量子功率标准综述:原理、现状及展望

随着国际单位制(International System of Units,SI)量子化变革的稳步推进和广域落地实施,以更加准确、稳定的量子计量标准替代实物计量标准,已成为计量学领域的重点攻关任务之一。量子功率标准对电能的精准计量将发挥关键作用,可有力保障电能贸易结算、电碳交易的公平和公正。首先,该文从交流功率标准和直流功率标准两方面,对当前国内外功率标准研究现状进行了综述。对于交流功率标准,分别阐述了工频交流功率标准和宽频交流功率标准的基本架构、测量原理,指出基于热电变换器的交流功率标准可实现工频和宽频(百kHz)交流功率的高准确度溯源,而国内外已有交流量子功率标准的工作频带一般不超过400Hz,需开展宽频交流量子功率标准研究;对于直流功率标准,国内外还处于初步研究阶段,由于当前尚缺乏对直流电压、电流信号的标准化定义,导致应以何种形式的直流功率信号作为标准被测对象尚不明确,无法为构建直流量子功率标准提供方向性指导。随后,该文对比分析了不同的功率标准,给出了对当前构建功率标准所存在问题的思考,并试对交、直流功率标准的未来发展做出展望:随着宽频量子电压标准技术的发展与进步,有望实现宽频量子功率标准;同时,开展宽频、宽量限电压、电流放大器和比例技术的研究,是实现高准确度交、直流量子功率标准的重要前提。

兼容多种交流供电制式的不间断电源研究

在“源随荷动”的电网调度模式下,市场存在不同交流供电制式的需求。为满足市场需求,设计了一种兼容多种交流供电制式的不间断电源系统。系统中通过切换装置进行制式选择,根据选定的制式进行不同的驱动控制,从而实现多种交流供电制式的兼容。为提高不间断电源系统的可靠性,还提出了一种制式兼容的容错机制。最后通过一台40 kV·A/36 kW样机进行实验,结果表明该系统能够兼容多种交流供电制式,验证了设计的正确性。

中欧铁路交流牵引电流回流接地标准对比研究

回流接地系统在电气化铁路中具有重要的安全意义,为明确中、欧铁路回流接地标准的差异,推动我国标准国际化工作开展,对中、欧铁路交流牵引电流回流接地的安全接地设计、低压设备防护等标准进行对比研究。经总结对比得出,回流接地系统的基本原则保持一致,技术细节上存在差异,建议结合我国国情深入研究回流接地系统以完善优化标准,并积极参与标准国际化工作。

特高压交流输电标准国际化需求与IEC标准修订建议

国家电网公司在特高压交流输电领域积累了大量的工程建设和运行经验,取得了多项具有自主知识产权的特高压交流输电技术成果,并制定了相应的行业与国家标准。针对很多国际标准缺乏特高压相关内容的现状,国家电网公司积极推进特高压交流输电标准的国际化工作,并实质性参与制定或修订国际标准。对国家电网公司特高压交流输电技术的研究及标准编制情况进行了跟踪,总结了国家电网公司特高压交流输电标准国际化工作的现状以及取得的成绩,梳理了国际电工技术委员会(IEC)的特高压交流输电标准需求,并提出了需求较大的IEC标准的修订建议,为我国后续的特高压交流输电标准国际化工作提供技术储备。

全自动互感器校验仪整体检定系统设计及应用

提出了一种由计算机控制的全自动互感器校验仪整体检定系统的设计方案,该装置由计算机、全自动互感器校验仪整检装置和标准通讯协议等组成,计算机硬件部分采用DSP处理芯片TMS320LF2407A为控制器,软件部分采用友好、直观的虚拟仪器软件为人机交互界面,同时该系统还采用高精度数控线性变频变压电源作为交流测试信号电源。目前本全自动互感器校验仪整检系统样机在江苏省电力公司电科院、国网电科院使用情况良好,极大地提高了工作效率。

脉冲调宽乘法器在交流应用下的误差及标准功率、电压、电流测量仪的研制

本文讨论了脉冲调宽乘法器用于交流测量时交直流变换误差与时分割频率的关系，提出了一种新的准确计算方法，并对相移误差等因素作了分析，给出了减小误差的措施。最后介绍了基于上述分析而设计研制的标准功率、电压、电流测量仪，其测量功率、电压、电流的误差均小于００１％

