结构设计，包括高压电极、低压电极及屏蔽电极；分压器的低压臂电容与高压臂中的低压电极紧密连接，低压臂电容的电压系数和温度系数与高压臂尽量保持一致。由于分压器高压臂为同轴电极结构，在不同频率、相同电压下所产生的不同频率的电场对高压臂电容具有等效的作用力；另外压缩气体标准电容器公认具备低级的电压系数，温度系数以及优良的电容量稳定性，因此该分压器具有良好的宽频特性，可以作为跨频域量值溯源分压器。
进一步地，宽频辅助标准装置的冲击刻度因数确定步骤如下：
1、300kV宽频电容分压器冲击刻度因数确定：
1）获得不同频率下的交流刻度因数：
50Hz刻度因数的确定：采用工频电压比例标准装置对300kV宽频电容分压器在额定电压下进行工频电压刻度因数标定，此时获取的工频电压刻度因数k50-300可溯源至国家工频电压比例标准，并且获取工频电压下的线性度。
10Hz~1MHz范围内刻度因数的确定：使用10Hz~1MHz的标准交流电压源校准300kV的宽频电容分压器输出电压/输入电压比值，获得不同频率下的k i值。
1MHz~10MHz范围内刻度因数的确定：使用电压方波源测量冲击电压标准测量装置阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz~10MHz交流电压的输出电压波形，进而得到300kV宽频电容分压器输出电压/输入电压比值。
2）计算冲击刻度因数：
基于上个步骤中获得的不同频率下宽频电容分压器的交流刻度因数，代入公式（3）中，对于已知的冲击电压输入波形，k low为已知值，则可以得到300kV宽频电容分压器的冲击刻度因数k impulse：
（3）
2、 800kV宽频电容分压器冲击刻度因数确定：
800kV宽频电容分压器的冲击刻度因数的标定与300kV宽频电容分压器的标定方法相同。
步骤102，根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；
可选地，根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数，包括：
采用比对的方法，利用不同宽频电容分压器标定冲击电压标准测量装置的冲击电压标准测量装置冲击刻度因数；
使用电压方波源、冲击电压标准波源、标准交流电压源获取冲击电压标准测量装置的数字记录仪冲击刻度因数；
根据冲击电压标准测量装置冲击刻度因数以及数字记录仪冲击刻度因数，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数。
具体地，冲击电压标准测量装置中刻度因数的确定包括两部分，分别为冲击电压标准测量装置冲击刻度因数k d的确定及数字记录仪冲击刻度因数k r的确定，将两者相乘后可以得到整套冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数：k=k d×k r。
1、冲击电压标准测量装置冲击刻度因数k d的确定：
基于所确定的300kV宽频电容分压器和800k V宽频电容分压器的冲击刻度因数，在冲击高压下，采用比对的方法，利用宽频电容分压器标定冲击电压标准测量装置的冲击刻度因数，具体如图2所示。
（1）使用300kV宽频电容分压器校准60kV、300kV冲击电压标准测量系统中冲击分压器的高压冲击刻度因数k d60、k d300和线性度，校准时的冲击电压波前时间大于1.2μs。
（2）使用800kV宽频电容分压器校准1200kV冲击电压标准测量分压器的高压冲击刻度因数k d1200，以及（200~800）kV电压范围内的线性度，校准时的冲击电压波前时间大于1.2μs。
（3）在800kV~1200kV范围内，对1200kV冲击电压标准测量分压器开展线性度试验，可采用三种验证方案：1）基于冲击电压发生器的效率法；2）基于空间瞬态球形电场测量仪；3）与线性度优良的标准电容分压器进行比对。
2、数字记录仪冲击刻度因数k r溯源：
使用电压方波源、冲击电压标准波源、标准交流电压源获取数字记录仪的冲击刻度因数。量值溯源试验中所用仪器的参数要求如下：
a、电压方波源上升时间小于5ns，脉宽大于1ms；
b、冲击电压标准波源，输出电压波形0.86/60、1.2/60、1.56/60，峰值和时间参数可溯源至直流电压、电阻、电容、电感元件的国家标准。
冲击数字记录仪由衰减器和数字采集单元串联组成，其量值溯源部分包括数字采集单元单独的冲击刻度因数溯源和整套冲击数字记录仪冲击刻度因数的冲击刻度因数量值溯源。
1）数字记录仪中数据采集单元的冲击刻度因数：
a、使用10Hz~1MHz的标准交流电压源校准测量装置输出电压/输入电压比值；使用电压方波源测量数据采集单元阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz~10MHz数据采集单元的输出电压波形，进而得到数据采集单元输出电压/输入电压比值；
b、测量结果代入多频率分解模型，计算数据采集单元5个不同量程：±1V、±2V、±5V、±10V的冲击刻度因数，并在软件中写入冲击刻度因数进行误差补偿。
2）数字记录仪冲击刻度因数k r：
使用冲击电压标准测量装置校准数字记录仪的冲击刻度因数，获得不同测量范围衰减器的刻度因数k r。
3、整套测量系统的冲击刻度因数的确定：
60kV冲击电压测量系统冲击刻度因数：k 60=k d60×k r；
300kV冲击电压测量系统冲击刻度因数：k 300=k d300×k r；
1200kV冲击电压测量系统冲击刻度因数：k 1200=k d1200×k r。
此外，本申请研制3台冲击电阻分压器作为标准电压分压器作为冲击电压测量系统中的冲击电压转换装置，其额定电压等级分别为60kV、300kV、1200kV，高压电阻由温度系数小于10ppm的电阻丝绕制而成，分压器内部基于等电位屏蔽结构设计，其内部高压电阻由测量电阻和屏蔽电阻并联而成，在相同的物理高度上屏蔽电阻和测量电阻的电位近乎相等，从而大大减小了测量支路的对地杂散电容，从而改善了分压装置的响应时间，缩减了冲击电阻分压器的方波响应上升时间，并且扩展了冲击电压测量范围。
