CN103257295A - 基于北斗-gps双模授时的智能微网检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，包括北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置和备用授时中心；北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置包括授时单元、数据采集单元、数据处理单元和通信单元；授时单元包括北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块、第一ZIGBEE通信模块和授时处理模块；备用授时中心包括备用授时处理模块和第二ZIGBEE通信模块，备用授时中心独立设置在北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置外，备用授时处理模块通过第一ZIGBEE通信模块与授时单元、数据处理单元建立无线连接；本发明的多种通信方式满足不同环境的部署要求，对各个单元进行有效控制，采用神经网络对卫星信号可靠性进行预测，为选择最佳授时信号提供依据。

Description

基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统及方法

技术领域

本发明属于同步相量技术领域，具体涉及一种基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统及方法。

背景技术

发展清洁能源，走低碳化经济发展道路，正在成为国际共识和潮流。中国将继续秉承节约有限、立足国内、多元发展、保护环境、加强国际互利合作的能源发展方针，在新能源领域，与世界各国开展广泛的交流与合作，携手应对资源和环境等挑战，促进人类文明和可持续发展。

智能电网是未来电网的发展方向，分布式发电与微电网是智能电网的重要组成部分。但迄今为止，分布式发电技术的潜力远未得到充分发挥，一方面在于分布式发电本身的技术障碍，另一方面还在于现有的电网技术还不能适应分布式发电的接入要求。微电网的提出及其发展将会充分发挥分布式发电的潜能，提供更加优质、可靠、灵活的电能。随着分布式发电的不断发展及全国电网互连步伐的加快，电力系统规模日益扩大，结构日趋复杂，电网的实时动态监测与控制更为困难，系统的安全、稳定运行受到严峻挑战，而电力系统的安全、稳定与国家经济建设密切相关。因此，研究现代电力系统的实时动态监测，特别是高精度、高速传输的实时动态监测具有重要现实意义。

现代通信技术的发展，特别是北斗卫星导航技术以及GPS导航技术的发展，广域量测技术(WAMS)的应用，为这一问题的有效解决提供了可能性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统及方法。

本发明的技术方案是：

基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，包括北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置和备用授时中心；

所述北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置包括授时单元、数据采集单元、数据处理单元和通信单元；

所述授时单元包括北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块、第一ZIGBEE通信模块和授时处理模块；

所述备用授时中心包括备用授时处理模块和第二ZIGBEE通信模块，备用授时中心独立设置在北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置外，备用授时处理模块通过第一ZIGBEE通信模块与北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置的授时单元、数据处理单元建立无线连接；

所述北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块分别与授时处理模块输入端连接，授时处理模块与数据处理单元采用有线方式连接或通过第一ZIGBEE通信模块进行无线连接，数据处理单元的输入端与数据采集单元的输出端连接，数据采集单元的输入端连接智能微网，通信单元与数据处理单元通过双口RAM连接，通信单元通过TCP/IP将数据发送至远方调度系统。

所述数据采集单元包括电流互感器、电压互感器和A/D转换模块，电流互感器输入端、电压互感器输入端连接智能微网，电流互感器输出端、电压互感器输出端通过A/D转换模块连接数据处理单元。

所述数据处理单元包括DSP和第三ZIGBEE通信模块，DSP通过第三ZIGBEE通信模块与第一ZIGBEE通信模块与授时处理模块建立无线通信或者DSP通过可插拔式串口与授时处理模块连接。

所述通信单元包括ARM处理器和第四ZIGBEE通信模块，ARM处理器通过第四ZIGBEE通信模块与其他的北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置进行无线通信。

所述北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置还包括人机交互单元，人机交互单元包括液晶显示模块和键盘输入模块，且液晶显示模块和键盘输入模块分别与ARM处理器的IO接口连接，液晶显示模块用于显示装置当前时刻的运行状态、瞬时电流、瞬时电压和瞬时功角，键盘输入模块用于进行系统设置。

所述通信单元的工作模式分为主机模式和从机模式；

若当前通信单元工作在主机模式下，则该通信单元通过无线方式或者有线方式接收其他的北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置的通信单元发送的数据，并通过TCP/IP将各通信单元发送的数据汇总发送至远方调度系统，若当前通信单元工作在从机模式下，则该通信单元通过无线方式或者有线方式发送数据至工作在主机模式下的通信单元。

