CN103592842A - 一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法，包括主时钟对外部时间源的选择，外部时间源的切换以及主时钟和扩展时钟之间的自适应延时补偿。本发明方法能够实现时钟外部源的可靠性切换，从而有效避免因源切换或部分外部源丢失导致的时间信号不稳定和信号丢失的问题。此外，本发明的方法还能够有效提高时钟装置跟踪外部源信号的稳定性，使得时钟装置可有效选择稳定可靠的外部源，从而防止因外部源时间异常而导致的时钟装置工作异常，保证了时钟装置时间输出的长期稳定性。本发明方法还能够实现在主扩对时的同时，完成主扩链路的自适应延时补偿，有效提高了变电站时钟系统输出时间的可靠性和高精度。

Description

一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法

技术领域

本发明涉及电力系统智能变电站时钟同步技术领域，具体涉及到一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法。

背景技术

相对于传统变电站，智能化变电站对时钟同步系统提出了新的要求，时钟同步的重点不是对时系统与卫星时间的同步，而是对时系统满足站内数据的同步及可靠性。特别在网络采样的智能化变电站中，对时系统满足站内数据的同步及可靠性更是尤为重要。

目前由于时钟系统制造工艺、硬件元件的选择、软件程序及逻辑的设计，导致网络采样的智能变电站的时钟同步存在很多问题，主要包括外部时间源无法可靠切换、同步系统存在时间跳变、同步精度稳定性差、某时钟扩展板的输出时间与其他扩展板输出时间存在较大差别、装置长期稳定性不够高。此外，合并单元厂家对采样值的处理方法是绝对依赖时钟同步系统，这就导致当时钟同步系统时间跳变时，合并单元采样位也跟随跳变，从而引起站内误动。

发明内容

有鉴于此，本发明针对网络采样的智能变电站时钟同步存在的时钟切换、时间跳变、长期稳定性、延时补偿等问题，提出一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法，能够实现时钟外部源的可靠性切换，从而有效避免因源切换或部分外部源丢失导致的时间信号不稳定和信号丢失的问题，确保了全站时间同步的统一性。

本发明的一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法，其中，

所述方法包括主时钟对外部时间源的选择，包括：

步骤1：主时钟接收多个外部时间源的报文信息和1PPS信息；

步骤2：对报文信息进行解码，从而基于各个外部时间源锁定的卫星颗数以及时间质量位，判断各个外部时间源是否满足要求，以及基于各个外部时间源的时间，判断各个外部时间源的时间是否一致，如果所有外部时间源都满足要求并且各个外部时间源的时间一致，则进入步骤3；否则，进行闭锁告警；

步骤3：跟踪具有最高优先级的外部时间源，通过滑动窗口获取所述具有最高优先级的外部时间源的1PPS的统计值，基于所述1PPS的统计值控制和驯服主时钟内部守时源时钟。

当主时钟接收的外部时间源为A型外部时间源和B型外部时间源时，其中A型外部时间源的优先权高于B型外部时间源的优先权，则所述步骤3包括：

步骤3.1：判断所述A型外部时间源锁定的卫星颗数是否满足计算要求，并获取主时钟的对应于所述A型外部时间源的守时源时钟的时间T3，若满足，则提取其时间T1，然后进入步骤3.2；否则，进入步骤3.5；

步骤3.2：计算T1-T3的值，若T1-T3≥Δε，则令T3=T3+ΔT，并直接进入步骤3.4；若T1-T3<Δε，进入步骤3.3；

步骤3.3：计算T3-T1的值，若T3-T1≥△ε，则令T3=T3-ΔT，否则，令T3=T1；

步骤3.4：获取对应于所述B型外部时间源的守时源时钟的时间T4，判断|T3-T4|的值，若|T3-T4|≦△ε，则令T4=T3，输出T3，并结束步骤3；若|T3-T4|>△ε，则发出闭锁告警，并结束步骤3；

