CN102013933A - 智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法 - Google Patents

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Abstract

智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，以局域网中基准时钟主机的时钟代码为标准时序码，基准时钟主机按照时间间隔ΔT发送标准时序码至局域分机；在局域分机中设置接收标准时序码、即时校准本地时钟时序码和随机补偿采样点时差的处理单元，处理单元依据标准时序码对分机的时序校对，并记录等时间间隔内局域分机时钟与基准时钟主机时钟的即时误差值、存储于专用存储器内，计算即时误差值的算术平均值、更新在中间存储器中；处理单元依据最新的平均误差值对局域分机在下一个等时间间隔之内发出的采样指令时刻的时序误差进行随机修正。本发明实现时钟同步只依靠基准时钟主机的一颗CPU时钟，不仅使成本大大降低，且结构更加简单、也不易受到干扰。

Description

智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法
技术领域
本发明属于智能化电网领域，涉及智能电网中同局域分机实现同步采样的方法，特别是具有高精度标准时钟的基准时钟主机对局域分机进行时钟重复性修正来保证同步性的智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法。
背景技术
目前国内正在大力发展智能电网，智能电网的一个特点就是模拟信号数字化，这就对数字化信号的同步性提出了一定的要求：局域网内各局域分机的采样时刻在10分钟内误差小于4微秒。
现有技术中采用大型FPGA技术完成局域分机同步采集和输出采样脉冲信号，采用FPGA的方法虽然能达到系统要求，但是成本太高，结构复杂，且容易受到干扰；另外FPGA与CPU之间的信息共享不方便。
综上，为了达到全站乃至全网对电压、电流的采样时间的统一，在达到数字化信号的同步性要求的指标的同时，又不得不顾及成本造价、结构简单、信息共享及局域分机间的干扰信号这些方面的问题，迫切地要求新的解决方案的提出。
发明内容
本发明解决了局域分机的数据采集实现同步的难题，达到局域分机设备具有保持采样时刻在10分钟内误差小于4微秒的能力，且系统结构简单，实现了低成本、易实施的效果。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是：智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，上述方法基于局域中由基准时钟主机与局域分机建立主从关系以及信息交换通道的基础上实现的，所述的方法包括如下步骤：
①以局域网中基准时钟主机的时钟代码为标准时序码，基准时钟主机按照管理程序设定的时间间隔ΔT发送标准时序码至局域分机；
②在局域分机中设置接收标准时序码、即时校准本地时钟时序码和随机补偿采样点时差的处理单元，处理单元依据标准时序码对分机的时序校对，并记录等时间间隔内局域分机时钟与基准时钟主机时钟的即时误差值、存储于专用存储器内，计算出专用存储器中所存储的即时误差值的算术平均值、更新、存储在中间存储器中；
③处理单元依据最新修订的平均误差值对局域分机在下一个等时间间隔之内发出的采样指令时刻的时序误差进行随机修正。
本发明实现的有益效果是：局域内所有分机的时钟同步只依靠基准时钟主机的一颗CPU，不仅使成本大大降低，且结构完全依赖于硬件使得结构更加简单、也不易受到干扰；另外，利用本发明方法由外部高精度时钟时序重复修正分机内部时钟时序，使修正更加自然和连续；还实现了当标准时序信号消失，局域分机具有保持采样时刻在10分钟内误差小于4微秒的能力，实际检测结果达到10分钟1.5微秒的守时能力；再者平均值计算对尾数的处理，在保证了准确度的同时使精度更加精准。
具体实施方式
智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，上述方法基于局域中由基准时钟主机与局域分机建立主从关系以及信息交换通道的基础上实现的，所述的方法包括如下步骤：
①以局域网中基准时钟主机的时钟代码为标准时序码，基准时钟主机按照管理程序设定的时间间隔ΔT发送标准时序码至局域分机；
②在局域分机中设置接收标准时序码、即时校准本地时钟时序码和随机补偿采样点时差的处理单元，处理单元依据标准时序码对分机的时序校对，并记录等时间间隔内局域分机时钟与基准时钟主机时钟的即时误差值、存储于专用存储器内，计算出专用存储器中所存储的即时误差值的算术平均值、更新、存储在中间存储器中；
③处理单元依据最新修订的平均误差值对局域分机在下一个等时间间隔之内发出的采样指令时刻的时序误差进行随机修正。
处理单元依据标准时序码对局域分机的时序校对是借助CPU内部定时器实现的，步骤如下：
A处理单元接收基准时钟主机发送过来的标准时序码、直接用来校准当地时钟时序、消除与主机时钟的在一个ΔT积累误差Δti，并把该误差值作为一个ΔT时间内的即时误差记录在专用存储器中；
B局域分机的处理单元对专用存储器中的积累误差Δti转换为计算秒时钟的脉冲个数、用ΔT做秒平均处理找出秒时钟加法器中进位脉冲个数误差值ΔP，用ΔP中的整数部分直接修正秒时钟加法器中的进位值，处理结果、ΔP和ΔP的尾数ΔPi储存至中间存储器中；
C在下一个校准时刻时循环执行步骤A-B，对局域分机的时序重复修正、以逼近基准时钟主机的标准时序。
所述的积累误差Δti是该时刻之前1-20次，包括本次，记录的累计误差的求平均值。
所述尾数ΔPi作为下一个标准时序校准信号到达之前的补偿系数，在此间隔时间中的采样时序按照本地时钟时序加上补偿时序计算，秒进位脉冲补偿的数值dt＝ΔPi×t/n，t为采样点距离本次标准时序码信号到达时刻的时间差，n为秒时钟加法器中进位脉冲个数。对平均值尾数的处理，在保证了同步采样准确度的同时使精度更加精准。
所述的步骤还包括：用中间存储器中所存储的数值与对应记录的时刻为坐标，确立平均误差值随时间变化的函数关系，作为局域分机时序自我校正下的经验修正函数。如果有基准时钟主机发送的标准时序码信号丢失的突发事件发生，局域分机时序可以根据此经验修正函数进行自我校正。
本发明在具体实施时，以局域网中基准时钟主机的时钟代码为标准时序码，基准时钟主机按照管理程序设定的时间间隔ΔT发送标准时序码至局域分机；在局域分机中设置接收标准时序码、即时校准本地时钟时序码和随机补偿采样点时差的处理单元，处理单元依据标准时序码对分机的时序校对，并记录等时间间隔内局域分机时钟与基准时钟主机时钟的即时误差值、存储于专用存储器内，计算出专用存储器中所存储的即时误差值的算术平均值、更新、存储在中间存储器中；处理单元依据最新修订的平均误差值对局域分机在下一个等时间间隔之内发出的采样指令时刻的时序误差进行随机修正。处理单元依据标准时序码对局域分机的时序校对的详细过程为：首先，处理单元接收基准时钟主机发送过来的标准时序码、直接用来校准当地时钟时序、消除与主机时钟的在一个ΔT积累误差Δti，并把该误差值作为一个ΔT时间内的即时误差记录在专用存储器中；然后，局域分机的处理单元对专用存储器中的积累误差Δti转换为计算秒时钟的脉冲个数、用ΔT做秒平均处理找出秒时钟加法器中进位脉冲个数误差值ΔP，用ΔP中的整数部分直接修正秒时钟加法器中的进位值，处理结果、ΔP和ΔP的尾数ΔPi储存至中间存储器中；最后，在下一个校准时刻时循环执行步骤A-B，对局域分机的时序重复修正、以逼近基准时钟主机的标准时序。其中，所述的积累误差Δti是该时刻之前5次，包括本次，记录的累计误差的平均值。所述尾数ΔPi作为下一个标准时序校准信号到达之前的补偿系数，在此间隔时间中的采样时序按照本地时钟时序加上补偿时序计算，秒进位脉冲补偿的数值dt＝ΔPi×t/n，t为采样点距离本次标准时序码信号到达时刻的时间差，n为秒时钟加法器中进位脉冲个数。对平均值尾数的处理，在保证了同步采样准确度的同时使精度更加精准。另外，用中间存储器中所存储的数值与对应记录的时刻为坐标，确立平均误差值随时间变化的函数关系，作为局域分机时序自我校正下的经验修正函数。如果有基准时钟主机发送的标准时序码信号丢失的突发事件发生，局域分机时序可以根据此经验修正函数进行自我校正。本发明方法，以基准时钟主机重复修正局域网内所有分机的内部时钟，其结构简单，修正自然、连续；实现了即使基准时钟主机的标准时序码信号丢失，局域分机的采样时刻也已达到10分钟1.5微秒的守时能力。