所述备用授时中心实时接收各授时单元输出的授时信息，将当前时刻接收到的授时信息中的最佳授时信息作为备用授时信息，在北斗卫星定位系统接收模块和GPS卫星定位系统接收模块无法提供准确授时信息时，通过第一ZIGBEE通信模块向数据处理单元提供备用授时信息。

所述北斗卫星定位系统接收模块用于提供授时信息，GPS卫星定位系统接收模块用于在北斗卫星定位系统接收模块不能正常工作时授时信息。

所述数据处理单元根据接收到的智能微网中的电压和电流得到电网功角，并将智能微网的电流、电压和功角数据加上当前时刻授时信息中的时标发送至通信单元，通信单元通过以太网接口芯片与远方调度系统进行TCP/IP通信。

采用所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统进行智能微网检测的方法，包括如下步骤：

步骤1：北斗卫星定位系统接收模块实时接收北斗卫星定位系统的卫星信号，GPS卫星定位系统接收模块实时接收GPS卫星定位系统的卫星信号，并将北斗卫星定位系统接收模块和GPS卫星定位系统接收模块接收到的卫星信号传输至授时处理模块；

步骤2：授时处理模块对北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号进行预处理，将该卫星信号中的授时信息通过无线方式或者有线方式传输至数据处理单元；

步骤2.1：授时处理模块判断北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据是否有效：若北斗卫星定位系统接收的卫星数量至少有3颗，则北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据有效，并将有效的卫星信号数据中的授时信息发送至数据处理单元和备用授时中心，并执行步骤2.3，否则北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据无效，执行步骤2.2；

步骤2.2：授时处理模块判断GPS卫星定位系统卫星信号数据是否有效：若GPS卫星定位系统接收的卫星数量至少有3颗，则GPS卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据有效，并将有效的卫星信号数据中的授时信息发送至数据处理单元和备用授时中心，并执行步骤2.3，否则执行步骤2.5；

步骤2.3：授时处理模块采用BP神经网络学习算法，预测下一时刻的卫星信号强度，得到下一时刻卫星信号强度预测值通过无线方式发送至备用授时中心；

步骤2.4：备用授时中心对多个下一时刻卫星信号强度预测值进行比较，得出下一时刻卫星信号强度预测值最大的卫星信号的授时信息作为备用授时信息；

步骤2.5：授时处理模块通过无线方式向备用授时中心发出授时请求，备用授时中心将备用授时信息发送至授时处理模块；

步骤2.6：授时处理模块将授时信息通过有线方式或无线方式发送至数据处理单元；

步骤3：数据处理单元根据授时信息中的1PPS秒脉冲控制数据采集单元定期采集智能微网的电流和电压；

步骤4：对采集到的智能微网的电流和电压进行A/D转换后传输至数据处理单元；

步骤5：数据处理单元根据智能微网的电流和电压计算当前智能微网节点的功角，并将智能微网的电流、电压和功角数据加上当前授时信息中的时标；

步骤6：将带有时标的数据通过双口RAM传输至通信单元；

步骤7：判断当前通信单元的工作模式：若为主机工作模式，则执行步骤8；若为从机工作模式，直接执行步骤9；

步骤8：将带有时标的功角数据通过无线方式或有线方式发送至工作在主机模式下的通信单元；

步骤9：工作在主机模式下的通信单元将接收到的数据汇总，通过TCP/IP协议传输至远方调度系统。

有益效果；

为了有效利用分布式发电的能源以及保证微网与大电网互联时的稳定性问题，基于北斗-GPS互备授时的智能微网多元检测装置，该装置以微型电网为应用载体，用于电网的实时动态稳定监视和控制，并且可在北斗与GPS双授时系统间切换，系统具有精度高、传输速度高、使用经济、实时性强、数据全面、可排除各种干扰因素等优点，具有良好的应用前景。

本发明的基于北斗-GPS双模授时的可分体式智能微网多元检测系统具有可靠性高，部署灵活性强，系统运行稳定的特点。与传统基于单一GPS授时的检测装置相比，授时可靠性大大提高，多种通信方式满足不同环境的部署要求。系统采用DSP—ARM构成的集成一体化控制单元，对各个单元进行有效控制，采用神经网络对卫星信号可靠性进行预测，为选择最佳授时信号提供依据，大大提高了系统运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统的设备部署图；