步骤3.5：判断所述B型外部时间源锁定的卫星颗数是否满足计算要求，并获取主时钟的对应于所述B型外部时间源的守时源时钟的时间T4，若满足，则提取其时间T2，然后进入步骤3.6；否则，直接进入步骤3.8；

步骤3.6：计算T2-T4的值，若T2-T4≥Δε，则令T4=T4+ΔT，并直接进入步骤3.8；若T2-T4<Δε，进入步骤3.7；

步骤3.7：计算T4-T2的值，若T4-T2≥△ε，则令T4=T4-ΔT，否则，令T4=T2；

步骤3.8：获取主时钟的对应于所述A型外部时间源的守时源时钟的时间T3，判断|T3-T4|的值，若|T3-T4|≦△ε，则令T3=T4，输出T4，并结束步骤3；若|T3-T4|>△ε，则发出闭锁告警，并结束步骤3。

在跟踪具有最高优先权的外部时间源的同时，主时钟每秒对各个外部时间源进行秒差及相位连续性判断，从而更新各个外部时间源的有效性。

所述主时钟以分频方式输出本地标准的频率和秒脉冲。

所述方法采用双主时钟冗余备份，所述扩展时钟统一选择主用主时钟为默认时间源，当主用主时钟失效后，再统一切换到备用主时钟。

所述方法还包括外部时间源的切换，包括：当所述主用主时钟和备用主时钟分别以A型外部时间源和B型外部时间源作为各自的时间源时，令以A型外部时间源为自身时间源的主时钟为A型主时钟，以B型外部时间源为自身时间源的主时钟为B型主时钟，所述切换存在：

情况1：无异常时，所有扩展时钟以及B型主时钟都以A型主时钟输出的时间码为时间源；

情况2：B型外部时间源失锁或异常时，B型主时钟以A型主时钟输出的时间码为时间源，所有扩展时钟也以A型主时钟输出的时间码为时间源；

情况3：A型外部时间源失锁或异常时，A型主时钟在丢失A型外部时间源后锁定B型主时钟输出的时间码为时间源，所有扩展时钟也以B型主时钟输出的时间码为时间源；

情况4：A型外部时间源以及B型外部时间源都失锁或异常时，A型主时钟以及B型主时钟通过自守时算法，以守时源时钟为时间源，所有扩展时钟以及B型主时钟都以A型主时钟输出的时间码为时间源；

情况5：单个主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时：

情况5.1：A型主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时，扩展时钟将时间源切换到B型主时钟；

情况5.2：B型主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时，扩展时钟继续以A型主时钟作时间源；

情况6：A型主时钟以及B型主时钟与扩展时钟之间的通路都出现故障时，扩展时钟告警并进入自守时状态，通过自守时算法，以守时源时钟为时间源。

所述A型主时钟和B型主时钟之间互联C型外部时间源作为互备源。

所述方法还包括主时钟和扩展时钟对之间的自适应延时补偿，包括：

步骤a：主时钟在1PPS标准时刻输出对时通讯报文并记录硬件发送时间戳；

步骤b：扩展时钟在接收到所述对时通讯报文并完成对时后，记录所述对时通讯报文到达时刻，并将记录有所述达到时刻时间戳的通讯响应报文返回给所述主时钟；

步骤c：主时钟计算所述发送时间戳与所述到达时刻时间戳的差得到链路延迟；

步骤d：基于得到的链路延迟，所述主时钟对所述扩展时钟进行自适应延时补偿。

综上所述，本发明提出的一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法能够实现时钟外部源的可靠性切换，从而有效避免因源切换或部分外部源丢失导致的时间信号不稳定和信号丢失的问题，确保了全站时间同步的统一性。此外，本发明的方法还能够有效提高时钟装置跟踪外部源信号的稳定性，使得时钟装置可有效选择稳定可靠的外部源，从而防止因外部源时间异常而导致的时钟装置工作异常，保证了时钟装置时间输出的长期稳定性。本发明方法还能够实现在主扩对时的同时，完成主扩链路的自适应延时补偿，从而避免了变电站采用手动估算补偿或固定补偿链路延时，有效提高了变电站时钟系统输出时间的可靠性和高精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法中实现主时钟对外部时间源选择的流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法中实现时钟源切换的流程图；

