CN101770208A - 一种电力系统授时时钟的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力系统授时时钟的实现方法，步骤如下：①对来源于卫星源模块的参考源秒脉冲信号和本地秒脉冲信号进行鉴相，获取两个秒脉冲信号的相位值，对该相位值进行PID控制后获取频率控制字，利用该频率控制字在频率合成器中调整输出频率，输出频率的调整导致本地秒脉冲的调整；②本地秒脉冲调整后，输出至少一种数据类型的时间信息。本发明对参考源秒脉冲信号和本地秒脉冲信号的相位值进行PID控制后获取频率控制字，利用该频率控制字在频率合成器中调整输出频率，从而减小与参考源秒脉冲相位差。另外，本发明的结构为“卫星源模块+时钟控制块+接口模块+接口总线模块+接口扩展板”的结构，提高了新产品的可维护性、可升级性。
Description
技术领域
本发明属于电力通讯领域，具体地说是涉及一种应用在电力系统中授时时钟的实现方法。
背景内容
电力厂、变电站系统对时钟的可靠性和精度要求比较高，而实际中往往达不到所需的精度要求。另外，时钟接口输出种类要求比较多，且数量要求繁多，如：空接点、RS232、RS485/422、TTL输出、光纤输出、网络接口等等。而在内容方面，包括串口报文、可编程脉冲、IRIG-B直流码、IRIG-B交流码、DCF77、告警等等。其中，DCF77是指德国电波发射的77.5KHZ的信号。
如图1所示，传统系统时钟，由时钟源由卫星源模块，如GPS模块生成时间信息，通过接口转化模块输出B码或DCF77等其他数据类型的时间信息。在实际的应用中，由于在不同的场合，时钟接口的数量、接口的类型各有不同，这样，传统的系统时钟由于接口单一，形式固定，数量有限，不能灵活配置，很难满足时钟产品在电力系统的实际应用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种授时可靠、授时精度高的电力系统授时时钟的实现方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明包括以下步骤：
①对来源于卫星源模块的参考源秒脉冲信号和本地秒脉冲信号进行鉴相，获取两个秒脉冲信号的相位值，对该相位值进行PID控制后获取频率控制字，利用该频率控制字在频率合成器中调整输出频率，输出频率的调整导致本地秒脉冲的调整，从而减小与参考源秒脉冲相位差；
②本地秒脉冲调整后，输出至少一种数据类型的时间信息。
上述的步骤①包括：
a、对所述的相位值进行滤波处理；
b、对滤波后的相位值进行状态转移。
在步骤②后，还包括步骤③：将输出的至少一个数据类型的时间信息均放置在接口总线模块上；上述的接口总线模块上设有至少一个数据接口插槽，数据接口插槽与该数据类型的接口扩展板相匹配。
上述输出的数据类型包括DCF77、串口报文、IRIG-B交流码、IRIG-B直流码、可编程脉冲。
上述的参考源秒脉冲信号来源于GPS模块。
上述的参考源秒脉冲信号还可以来源于北斗模块。
采用上述技术方案的本发明，对电力系统的授时装置进行了改进，对参考源秒脉冲信号和本地秒脉冲信号的相位值进行PID控制后获取频率控制字，利用该频率控制字在频率合成器中调整输出频率，输出频率的调整导致本地秒脉冲的调整，从而减小与参考源秒脉冲相位差，由此获得了很好的授时精度。另外，本发明将传统的“卫星源模块+接口转换+接口”这钟简单的结构中，改变为“卫星源模块+时钟控制块+接口模块+接口总线模块+接口扩展板”的结构，提高了新产品的可维护性、可升级性。采用新的结构实现了时钟接口数量的灵活配置，时钟接口类型的灵活配置，可以适应电力系统多接口类型，多种接口形式，不同接口数量的应用需要，且维护方便快捷，达到通过灵活配置，来满足电力时钟的多种应用需求。