图2为本发明具体实施方式的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置结构示意图；

图3为本发明具体实施方式的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测方法总流程图；

图4为本发明具体实施方式的DSP根据授时信息中的1PPS秒脉冲向数据采集单元定期采样电流、电压的控制信号产生的过程示意图；

图5为本发明具体实施方式的授时处理模块对北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号进行预处理是流程图；

图6为本发明具体实施方式的RTL8019AS、RJ-45与ARM处理器的引脚连接示意图；

图7为本发明具体实施方式的RAM、Flash芯片与ARM处理器的引脚连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本实施方式的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，包括北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置和备用授时中心，基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统如图1所示，其中的装置1、装置2、装置3、装置4、装置5、装置6均为北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置。

北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置包括授时单元、数据采集单元、数据处理单元和通信单元，如图2所示；

授时单元包括北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块、第一ZIGBEE通信模块和授时处理模块，北斗卫星定位系统接收模块用于提供授时信息，GPS卫星定位系统接收模块用于在北斗卫星定位系统接收模块不能正常工作时授时信息。

北斗卫星定位系统接收模块采用和芯星通公司的UM220模块、GPS卫星定位系统接收模块采用UBLOX NEO-6M模块，授时处理模块采用TI公司的LM3S101处理器，对卫星数据进行处理和对卫星信号强度的BP神经网络学习预测，UM220模块和UBLOX NEO-6M模块通过RS232串口与LM3S101处理器连接。

北斗卫星定位系统提供主要授时标准信号，GPS卫星定位系统在北斗卫星定位系统不能正常工作的情况下作为备用授时信息。

北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块分别与授时处理模块输入端连接，授时处理模块与数据处理单元采用有线方式连接或通过第一ZIGBEE通信模块进行无线连接，数据处理单元的输入端与数据采集单元的输出端连接，数据采集单元的输入端连接智能微网，通信单元与数据处理单元通过双口RAM连接，通信单元通过TCP/IP将数据发送至远方调度系统。

授时信息处理过程是：北斗卫星定位系统接收模块将接收到的卫星信号进行解析并送至授时处理模块，授时处理模块分析卫星信号，判断当前卫星信号数据是否有效。当接收的卫星的颗数大于等于3时，认为当前卫星数据有效卫星数据有效，如当前卫星信号数据有效，通过神经网络算法预测下一时刻的卫星信号强度并输出授时信息；如果无效，则使用GPS卫星定位系统进行相同处理。如两种卫星定位系统同时无法提供准确的授时信息，则通过ZIGBEE网络向备用授时中心发送请求，由备用授时中心提供授时信息，直至自身授时单元恢复正常。由授时处理模块输出的授时信息可经有线方式或无线方式传输至其他单元，正常情况下，授时单元通过可插拔式串口与数据处理单元进行连接，数据通过串口进行传输；在室内等卫星信号不佳地点，授时单元与数据处理单元分离，将授时单元置于卫星信号良好的地点，数据通过ZIGBEE网络进行传输的授时信息的数据格式如下：

$TIME,type,no,week,TOW,year,mon,day,hour,min,sec,sig,sigp,*cs

(1)参数名：type；类型：UINT；描述：时间类型，0——无效，1——BD UTC，2——GPSUTC，3——备用BD UTC，4——备用GPS UTC；

(2)参数名：no；类型：UINT；描述：备用授时信号提供源的设备编号；

(3)参数名：week；类型：UINT；描述：周记数；

(4)参数名：TOW；类型：UINT；描述：秒记数；

(5)参数名：year；类型：UINT；描述：年记数；

(6)参数名：mon；类型：UINT；描述：月记数；

(7)参数名：hour；类型：UINT；描述：小时记数；

(8)参数名：min；类型：UINT；描述：分记数；

(9)参数名：sec；类型：UINT；描述：秒记数；

(10)参数名：sig；类型：UINT；描述：信号强度；

(11)参数名：sigp；类型：UINT；描述：预测信号强度。

数据采集单元包括电流互感器、电压互感器和A/D转换模块，电流互感器输入端、电压互感器输入端连接智能微网，电流互感器输出端、电压互感器输出端通过A/D转换模块连接数据处理单元，电流互感器和电压互感器分别采用北京新创四方公司的TA2031-4电流互感器和TV1115-1M电压互感器，A/D转换模块采用Analog Devices公司的型号为AD9218-40的A/D转换器；电流互感器、电压互感器分别将智能微网的电流、电压转换为小数值模拟量，再通过A/D转换模块将模拟量转换为数字量，数字量形式的智能电网的电流和电压数据通过可插拔式接口传输至数据处理单元。