图3是本发明一实施例提供的一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法，实现自适应延时补偿的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一实施例给出了一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法，该方法包括主时钟对外部时间源的选择，所述主时钟对外部时间源的选择包括：

步骤1：主时钟接收多个外部时间源的报文信息和1PPS信息；

步骤2：对报文信息进行解码，从而基于各个外部时间源锁定的卫星颗数以及时间质量位，判断各个外部时间源是否满足要求，以及基于各个外部时间源的时间，判断各个外部时间源的时间是否一致，如果所有外部时间源都满足要求并且各个外部时间源的时间一致，则进入步骤3；否则，进行闭锁告警；

步骤3：跟踪具有最高优先级的外部时间源，通过滑动窗口获取所述具有最高优先级的外部时间源的1PPS的统计值，基于所述1PPS的统计值控制和驯服主时钟内部守时源时钟。

具体地，当主时钟接收的外部时间源为A型外部时间源和B型外部时间源时，其中A型外部时间源的优先权高于B型外部时间源的优先权，可选地，A型外部时间源可以是GPS源，B型外部时间源可以是北斗源，则所述步骤3包括：

步骤3.1：判断所述GPS源锁定的卫星颗数是否满足计算要求，并获取主时钟的对应于所述GPS源的守时源时钟的时间T3，若满足，则提取其时间T1，然后进入步骤3.2；否则，进入步骤3.5；

步骤3.2：计算T1-T3的值，若T1-T3≥Δε，则令T3=T3+ΔT，并直接进入步骤3.4；若T1-T3<Δε，进入步骤3.3；

步骤3.3：计算T3-T1的值，若T3-T1≥△ε，则令T3=T3-ΔT，否则，令T3=T1；

步骤3.4：获取对应于所述北斗源的守时源时钟的时间T4，判断|T3-T4|的值，若|T3-T4|≦△ε，则令T4=T3，输出T3，并结束步骤3；若|T3-T4|>△ε，则发出闭锁告警，并结束步骤3；

步骤3.5：判断所述北斗源锁定的卫星颗数是否满足计算要求，并获取主时钟的对应于所述北斗源的守时源时钟的时间T4，若满足，则提取其时间T2，然后进入步骤3.6；否则，直接进入步骤3.8；

步骤3.6：计算T2-T4的值，若T2-T4≥Δε，则令T4=T4+ΔT，并直接进入步骤3.8；若T2-T4<Δε，进入步骤3.7；

步骤3.7：计算T4-T2的值，若T4-T2≥△ε，则令T4=T4-ΔT，否则，令T4=T2；

步骤3.8：获取主时钟的对应于所述GPS源的守时源时钟的时间T3，判断|T3-T4|的值，若|T3-T4|≦△ε，则令T3=T4，输出T4，并结束步骤3；若|T3-T4|>△ε，则发出闭锁告警，并结束步骤3。

其中，Δε为门槛值（可取值为1μs），其取值原则应该以不影响智能化变电站采样值的正常运行，同时也不易取的过小，以免时钟频繁闭锁告警，建议取1-10μs之间。ΔT为步长，应比Δε小，建议取0.5-1μs之间。

在完成锁定后，当GPS卫星信号不满足时间提取的计算要求时，判北斗卫星信号是否满足时间提取计算要求，若不满足判双时钟源守时时间是否在门槛值之内，如果在门槛值之内，则输出时间信号，否则闭锁告警。在切换过程中引入时钟源的守时时间作为判据，在守时时间与卫星时间相差大于门槛值Δε时，以守时为准，同时采用步进的方式跟踪卫星时间。