步骤103，利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数；
可选地，利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数，包括：
根据溯源后的冲击电压标准测量装置的方波响应，使用卷积方法计算冲击电压标准测量装置的冲击电压波形的波前时间参数测量误差；
使用1kV冲击电压标准波源校准冲击电压标准测量装置的数字记录仪的波尾时间参数测量误差；
根据波前时间参数测量误差以及波尾时间参数测量误差对冲击电压标准测量装置的时间参数进行校准，确定校准时间参数。
具体地，时间参数溯源实现步骤如下：
1）使用电压方波源开展时间参数的溯源。
根据60kV、300kV、1200kV冲击电压标准测量装置的方波响应g(t)，分压器的方波响应波形采用数字示波器或者数字记录仪的数据采集单元进行采集，使用卷积方法计算冲击电压波形的时间参数测量误差δ 1。
此外，测量1200kV冲击电压标准测量装置的情况下测量60kV、300kV、1200kV冲击电压标准测量装置的方波响应，如果测量其他电压等级的，根据测量电压等级确定测量的多个电压系列冲击电压标准测量装置。
2）时间参数误差验证：
a、使用1kV冲击电压标准波源校准整套冲击电压测量系统的时间参数测量误差δ 2。
b、验证δ 1、δ 2的一致性。
步骤104，根据标准冲击刻度因数以及校准时间参数，确定冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源。
此外，本申请基于Parseval定理，同一冲击电压波形在时间域内的能量累积与频域范围内的能量等级是等效的，基于此，即可推导出：对任意一台电压测量装置，其冲击电压的刻度因数的倒数可以等效为不同频率交流电压下的刻度因数倒数的加权和，加权系数S i的确定依据实测冲击电压波形频率分解的结果。
具体实现方法如下：对冲击电阻分压器待测的雷电全波进行傅里叶分解，根据傅里叶频率分解结果可以确定各频段内交流电压所占的幅值权重系数S i。通过试验方法获得宽频电容分压器在各频段内的交流刻度因数，代入冲击刻度因数的合成计算公式中，可以完成宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数计算。
图3为冲击电压标准测量装置的量值溯源流程框图，对60kV、300kV、1200kV冲击电压标准测量装置开展两项溯源试验：（1）刻度因数和线性度试验：冲击电压标准测量装置的冲击刻度因数及线性度参数通过与300kV及800kV宽频电容分压装置比对获得，其冲击刻度因数的量值最终可溯源至国家工频电压基准及交流电压的标准；（2）时间参数溯源：对三台冲击电压标准测量装置分别展开方波响应试验，基于方波响应试验波形进行卷积计算，可以得到每台冲击电压标准测量装置各时间参数的误差值。
图4为冲击数字记录仪中数据采集单元溯源流程框图，采用交流电压标准波源标定数据采集单元在各频段下的交流刻度因数，基于不同频率下的交流刻度因数叠加计算数字采集单元的冲击刻度因数；采用示波器校准仪标定数据采集单元的时间参数误差；采用IEC 61083中的TDG（波形测试发生器）对冲击计算软件的峰值和时间参数测量误差进行校准。
图5为冲击数字记录仪的溯源框图，（1）首先采用冲击电压标准波源直接标定冲击数字记录仪的冲击刻度因数和时间参数测量误差；（2）其次采用交流电压标准波源对其分频段的交流刻度因数进行标定，并基于刻度因数加权叠加的模型完成其冲击刻度因数的计算。（2）中的计算结果可用于验证步骤（1）中冲击刻度因数标定的准确性。
图6为整套冲击电压测量系统的冲击峰值和时间参数的量值溯源框图，其中量值溯源中所用到的交流电压标准波源可以溯源到中国计量院的交流电压标准。量值溯源过程中所用到的冲击电压标准波源的峰值和时间参数可溯源至中国计量院的直流电压标准和RLC国家标准。量值溯源过程中所用到的电压方波源时间参数量值可溯源到中国计量院的示波器校准仪标准装置。
从而，与现有技术相比，本申请与现有技术相比，能够获得下列有益效果：
（1）该方法基于多频率刻度因数加权叠加实现冲击分压器的冲击电压峰值的准确量值溯源，解决了以往冲击电压量值溯源方法的理论缺陷。以往的方法主要采用1kV交流电源或直流电源或冲击电源标定冲击分压器的刻度因数，并假设50Hz或者DC刻度因数与冲击刻度因数等同。使用多频率刻度因数加权叠加的方法进行冲击电压量值溯源时，可以实现在高电压下完成对分压器的刻度因数标定，其准确性更高，所评定的测量不确定度更小；
（2）该方法中采用基于正立式标准电容器的宽频电容分压器作为冲击电压量值的辅助溯源标准器，由于标准电容器中的电极为同轴结构，冲击电场和交流电场对其作用力等效，因此具有良好的频率特性，可以作为冲击电压峰值（刻度因数）量值溯源的最佳传递载体；
（3）本发明提出的冲击电压溯源方法中，基于宽频电容分压器这个辅助标准设备，可获取冲击电压标准转换装置在高压下的冲击电压刻度因数，从而大大减小了线性度引入的测量不确定度分量，进而减小整套冲击电压标准测量系统的峰值测量不确定度；
（4）1200kV冲击分压器的刻度因数标定电压为800kV，线性度试验的范围为800kV~1200kV，大大缩小了冲击电压标准测量装置的线性度试验范围，减小了由于线性度试验引入的测量不确定度；
（5）本发明中所确定的量值溯源方法适用于各额定电压等级的冲击分压器，具有应用广泛性及普适性；
（6）该量值溯源方法为建立我国冲击电压最高计量标准奠定了坚实的理论基础，保证了我国冲击电压的准确和统一。
示例性装置