采集电压、电流数据的过程是：TMS320F2407A根据授时信息中的1PPS秒脉冲，在设置好的时间间隔，向数据采集单元发送采集数据控制信号，并记录当前的授时信息，得到采集数据控制信号后，电流互感器、电压互感器分别采集电流、电压，经A/D转换后，送回至TMS320F2407A，TMS320F2407A将接收到的电流、电压进行处理，计算出功角的大小，并将记录的时间信息加到数据中。电网数据格式如下：

$DATE,no,i,u,

week,TOW,year,mon,day,hour,min,sec,*cs

(1)参数名：no；类型：UINT；描述：设备编号；

(2)参数名：i；类型：UINT；描述：电流值；

(3)参数名：u；类型：UINT；描述：电压值；

(4)参数名：

类型：UINT；描述：功角值；

(5)参数名：week；类型：UINT；描述：周记数；

(6)参数名：TOW；类型：UINT；描述：秒记数；

(7)参数名：year；类型：UINT；描述：年记数；

(8)参数名：mon；类型：UINT；描述：月记数；

(9)参数名：hour；类型；UINT；描述：小时记数；

(10)参数名：min；类型；UINT；描述：分记数；

(11)参数名：sec；类型：UINT；描述：秒记数。

数据处理单元包括DSP和第三ZIGBEE通信模块，DSP通过第三ZIGBEE通信模块与第一ZIGBEE通信模块与授时处理模块建立无线通信或者DSP通过可插拔式串口与授时处理模块连接，DSP采用TI公司的TMS320F2407A型号的DSP，DSP根据授时信息中的1PPS秒脉冲向数据采集单元定期采样电流、电压，根据接收到的电压和电流数据通过计算得到智能电网节点的功角，并电压、电流和功角数据加上当前时刻授时信息中的时标，并将带有时标的数据经双口RAM发送至通信单元，双口RAM采用IDT公司的IDT70V28。

DSP根据授时信息中的1PPS秒脉冲向数据采集单元定期采样电流、电压的控制信号产生的过程如图4所示：等间隔采样脉冲序列信号f_samp，由3个脉冲信号相与而成，其中P1为基波频率的锁相倍频信号，P2为GPS卫星定位系统接收模块发出的1PPS秒脉冲信号，P3为GPS卫星定位系统接收模块发出的10Khz脉冲信号。智能微网的原始相量经过模拟量预处理电路，通过信号叠加、隔直带通滤波器和整形电路，生成电网频率信号f_i，再经过倍频电路，将频率信号f_i3600倍频得到倍频信号f_o。倍频信号f_i再通过计数器A和单稳触发器分频成所需要的负脉冲触发信号序列P1，其中计数器A同时通过等间隔采样脉冲序列f_samp清零，同时计数器A清零。1PPS秒脉冲信号经过单稳触发器形成负脉冲触发信号P2，保证在整秒的时候计数器A清零，也即等间隔采样脉冲f_samp在整秒的时候为负脉冲，同样保证A/D转换器在整秒的时候会进行新的数据转换。10kHz脉冲信号经过计数器B分频和单稳触发器3之后形成负脉冲触发信号P3，同时计数器B被P2和P3信号清零，也就是说当达到整秒的时候或者达到计数器的计数值时计数器都会被清零，并发出负脉冲信号。P3信号的作用是保证在每个新数据窗的开始处开始采样。计数器A的清零信号包含P1，P2，P3信号，同样信号f_samp也包含这三个信号，即等间隔采样脉冲序列中，包含有新数据窗开始采样的信号。当一个新的数据窗开始时刻到的时候，就会发出一个负脉冲，并且从这个负脉冲开始一个新的数据窗的采样；当每一个整秒来临的时候，就会发出一个负脉冲，并且从这个负脉冲开始新的一个整秒时间的采样。同时，P2和P3还作为中断信号输入到DSP中，而当A/D转换器转换完成的时候也会产生一个中断信号输入到DSP中。这样，就在整个数据采集电路中采用了硬件锁相技术，并且从硬件上实现了频率跟踪自适应等间隔采样功能。A/D转换器接收等间隔采样脉冲序列信号f_samp对数据进行采集。

通信单元包括ARM处理器和第四ZIGBEE通信模块，ARM处理器通过第四ZIGBEE通信模块与其他的北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置进行无线通信。