Claims (5)

1.智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，上述方法基于局域中由基准时钟主机与局域分机建立主从关系以及信息交换通道的基础上实现的，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
①以局域网中基准时钟主机的时钟代码为标准时序码，基准时钟主机按照管理程序设定的时间间隔ΔT发送标准时序码至局域分机；
②在局域分机中设置接收标准时序码、即时校准本地时钟时序码和随机补偿采样点时差的处理单元，处理单元依据标准时序码对分机的时序校对，并记录等时间间隔内局域分机时钟与基准时钟主机时钟的即时误差值、存储于专用存储器内，计算出专用存储器中所存储的即时误差值的算术平均值、更新、存储在中间存储器中；
③处理单元依据最新修订的平均误差值对局域分机在下一个等时间间隔之内发出的采样指令时刻的时序误差进行随机修正。
2.根据权利要求1所述的智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，其特征在于：处理单元依据标准时序码对局域分机的时序校对是借助CPU内部定时器实现的，步骤如下：
A处理单元接收基准时钟主机发送过来的标准时序码、直接用来校准当地时钟时序、消除与主机时钟在一个ΔT的积累误差Δti，并把该误差值作为一个ΔT时间内的即时误差记录在专用存储器中；
B局域分机的处理单元对专用存储器中的积累误差Δti转换为计算秒时钟的脉冲个数、用ΔT做秒平均处理找出秒时钟加法器中进位脉冲个数误差值ΔP，用ΔP中的整数部分直接修正秒时钟加法器中的进位值，处理结果、ΔP和ΔP的尾数ΔPi储存至中间存储器中；
C在下一个校准时刻时循环执行步骤A-B，对局域分机的时序重复修正、以逼近基准时钟主机的标准时序。
3.根据权利要求2所述的智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，其特征在于：所述的积累误差Δti是该时刻之前1-20次，包括本次，记录的累计误差的求平均值。
4.根据权利要求2所述的智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，其特征在于：所述尾数ΔPi作为下一个标准时序校准信号到达之前的补偿系数，在此间隔时间中的采样时序按照本地时钟时序加上补偿时序计算，秒进位脉冲补偿的数值dt＝ΔPi×t/n，t为采样点距离本次标准时序码信号到达时刻的时间差，n为秒时钟加法器中进位脉冲个数。
5.根据权利要求2所述的智能化电网中同局域分机实现同步采样的方法，其特征在于：所述的步骤还包括：用中间存储器中所存储的数值与对应记录的时刻为坐标，确立平均误差值随时间变化的函数关系，作为局域分机时序自我校正下的经验修正函数。
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