中国电科院研制单相工频电能计量标准装置 进一步提升我国电能计量准确性可靠性

中国电科院研制了单相工频电能计量标准装置。多年来，该装置性能持续提升，于2023年成为地位仅次于国家基准的副基准，为我国工频电能计量准确统一提供旁证——

在日常生产生活中，电能计量至关重要，不仅直接影响每个家庭的电费，还关系各行各业的成本控制和效率管理。电能计量的准确性对于确保电力市场公平交易、促进能源资源合理分配和实施节能减排政策等方面都具有深远的影响。

中国电力科学研究院研制了单相工频电能计量标准装置。该装置具有自平衡、自校准的特性，用于开展标准电能表、电子式交流电能表、交流电能表检定装置的量值溯源与传递工作。2023年，该装置经国家市场监督管理总局批准成为单相工频电能副基准装置，对于提高电能计量准确性和可靠性、完善我国电能计量体系有重要意义。

确保从国家基准到用户电能表之间量值传递的准确性和一致性

根据《通用计量术语及定义》（JJF 1001—2011），测量是通过实验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程，而计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。可以说，计量学是研究测量的科学，确保了测量结果的准确性、可重复性和可比性。

电能计量关乎电能表的校准、电能质量的评估、电力系统的稳定性分析等多个方面。电能计量的准确性直接关系能源的合理分配、经济成本的计算以及国家能源政策的制定。众所周知，电源分为单相电和三相电，家庭、商业及小型工业用电主要采用单相电。单相电能计量的准确性和可靠性备受关注。单相工频电能计量即是对单相交流电能的计量。

计量基准用以复现和保存计量单位量值，通常分为国家基准、副基准和工作基准三类。国家基准是一个国家内量值溯源的终点，也是量值传递的起点，具有最高的计量学特性。而副基准则是通过与国家基准比对来确定其量值并经国家鉴定、批准的计量器具，其地位仅次于国家基准。一旦国家基准出现损坏，副基准可以代替国家基准。

在电能计量领域，单相工频电能副基准装置用于复现和保存国际单位制中的导出单位焦耳，作为纽带确保了从国家基准到用户电能表之间量值传递的准确性和一致性。

1986年，原水利电力部决定由当时的电力科学研究院（中国电科院的前身）建立并维护电力部门最高电力测量计量标准，开展量值传递。2002年，中国电科院研制出单相工频电能计量标准装置，该装置的技术指标和测量范围达到国际先进水平。2009年，该装置参与国际双边比对，取得国际等效一致的复现量值。2019年，随着量子技术的发展，该装置实行了量子化优化，性能进一步提升。2023年8月29日，该装置经国家市场监督管理总局批准，成为单相工频电能副基准装置。

通过构建标准电压、标准电流和标准功率因数累积标准电能量值

单相工频电能副基准装置基于电磁感应定律和能量守恒定律，通过构建电能的三个基本要素——标准电压、标准电流和标准功率因数，累积标准电能量值。

单相工频电能副基准装置中的标准直流电压源、标准交流电压源和交直流转换标准等仪器负责构建交流电压向更高准确度的直流电压溯源的链路，实现标准交流电压的构建。这些仪器具有极高的准确度和稳定性，以确保测量结果可靠。该装置中的电流比较仪式功率桥、检测放大器、跨导放大器、电流互感器等仪器负责构建与标准交流电压信号具有可溯源相位的标准交流电流。该装置经过信号控制、信号传输、信号采集、功率计算等过程，最终通过时间累积实现标准电能的输出。

计量传感器件精度、信号处理误差、环境条件变化等因素会影响单相工频电能副基准装置的测量结果。在测量过程中，实验人员通过分析和控制各种不确定因素来保证测量结果的准确度。该装置与国家或国际计量基准进行比对，实现量值溯源。这意味着该装置的测量结果可以追溯到国际单位制的基本单位。

单相工频电能副基准装置的设计和研制是一个多学科交叉的复杂过程，涉及精密仪器、电子技术、计算机科学和计量学等多个学科。单相工频电能副基准装置采用与国家单相工频电能基准装置不同原理的技术，具备支撑、辅助国家单相工频电能基准装置稳定运行的能力，为我国工频电能计量准确统一提供旁证。单相工频电能副基准装置实现了宽范围内电能计量的覆盖，满足了实验室和现场测量的不同需求，对现有量值传递及溯源体系具有补充、完善作用。

在跨国电力交易和电网互联互通中发挥重要作用

单相工频电能副基准装置为电能表的校准提供了精确的量值依据，应用极为广泛。近年来，随着智能电网和分布式能源的发展，单相电能计量的重要性更为凸显。

国家计量量值传递链路包括计量基准、计量标准和工作计量器具三级。国家基准与单项工频电能副基准装置保存的量值传递到社会公用计量标准，再逐级传递至省级电力公司电学工作计量器具。这样形成了一条不间断的传递链路，为在运的近7亿只电能表提供可靠的量值依据。

单相工频电能副基准装置的建立和应用对大型央企完善企业计量体系，参与国家先进测量体系建设具有重要意义。该装置通过量值传递和比对，为实现不同国家之间电力计量系统的互操作性和一致性提供技术支撑，在跨国电力交易和电网互联互通中发挥重要作用。在“一带一路”建设中，单相工频电能计量技术还可帮助相关国家建立或完善本国的电能计量标准，保障电力系统稳定、可靠运行。

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