网络通信采用ARM处理器，通过以太网接口芯片实现了主机对网络的访问，包括将主机数据发送至网络，和将网络数据送至OSI模型的上层设备处理。以太网接口芯片选用台湾Realtek公司生产的RTL8019AS。基地址锁定在0x300以满足ISA时序，保证能够正常访问RTL8019AS的寄存器。RTL8019AS、ARM处理器与RJ-45的连接如图6所示，其中，地址线A0-A4连接ARM处理器。A0-A4、A8和A9接高电平，其余地址线接地。数据线D0-D7连接ARM处理器数据线，地址使能引脚AEN连接ARM处理器I/O口PE2，复位引脚RSTDRV连接接ARM处理器I/O口PD0。输入输出读引脚IORB连接ARM处理器I/O读使能IORD。输入输出写引脚IOWB连接ARM处理器I/O写使能IOWR。差分输入引脚TPIN+、TPIN-和差分输出引脚TPOUT+、TPOUT-连接RJ-45接口的1、2、3、6号引脚。外扩SRAM做数据存储器。其中，RAM选用美国赛普拉斯(CYPRESS)公司的容量为64K×16的CY7C1021L芯片；Flash选用台湾华邦电子公司的容量为128K×8的W29EE011芯片。Flash作为ARM处理器1MB内存的第一象限256K存储器，与CS0、WE0、和RD0连接。RAM作为第二象限的256K存储器，与CS1、WE1和RD1连接，SRAM芯片只使用低8位数据。RAM、Flash芯片与ARM处理器连接如图7所示。ZIGBEE模块采用北京阿尔泰科技发展有限公司的ZIGBEE1081模块，通过串口与DSP相连接。通信单元分为主机从机，网络状态最好的设置为主机，通过ZIGBEE模块或有线网络接收其他通信单元发送的数据，汇总数据通过TCP/IP发送至远方调度系统。

通信单元的工作模式分为主机和从机。若当前通信单元工作在主机模式下，则该通信单元通过无线方式或者有线方式接收其他的北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置的通信单元发送的数据，并通过TCP/IP将各通信单元发送的数据汇总发送至远方调度系统，若当前通信单元工作在从机模式下，则该通信单元通过无线方式或者有线方式发送数据至工作在主机模式下的通信单元。

数据的网络传输的过程是：部署的多个设备的网络通信模块比较网络状态的好坏，最佳网络状态的设置为主机，其他设备为从机，从机通过有线或无线ZIBEE网络将电网数据发送至主机，主机收集从机数据，打包通过光纤网络发送至远方调度中心。

北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置还包括人机交互单元，人机交互单元包括液晶显示模块和键盘输入模块，且液晶显示模块和键盘输入模块分别与通信单元连接，液晶显示模块用于显示装置当前时刻的运行状态、瞬时电流、瞬时电压和瞬时功角，键盘输入模块用于进行系统设置。

备用授时中心包括备用授时处理模块和第二ZIGBEE通信模块，备用授时中心独立设置在北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置外，备用授时处理模块通过第二ZIGBEE通信模块与北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置的授时单元、数据处理单元建立无线连接。

备用授时中心实时接收各授时单元输出的授时信息，将当前时刻接收到的授时信息中的最佳授时信息作为备用授时信息，在北斗卫星定位系统接收模块和GPS卫星定位系统接收模块无法提供准确授时信息时，通过第一ZIGBEE通信模块向数据处理单元提供备用授时信息，其中，备用授时处理模块采用TI公司的LM3S101处理器对数据进行分析处理和第二ZIGBEE模块采用北京市泰科姆科技有限公司生产的ZIGBEE模块。

数据处理单元根据接收到的智能微网中的电压和电流得到电网功角，并将智能微网的电流、电压和功角数据加上当前时刻授时信息中的时标发送至通信单元，通信单元通过TCP/IP将接收到的数据发送至远方调度系统。

采用上述基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统进行智能微网检测的方法，总体流程如图3所示，具体包括如下步骤：

步骤1：北斗卫星定位系统接收模块实时接收北斗卫星定位系统的卫星信号，GPS卫星定位系统接收模块实时接收GPS卫星定位系统的卫星信号，并将北斗卫星定位系统接收模块和GPS卫星定位系统接收模块接收到的卫星信号传输至授时处理模块；

步骤2：授时处理模块对北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号进行预处理，将该卫星信号中的授时信息通过无线方式或者有线方式传输至数据处理单元，如图4所示；