基于约瑟夫森量子电压的交流功率测量系统及方法研究

基于约瑟夫森量子电压标准设计了交流功率差分测量系统。通过分析差分采样系统的误差分布及误差传递函数,提出换向差分测量方法,减小了差分采样系统的增益误差,提高了电压幅值测量准确度;通过分析衰减系数η,证明了采用换向差分测量较容易实现10-7量级电压幅值测量。通过评估差分采样系统零相位,结果证明了差分采样系统具有较好的相位测量稳定性。分析了交流功率差分测量系统的不确定度分量,评估了功率因数为1.0,0.5 L和0.5 C时的功率测量不确定度,通过与国家交流功率基准装置进行实验比对,证明了基于约瑟夫森量子电压交流功率测量系统不确定度评估的合理性。

无功计量标准装置的建立及量值比对

对中国电科院研制建立的单相无功功率/电能计量标准装置做了阐述。基于电流比较仪式电桥,标准装置以交/直流转换标准、交流标准电阻和标准电容为基础,通过直接向直流电压标准溯源,确立一个准确的无功功率/电能标准值。装置的测量不确定度为30ppm。利用虚拟仪器技术,研究并设计无功计量装置的系统软件,从而实现无功表计的自动化校准和测试。

铷原子频标中微波功率频移的实验研究

测量了铷原子频标中的微波功率频移,结果表明,微波功率频移主要来源于微波跃迁的二级微扰。

改进铷原子频标中微波功率频移的试验研究

微波功率频移是影响铷原子频标中长期稳定度的重要因素之一。本文对形成铷原子频标中微波功率频移的机理进行分析研究,对铷原子频标的C场场强、光强和微波场强的均匀性进行优化改进,以减小铷原子频标的微波功率频移敏感性。通过试验测试,进一步验证了形成铷原子频标微波功率频移的机理;总结了铷原子频标微波功率频移的主要特点;并得出在铷原子频标信噪比最大处,铷原子频标的微波功率频移系数优于3.5×10-12 dB-1。

直流潮流与交流潮流的对比分析

直流潮流因其具有线性表达和快速性而被广泛用于电力系统日前发电计划安全校核、电力市场阻塞管理、安全约束机组组合以及经济调度等场合。但是与交流潮流相比,其结果的误差及其与网络结构、运行状态的关系尚未得到深入分析。对IEEE多个测试系统和福建电网算例做了大量数值仿真,给出了误差的量化指标,并对误差与电压标准差、网络元件电抗电阻比及负荷状态等因素之间的关系进行了详细分析。研究表明对于电抗电阻比大于4且电压标准差值小于0.02的网络,采用直流潮流误差较小。

互联电网CPS标准下的自动发电控制策略

阐述了互联电网控制性能评价标准(CPS)下的自动发电控制(AGC)策略。提出了CPS调节功率分量这一新概念,并将其与比例分量和积分分量相结合,构成区域总调节功率。进一步根据区域控制偏差(ACE)和频率偏差的大小与方向,对区域总调节功率予以修正,以进一步提高CPS指标。最后提出了根据区域总调节功率而不是ACE来划分AGC控制区域的方法。这些控制策略有利于提高电网频率控制质量,体现了紧急情况下互联电网各AGC控制区之间的相互支援,在多个大电网的实际应用中取得了良好的效果。

串并联型电阻分压器相角偏差的自校验方法

设计了一种串并联结构的同轴型电阻分压器,基于该分压器提出一种新的相角偏差量值溯源方法。该方法主要通过分压器相角偏差与电阻阻值之间的特殊比例关系实现,通过测量两结构尺寸完全相同的分压器相角偏差的差值实现自校验;设计完成了分压比为1001,电阻阻值为100Ω的电阻分压器,通过新的相角偏差溯源方法对该分压器相角偏差在400 Hz到100 kHz频率范围内进行自校验,并对自校验结果进行了不确定度评估,在100 kHz时分压器相角偏差标准不确定度优于30μrad。

CPS标准下的AGC机组辅助服务定量评估

提出一种基于CPS标准的自动发电控制(AGC)机组考核方法,该方法利用控制区总发电功率与计划出力之差及频率误差的相关系数作为控制区自动发电控制性能指标,并以系统频率误差与ACE乘积为标准,构成控制区AGC总任务描述。同时,根据各AGC机组指令分配系数分解总任务,构成各电厂AGC考核指标。通过在四川电网EMS系统的应用,证明该方法的可行性。