图7是本申请一示例性实施例提供的冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现装置的结构示意图。如图7所示，装置700包括：
第一确定模块710，用根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；
第二确定模块720，用于根据冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；
第三确定模块730，用于利用电压方波源以及冲击电压标准波源对冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定冲击电压标准测量装置的校准时间参数；
第四确定模块740，用于根据标准冲击刻度因数以及校准时间参数，确定冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源。
可选地，刻度因数加权叠加模型为：
式中，k impulse为当对冲击电压标准测量装置输入标准冲击电压波形时，分压器实测的冲击刻度因数；k low为该分压器输入低频交流电压时对应的交流刻度因数，S i为输入冲击波形U p1进行傅里叶分解后，对应各频率段交流电压波形的权重系数；k i为对冲击电压波形进行傅里叶分解后，对应各频率段的交流刻度因数。
可选地，宽频电压辅助标准器包括300kV、800kV两台宽频电容分压器，并且
第一确定模块710，包括：
第一获取子模块，用于分别获取每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数；
第一确定子模块，用于将每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数代入到刻度因数加权叠加模型中，确定每台宽频电容分压器不同频率下的冲击刻度因数。
可选地，第二确定模块720，包括：
标定子模块，用于采用比对的方法，利用不同宽频电容分压器标定冲击电压标准测量装置的冲击电压标准测量装置冲击刻度因数；
第二获取子模块，用于使用电压方波源、冲击电压标准波源、标准交流电压源获取冲击电压标准测量装置的数字记录仪冲击刻度因数；
第二确定子模块，用于根据冲击电压标准测量装置冲击刻度因数以及数字记录仪冲击刻度因数，确定冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数。
可选地，第三确定模块730，包括：
计算子模块，用于根据溯源后的所述冲击电压标准测量装置的方波响应，使用卷积方法计算冲击电压标准测量装置的冲击电压波形的波前时间参数测量误差；
第一校准子模块，用于使用1kV冲击电压标准波源校准冲击电压标准测量装置的数字记录仪的波尾时间参数测量误差；
第二校准子模块，用于根据波前时间参数测量误差以及波尾时间参数波尾时间参数波尾时间参数测量误差对冲击电压标准测量装置的时间参数进行校准，确定校准时间参数。
示例性电子设备
图8是本申请一示例性实施例提供的电子设备的结构。如图8所示，电子设备80包括一个或多个处理器81和存储器82。
处理器81可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
存储器82可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器81可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的软件程序的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置83和输出装置84，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。
此外，该输入装置83还可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置84可以向外部输出各种信息。该输出装置84可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
当然，为了简化，图8中仅示出了该电子设备中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的方法中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的方法中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请中涉及的器件、系统、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、系统、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
可能以许多方式来实现本申请的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本申请的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本申请的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本申请实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本申请的方法的机器可读指令。因而，本申请还覆盖存储用于执行根据本申请的方法的程序的记录介质。
还需要指出的是，在本申请的系统、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (8)

1.一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法，其特征在于，包括：