步骤2.1：授时处理模块判断北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据是否有效：若北斗卫星定位系统接收的卫星数量至少有3颗，则北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据有效，并将有效的北斗卫星数据中的授时信息发送至数据处理单元和备用授时中心，并执行步骤2.3，否则北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据无效，执行步骤2.2;

步骤2.2：授时处理模块判断GPS卫星定位系统卫星信号数据是否有效：若GPS卫星定位系统接收的卫星数量至少有3颗，则GPS卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据有效，并将有效的GPS卫星数据中的授时信息发送至数据处理单元和备用授时中心，并执行步骤2.3，否则执行步骤2.5；

步骤2.3：授时处理模块采用BP神经网络学习算法，预测下一时刻的卫星信号强度，得到下一时刻卫星信号强度预测值通过无线方式发送至备用授时中心；

将历史卫星信号强度数据作为输入数据输入BP神经网络，将当前时刻的卫星信号强度数据作为BP神经网络的输出对BP神经网络进行训练，得到下一时刻卫星信号强度预测值

所述BP神经网络中的传递函数F_t表示如下：

F_t=(L_t+b_t)S_t

                                                     (1)

式中：F_t——t时刻的卫星信号强度预测值；

L_t——是t时刻的卫星信号强度水平；

b_t——是t时刻的卫星信号强度趋势；

S_t——为t时刻的区间性影响因子；

能量函数E_T表示如下：

$E_T=\underset{t=T-s}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}{(Y_t-F_t)}^2---\left(2\right)$

式中：T——为当前时刻；

Y_t——是t时刻的实际卫星信号强度；

步骤2.4：备用授时中心对多个下一时刻卫星信号强度预测值进行比较，得出下一时刻卫星信号强度预测值最大的卫星信号的授时信息作为备用授时信息；

步骤2.5：授时处理模块通过无线方式向备用授时中心发出授时请求，备用授时中心将备用授时信息发送至授时处理模块；

步骤2.6：授时处理模块将授时信息通过有线方式或无线方式发送至数据处理单元；

步骤3：数据处理单元根据授时信息中的1PPS秒脉冲控制数据定期采集单元采集智能微网的电流和电压；

步骤4：对采集到的智能微网的电流和电压进行A/D转换后传输至数据处理单元；

步骤5：数据处理单元根据智能微网的电流和电压计算当前智能微网节点的功角，并将智能微网的电流、电压和功角数据加上当前授时信息中的时标；

步骤6：将带有时标的数据通过双口RAM传输至通信单元；

步骤7：判断当前通信单元的工作模式：若为主机工作模式，则执行步骤8；若为从机工作模式，直接执行步骤9；

步骤8：将带有时标的功角数据通过无线方式或有线方式发送至工作在主机模式下的通信单元；

步骤9：工作在主机模式下的通信单元将接收到的数据汇总，通过TCP/IP协议传输至远方调度系统。

Claims (10)

1.一种基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：包括智能微网检测装置和备用授时中心；

    所述北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置包括授时单元、数据采集单元、数据处理单元和通信单元；

所述授时单元包括北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块、第一ZIGBEE通信模块和授时处理模块；

所述备用授时中心包括备用授时处理模块和第二ZIGBEE通信模块，备用授时中心独立设置在北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置外，备用授时处理模块通过第一ZIGBEE通信模块与北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置的授时单元、数据处理单元建立无线连接；

所述北斗卫星定位系统接收模块、GPS卫星定位系统接收模块分别与授时处理模块输入端连接，授时处理模块与数据处理单元采用有线方式连接或通过第一ZIGBEE通信模块进行无线连接，数据处理单元的输入端与数据采集单元的输出端连接，数据采集单元的输入端连接智能微网，通信单元与数据处理单元通过双口RAM连接，通信单元通过TCP/IP将数据发送至远方调度系统。

2.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述数据采集单元包括电流互感器、电压互感器和A/D转换模块，电流互感器输入端、电压互感器输入端连接智能微网，电流互感器输出端、电压互感器输出端通过A/D转换模块连接数据处理单元。

3.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述数据处理单元包括DSP和第三ZIGBEE通信模块，DSP通过第三ZIGBEE通信模块与第一ZIGBEE通信模块与授时处理模块建立无线通信或者DSP通过可插拔式串口与授时处理模块连接。