选矿厂自动化接地系统设计

结合某铜矿选矿厂自动化系统建设,详细介绍了该厂接地系统的设计。从介绍接地系统结构入手,分别阐述了等电位连接、低压交流配电系统接地制式的选择、自动化设备接地以及电缆屏蔽接地等。系统投运后一直稳定运行,有很好的借鉴意义和应用价值。

交流功率标准构建原理及发展趋势综述

交流功率标准作为电能计量最重要的溯源源头,对确保电能贸易结算的公平公正具有基础支撑作用。对目前构建高精度交流功率标准的常用方法以及功率量值溯源的链路进行了阐述。通过分析基于交流功率标准的电能表校准过程的误差来源,确立了主要的测量不确定度分量。针对现有交流功率标准存在的局限性,以及新型电力系统对电能计量提出的新需求,展望了电能计量标准未来的发展趋势。

交流标准电阻器技术浅析

交流标准电阻器的设计原理、制造技术,包括测试技术、测试方法越来越受到各行各业的关注。传统的直流电阻器功能及测试技术已不能替代交流电阻器功能和测试方法,也就是不再适用对交流电阻值的评估。技术发展涉及到对交流电阻值的正确性、可靠性评估,直接关系到对产品质量的评价和使用的有效性。本文围绕影响交流标准电阻器品质的若干影响要素作一些初步剖析。

平衡监管区区域控制偏差限制标准剖析

探索BAAL(balancing authority ACE limits)标准的内涵,明确其在评价和规范区域控制行为上的本质,理解其在频率控制方面的作用,可为构建我国新一代评价标准提供参考。为此,通过对BAAL标准考核指标和越限等级的深入剖析,揭示了其本质是保证频差连续越限的时间不超过30 min;理清了BAAL与CPS1标准之间的关系,即CPS1可约束系统频差幅值的大小分布特性,而BAAL可对频差幅值在时间尺度上的连续分布做出限制;通过对BAAL标准设计原理的分析,明确了其评价过程及具有的5个特点。分析表明:BAAL标准主要关注于电网的运行可靠性;从频率约束角度看,BAAL与CPS1标准相互配合,可对频差大小及其在时间轴上的分布做出约束;但BAAL只限于数十分钟及以上时间尺度的频差幅值约束,对秒至分钟级的短时频差约束还未涉及。

基于PJVS的交流量子电压比例研究

可编程约瑟夫森量子电压基准(PJVS)在电学计量中的应用,完成了电压单位伏特由实物基准到自然基准的过渡,具有高准确性、高稳定性的特点。基于双路量子电压信号,可构建具有量子精度的交流比例,实现任意交流比例高精度的量子复现,从而替代传统交流比例技术。通过驱动SNS型双路约瑟夫森结阵,能够同时合成两路幅值精确且相位可调的量子电压。采用双通道差分采样技术减小了台阶间过渡过程对量子电压幅值恢复的影响,结合通道换臂技术实现量子电压比例的高精度测量,交流量子电压比例测量标准不确定度为0.09μV/V,交流量子电压比例输出精度优于0.05μV/V。通过与传统感应分压器(IVD)比较测量,验证了交流量子电压比例的准确性。最后讨论了交流量子电压比例技术在功率计量以及交流阻抗电桥两个电磁计量领域中的应用。

大电网交流联络线功率协调控制考核方法

针对省级电网在考核周期首末时段的大幅调整行为与跨区特高压交流联络线控制要求不能协调的现象,提出了一种协调性更好的省间联络线控制考核方法。首先分析得出了当前华中区域省间联络线控制与跨区特高压交流联络线控制不协调的原因:一是目前省间联络线控制采用的CPS2标准的考核周期为15min,对特高压联络控制采用的1min考核周期内的功率波动难以形成有效约束;二是CPS2标准与T1标准的区域控制偏差(area control error,ACE)可行域不能协调统一。其次,为抑制省级电网在考核周期首末段的大幅调整行为,提出将CPS2考核指标替换为各省15min内每分钟ACE均值绝对值的均值。最后,对新办法的实施效果分析发现:每个考核周期15 min首、末2 min内特高压考核点所占比例由27.54%降为26.95%,接近26.67%的平均分布概率;跨区交流联络线考核点数由1660减少为1040个;跨区交流联络线波动幅度平均每月>300 MW的波动时长占比由3.219%降为2.506%;省级电网在考核周期内的ACE曲线形态更为平坦;省网每分钟ACE均值降低。该考核办法有效抑制了省网在考核周期首末段大幅调整的行为,省间联络线控制与跨区交流联络线控制的协调性更好。