附图说明
图1为电力系统时钟的传统结构；
图2为本发明的整体结构图；
图3为本发明中时钟控制模块的原理框图；
图4为本发明中接口总线模块传输数据的原理框图；
图5为本发明中的状态转移图。
具体实施方式
实施例1
本发明包括以下步骤：
①如图2所示，对来源于GPS模块的参考源秒脉冲信号GPS-1PPS和本地秒脉冲1PPS信号进行鉴相，获取两个1PPS信号的上升沿间的时间间隔，即相位差，然后根据此相差进行PID控制，获取控制频率合成器DDS频率的控制字，利用该频率控制字在频率合成器中调整输出频率，输出频率的调整导致本地秒脉冲的调整，从而减小与参考源秒脉冲的相位差，此控制过程类似一个弱耦合的锁相环。
步骤①在如图3所示的时钟控制模块完成。从GPS模块输出的GPS-1PPS信号进入鉴相器，同时进入鉴相器的还有高稳钟输出的本地参考10MHZ信号，鉴相器输出的相位值差值进入由ARM构成的处理系统中。在ARM控制器中产生维护一个可靠的时钟，供接口模块生成不同的授时接口形式。另外，利用ARM控制器输出的频率控制字在频率合成器DDS合成本地10MHZ信号，频率合成器DDS采用本地高稳钟的频率信号做参考时钟，在芯片内部进行倍频处理，然后采用相位幅值查表的方法得到频率控制字，并根据频率控制字的值生成对应的一定频率范围的信号，即10MHz的频率信号，并将该信号送至分频器中，由分频器输出需要的数据类型时间信息。上述的相位幅值查表法为本领域普通技术人员所熟知的技术。
②本地秒脉冲调整后，输出至少一种数据类型的时间信息。由步骤①可知，该时间信息可以由分频器输出，还可以从ARM处理系统中直接输出。上述的数据类型可以为DCF77、串口报文、IRIG-B交流码、IRIG-B直流码、可编程脉冲中的任意一种或几种组合。在本实施例中，仍然采用如图1所示的传统“卫星源模块+接口转换+接口”结构模式，在这种结构模式中，GPS模块、接口转换模块均为本领域普通技术人员所熟知的技术。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中，步骤①包括：
a、对所述的相位值进行滤波处理，在滤波部分主要剔除鉴相值中的野点，及对鉴相值进行平滑处理，采用滑动窗口的方法进行。
b、对滤波后的相位值进行状态转移，如图5所示。
在本控制系统中跟本地授时信号的可用度，分为阻塞、跟踪、保持三种工作状态。
阻塞状态：本地授时信号不可用，在开机的本地钟预热的时间段、预热后的快速同步时间段、跟踪源长时间不可用的时间段、调相评估时间段系统处于阻塞状态。
跟踪状态：本地授时信号可用，本地1PPS与跟踪源保持同步状态并根据相差对输出控制量进行微调的阶段处于跟踪状态，根据不同控制阶段分为低跟踪模式、高跟踪模式、最优跟踪模式。
保持状态：本地授时信号可用，系统处于跟踪状态后，由于跟踪源不可用或跟踪源切换评估，系统处于的阶段为保持状态。
本实施例中采用阻塞、跟踪、保持三种状态：(1)阻塞状态表示本地授时信号不可用、跟踪及保持状态本地授时信号可用。阻塞状态包括本地生成的时频信号处于自由运行状态及本地信号大范围调整与参考源信号不同步的状态；(2)跟踪状态包括根据本地高稳钟的特性及卫星时标特性，应用PID控制算法进行频率的控制；(3)保持状态是在参考源信号不可用时，完全运用本地高稳钟的特性采用一定的保持算法进行授时信号的维护。由于时钟控制模块具备调相功能，因此在调相的同时，鉴相值有大的跳变，因此在状态判断时，必须能判断这一特殊情况。