4.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述通信单元包括ARM处理器和第四ZIGBEE通信模块，ARM处理器通过第四ZIGBEE通信模块与其他的北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置进行无线通信。

5.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置还包括人机交互单元，人机交互单元包括液晶显示模块和键盘输入模块，且液晶显示模块和键盘输入模块分别与ARM处理器的IO接口连接，液晶显示模块用于显示装置当前时刻的运行状态、瞬时电流、瞬时电压和瞬时功角，键盘输入模块用于进行系统设置。

6.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述通信单元的工作模式分为主机模式和从机模式；

若当前通信单元工作在主机模式下，则该通信单元通过无线方式或者有线方式接收其他的北斗-GPS双模授时的智能微网检测装置的通信单元发送的数据，并通过TCP/IP将各通信单元发送的数据汇总发送至远方调度系统，若当前通信单元工作在从机模式下，则该通信单元通过无线方式或者有线方式发送数据至工作在主机模式下的通信单元。

7.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述备用授时中心实时接收各授时单元输出的授时信息，将当前时刻接收到的授时信息中的最佳授时信息作为备用授时信息，在北斗卫星定位系统接收模块和GPS卫星定位系统接收模块无法提供准确授时信息时，通过第一ZIGBEE通信模块向数据处理单元提供备用授时信息。

8.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述北斗卫星定位系统接收模块用于提供授时信息， GPS卫星定位系统接收模块用于在北斗卫星定位系统接收模块不能正常工作时授时信息。

9.根据权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统，其特征在于：所述数据处理单元根据接收到的智能微网中的电压和电流得到电网功角，并将智能微网的电流、电压和功角数据加上当前时刻授时信息中的时标发送至通信单元，通信单元通过以太网接口芯片与远方调度系统进行TCP/IP通信。

10.采用权利要求1所述的基于北斗-GPS双模授时的智能微网检测系统进行智能微网检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：北斗卫星定位系统接收模块实时接收北斗卫星定位系统的卫星信号，GPS卫星定位系统接收模块实时接收GPS卫星定位系统的卫星信号，并将北斗卫星定位系统接收模块和GPS卫星定位系统接收模块接收到的卫星信号传输至授时处理模块；

步骤2：授时处理模块对北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号进行预处理，将该卫星信号中的授时信息通过无线方式或者有线方式传输至数据处理单元；

步骤2.1：授时处理模块判断北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据是否有效：若北斗卫星定位系统接收的卫星数量至少有3颗，则北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据有效，并将有效的卫星信号数据中的授时信息发送至数据处理单元和备用授时中心，并执行步骤2.3，否则北斗卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据无效，执行步骤2.2；

步骤2.2：授时处理模块判断GPS卫星定位系统卫星信号数据是否有效：若GPS卫星定位系统接收的卫星数量至少有3颗，则GPS卫星定位系统接收模块接收的卫星信号数据有效，并将有效的卫星信号数据中的授时信息发送至数据处理单元和备用授时中心，并执行步骤2.3，否则执行步骤2.5；

步骤2.3：授时处理模块采用BP神经网络学习算法，预测下一时刻的卫星信号强度，得到下一时刻卫星信号强度预测值通过无线方式发送至备用授时中心；

步骤2.4：备用授时中心对多个下一时刻卫星信号强度预测值进行比较，得出下一时刻卫星信号强度预测值最大的卫星信号的授时信息作为备用授时信息；

步骤2.5：授时处理模块通过无线方式向备用授时中心发出授时请求，备用授时中心将备用授时信息发送至授时处理模块；

步骤2.6：授时处理模块将授时信息通过有线方式或无线方式发送至数据处理单元；

步骤3：数据处理单元根据授时信息中的1PPS秒脉冲控制数据采集单元定期采集智能微网的电流和电压；

步骤4：对采集到的智能微网的电流和电压进行A/D转换后传输至数据处理单元；

步骤5：数据处理单元根据智能微网的电流和电压计算当前智能微网节点的功角，并将智能微网的电流、电压和功角数据加上当前授时信息中的时标；

步骤6：将带有时标的数据通过双口RAM传输至通信单元；

步骤7：判断当前通信单元的工作模式：若为主机工作模式，则执行步骤8；若为从机工作模式，直接执行步骤9；

步骤8：将带有时标的功角数据通过无线方式或有线方式发送至工作在主机模式下的通信单元；

步骤9：工作在主机模式下的通信单元将接收到的数据汇总，通过TCP/IP协议传输至远方调度系统。

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