根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定所述宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；
根据所述冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定所述冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；
利用电压方波源以及冲击电压标准波源对所述冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定所述冲击电压标准测量装置的校准时间参数；
根据所述标准冲击刻度因数以及所述校准时间参数，确定所述冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源，其中
所述刻度因数加权叠加模型为：
式中，k impulse为当对冲击电压标准测量装置输入标准冲击电压波形时，宽频电压辅助标准器实测的冲击刻度因数；k low为宽频电压辅助标准器输入低频交流电压时对应的交流刻度因数，S i为输入冲击波形U p1进行傅里叶分解后，对应各频率段交流电压波形的权重系数；k i为对冲击电压波形进行傅里叶分解后，对应各频率段的交流刻度因数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宽频电压辅助标准器包括300kV、800kV两台宽频电容分压器，并且
根据预先研制的宽频电压辅助标准器的在不同频率下的交流刻度因数，利用预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定所述宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数，包括：
分别获取每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数；
将每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数代入到所述刻度因数加权叠加模型中，确定每台宽频电容分压器在确定冲击电压波形下的冲击刻度因数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定所述冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数，包括：
采用比对的方法，利用不同所述宽频电容分压器标定所述冲击电压标准测量装置的冲击电压标准测量装置冲击刻度因数；
使用电压方波源、冲击电压标准波源、标准交流电压源获取所述冲击电压标准测量装置的数字记录仪冲击刻度因数；
根据所述冲击电压标准测量装置冲击刻度因数以及所述数字记录仪冲击刻度因数，确定所述冲击电压标准测量装置的所述标准冲击刻度因数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用电压方波源以及冲击电压标准波源对所述冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定所述冲击电压标准测量装置的校准时间参数，包括：
根据溯源后的所述冲击电压标准测量装置的方波响应，使用卷积方法计算所述冲击电压标准波源的冲击电压波形的波前时间参数测量误差；
使用1kV冲击电压标准波源校准所述冲击电压标准测量装置的数字记录仪的波尾时间参数测量误差；
根据所述波前时间参数测量误差以及所述波尾时间参数测量误差对所述冲击电压标准测量装置的时间参数进行校准，确定所述校准时间参数。
5.一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定预先研制的宽频电压辅助标准器在不同频率下的交流刻度因数，并根据预先构建的刻度因数加权叠加模型，确定所述宽频电压辅助标准器的冲击刻度因数；
第二确定模块，用于根据所述冲击刻度因数对待溯源的冲击电压标准测量装置进行冲击刻度因数的标定，确定所述冲击电压标准测量装置的标准冲击刻度因数；
第三确定模块，用于利用电压方波源以及冲击电压标准波源对所述冲击电压标准测量装置进行时间参数溯源，确定所述冲击电压标准测量装置的校准时间参数；
第四确定模块，用于根据所述标准冲击刻度因数以及所述校准时间参数，确定所述冲击电压标准测量装置的电压峰值及时间参数的全量程溯源，其中
所述刻度因数加权叠加模型为：
式中，k impulse为当对冲击电压标准测量装置输入标准冲击电压波形时，分压器实测的冲击刻度因数；k low为所述分压器输入低频交流电压时对应的交流刻度因数，S i为输入冲击波形U p1进行傅里叶分解后，对应各频率段交流电压波形的权重系数；k i为对冲击电压波形进行傅里叶分解后，对应各频率段的交流刻度因数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述宽频电压辅助标准器包括300kV、800kV两台宽频电容分压器，并且
第一确定模块，包括：
第一获取子模块，用于分别获取每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数；
第一确定子模块，用于将每台宽频电容分压器不同频率下的交流刻度因数代入到所述刻度因数加权叠加模型中，确定每台宽频电容分压器不同频率下的冲击刻度因数。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-4任一所述的方法。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-4任一所述的方法。
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