其他技术特征与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中，在步骤②后，还包括步骤③：将输出的至少一个数据类型的时间信息均放置在接口总线模块上；上述的接口总线模块上设有至少一个数据接口插槽，数据接口插槽与该数据类型的接口扩展板相匹配。
输出的数据类型包括DCF77、串口报文、IRIG-B交流码、IRIG-B直流码、可编程脉冲。如图2所示，本发明将时钟源输出的时间信息转化成不同的数据类型，然后放入到接口总线模块上，接口总线模块上设有多个数据接口插槽，数据接口插槽与该数据类型的接口扩展板相匹配。上述的数据接口插槽可根据实际需要转化的数据类型的数量而设定。上述时间信息转化成的数据类型包括DCF77、串口报文、IRIG-B交流码、IRIG-B直流码、可编程脉冲，那么，其数据接口插槽的数量可以为五个，还可以根据需要为六个、七个、八个或甚至更多个。
如图4所示，将时钟源输出的时间信息转化成不同的数据类型后，再将这些数据类型均放在接口总线模块上。接口总线为每一个接口扩展板均提供了10MHZ、1PPS信号、1PPM、1PPH、1PPX、DCFF77、直流IRIG-B、交流IRIG-B、TOD-TX信号。即数据接口插槽上的定义都一致，同一个插槽可以插入所有类型的接口扩展板，达到灵活配置接口数量的应用要求。接口扩展板，又分为不同扩展类型，如有：TTL接口扩展、板光纤接口扩展、板RS485/422扩展板、RS232扩展板、交流IRIG-B扩展板、网络板授时扩展板、DCF77扩展板、频率扩展板、空接点扩展板等，各个不同的接口扩展板可以输出不同格式时间信息，以适应不同的接口类型。
其他技术特征与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1不相同的是，在本实施例中，卫星源模块为北斗模块，北斗模块提供参考源秒脉冲信号。上述的北斗模块为本领域普通技术人员所熟知的技术，由于北斗模块授时的安全性和可靠性，所以采用北斗卫星模块进行授时是将来发展的必然趋势。
需要指出的是，本发明中的参考源秒脉冲信号不仅可以来源于GPS模块和北斗模块，还可以来源于Galieo、Glonass等卫星导航系统的秒脉冲信号，只需要将GPS模块换成Galieo卫星模块或Glonass卫星模块即可，他们均为本领域普通人员所熟知的技术。
Claims (6)
1.一种电力系统授时时钟的实现方法，其特征在于，它包括以下步骤：
①对来源于卫星源模块的参考源秒脉冲信号和本地秒脉冲信号进行鉴相，获取两个秒脉冲信号的相位值，对该相位值进行PID控制后获取频率控制字，利用该频率控制字在频率合成器中调整输出频率，输出频率的调整导致本地秒脉冲的调整，从而减小与参考源秒脉冲相位差；
②本地秒脉冲调整后，输出至少一种数据类型的时间信息。
2.根据权利要求1所述的电力系统授时时钟的实现方法，其特征在于：所述的步骤①包括：
a、对所述的相位值进行滤波处理；
b、对滤波后的相位值进行状态转移。
3.根据权利要求1所述的电力系统授时时钟的实现方法，其特征在于：在所述的步骤②后，还包括步骤③：将所述输出的至少一个数据类型的时间信息均放置在接口总线模块上；所述的接口总线模块上设有至少一个数据接口插槽，数据接口插槽与该数据类型的接口扩展板相匹配。
4.根据权利要求3所述的电力系统授时时钟的实现方法，其特征在于：所述输出的数据类型包括DCF77、串口报文、IRIG-B交流码、IRIG-B直流码、可编程脉冲。
5.根据权利要求1所述的电力系统授时时钟的实现方法，其特征在于：所述的参考源秒脉冲信号来源于GPS模块。
6.根据权利要求1所述的电力系统授时时钟的实现方法，其特征在于：所述的参考源秒脉冲信号来源于北斗模块。
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