直流电能表检定装置校准结果的不确定度评定分析

国网湖北省电力有限公司营销服务中心（计量中心） 王 华 吕馥香 武汉轻工大学电气与电子工程学院 吴敏萱

当前，新能源汽车已成为汽车产业转型发展的主要方向和促进经济持续增长的重要引擎，我国新能源汽车及充电设施将进入加速发展新阶段。由于直流充电设施功率大、充电时间短，作为计费的直流电能表的需求越来越大。为保证直流电能计量准确可靠，直流电能计量的准确性尤为重要。校准结果的测量不确定度评定是其中一项重要技术指标，本文分析了用直流电能表检定装置校准直流标准电能表所得测量结果的不确定度，分为A 类不确定度和B 类不确定度，影响测量结果的不确定度主要有四个因素：测量值重复性引入的不确定度；直流电能表检定装置引入的不确定度；数据修约引入的不确定度；分辨力引入的不确定度。本文为直流电能表校准数据的分析提供参考。

1 工作原理

图1 校准直流标准电能表原理结构图

直流电能表检定装置的测量方法参考JJG1085-2013《标准电能表》及JJG842-2017《电子式直流电能表》检定规程相关内容进行试验。试验参比条件：温度20℃、相对湿度为58%，用直流电能表检定装置校准0.01级直流标准电能表，通过直流电能表检定装置与被检直流标准电能表同时测得的电能值进行比较，计算被检直流标准电能表的相对误差[1]。本实验的接线原理框图如图1所示。

2 测量模型与标准不确定度的来源及评定[2]

直流电能表检定装置校准直流标准电能表时的校准结果的数学模型：γ=γ1+γ2+γ3+γ4（%）（1），式中γ 为被检直流标准电能表的测量误差（%）；γ1为直流电能表检定装置校准被检直流标准电能表得到测量误差（%）；γ2为直流电能表检定装置引入的测量误差（%）；γ3为被检直流标准电能表校准结果修约引入的测量误差（%）；γ4为直流标准电能表检定装置分辨力引入的测量误差。

表1 测量重复性结果

测量不确定度传播律[2]：由式（1）求得灵敏系数为C1=C2=C3=C4=∂γ/∂γ1=∂γ/∂γ2=∂γ/∂γ3=∂γ/∂γ4=1。

标准不确定度来源主要有四个方面：测量重复性引入的不确定度分量u(γ1)，用A 类评定方法[3]；直流电能表检定装置测量误差γ2引入的不确定度分量u(γ2)、被检直流标准电能表误差修约γ3引入的不确定度分量u(γ3)、分辨力γ4引入的不确定度分量u(γ4)，用B 类评定[3]方法（其中u(γ1)与u(γ4)取最大者）。

表2 平均值的实验标准差汇总

被检表测量重复性引入的不确定度分量u(γ1)：在以下量程时，在同一条件下进行10次独立重复测量，测量结果如表1、表2所示。单次测量的实验标准差计算公式为，10次测量的平均值的实验标准差计量公式为。

表3 标准不确定度（%）分析表

直流电能表检定装置测量误差γ2引入的不确定度分量u(γ2)：直流电能表检定装置准确度等级0.05级，最大允许误差为±0.05%,属于均匀分布,,则。

被检直流标准电能表误差修约γ3引入的不确定度分量u(γ3)：校准结果化整间隔是0.001%,因此由校准结果修约引入的不确定度是0.001%,区间的半宽度是0.0005%，属于均匀分布=0.00029%。

分辨力γ4引起的不确定度分量u(γ4)：直流电能表检定装置的分辨力是0.0001%，由分辨力引入的不确定度是0.0001%,区间的半宽度是0.00005%，属于均匀分布。

合成标准不确定度u(γ0)评定：由u(γ1)、u(γ2)、u(γ3)、u(γ4)合成标准不确定度是uc(γ)：u2c(γ)=u2(γ1)+u2(γ2)+u2(γ3)+u2(γ4)，其中u(γ1)、u(γ4)只取一个且为最大者。

3 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，U=kuc(γ)。

表4 扩展不确定度分析表（标准不确定度单位%）

结论：在参比电压Un=100V、 参比电流Ib=50A，参比电压Un=700V、参比电流Ib=300A，参比电压Un=700V、参比电流Ib=75mV 时，校准结果的不确定度均为U=0.058%，k=2。