可选地，在跟踪具有最高优先权的外部时间源的同时，主时钟每秒对各个外部时间源进行秒差及相位连续性判断，从而更新各个外部时间源的有效性。

可选地，所述主时钟以分频方式输出本地标准的频率和秒脉冲。

可选地，所述方法采用双主时钟冗余备份，所述扩展时钟统一选择主用主时钟为默认时间源，当主用主时钟失效后，再统一切换到备用主时钟。

如图2所示，所述方法还包括外部时间源的切换，所述外部时间源的切换包括：当所述主用主时钟和备用主时钟分别以A型外部时间源和B型外部时间源作为各自的时间源时，令以A型外部时间源为自身时间源的主时钟为A型主时钟，以B型外部时间源为自身时间源的主时钟为B型主时钟，所述切换存在：

情况1：无异常时，所有扩展时钟以及B型主时钟都以A型主时钟输出的时间码为时间源；如图2所示，即图2中的①、③和⑤。

情况2：B型外部时间源失锁或异常时，B型主时钟以A型主时钟输出的时间码为时间源，所有扩展时钟也以A型主时钟输出的时间码为时间源。如图2所示，BD异常时，主钟B仍以图2中的①为时间源，系统的其它装置与无异常时的情况一样。

情况3：A型外部时间源失锁或异常时，A型主时钟在丢失A型外部时间源后锁定B型主时钟输出的时间码为时间源，所有扩展时钟也以B型主时钟输出的时间码为时间源；如图2所示，GPS异常时，主钟A会在丢失GPS时间源后锁定②为时间源，将外部时间源切换为主钟B，全系统的时间源都将切换为主钟B，主钟A成为备用主时钟。所有扩展时钟的输入时间源都切换到主钟B，即图2中的④和⑥，同时系统以一定步长保证源切换时间不跳变。

情况4：A型外部时间源以及B型外部时间源都失锁或异常时，A型主时钟以及B型主时钟通过自守时算法，以守时源时钟为时间源，所有扩展时钟以及B型主时钟都以A型主时钟输出的时间码为时间源；如图2所示，此时主钟A和主钟B都进入自守时状态，通过自守时算法，以守时源时钟（铷原子钟）为基准保证输出信号的稳定度。但主钟A和主钟B在系统中的作用并不改变，主钟B此时仍然以①为时间源，所有的扩展时钟仍然以主钟A为时间源，保证所有扩展时钟与一台处于自守时状态的主用主时钟同步，即图2中的③和⑤。

情况5：单个主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时：

情况5.1：A型主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时，扩展时钟将时间源切换到B型主时钟；如图2所示，如果出现故障的是与主用主时钟之间的通路，则扩展时钟将输入时间源切换到备用主时钟（即通路④），此时主钟B仍然是与主钟A保持同步，即该扩展装置根本不会出现时间信号的跳变，且各装置间不会存在时间差值。

情况5.2：B型主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时，扩展时钟继续以A型主时钟作时间源；如图2所示，以从时钟1为例子，如通路③或④中的某通路故障，如果出现故障的是扩展时钟与备用主时钟的通路，则扩展时钟继续与主用主时钟同步并输出（即通路③）；

情况6：A型主时钟以及B型主时钟与扩展时钟之间的通路都出现故障时，扩展时钟告警并进入自守时状态，通过自守时算法，以守时源时钟为时间源。如图2所示，如通路③和④都出现故障，此时扩展时钟告警并进入自守时状态，通过自守时算法，在较长时间内扩展时钟内部的恒温晶振仍然能保证输出的时间信号具有很高精度。

可选地，所述A型主时钟和B型主时钟之间互联C型外部时间源作为互备源。

所述方法还包括主时钟和扩展时钟对之间的自适应延时补偿，所述自适应延时补偿包括：

步骤a：主时钟在1PPS标准时刻输出对时通讯报文并记录硬件发送时间戳；

步骤b：扩展时钟在接收到所述对时通讯报文并完成对时后，记录所述对时通讯报文到达时刻，并将记录有所述达到时刻时间戳的通讯响应报文返回给所述主时钟；

步骤c：主时钟计算所述发送时间戳与所述到达时刻时间戳的差得到链路延迟；

步骤d：基于得到的链路延迟，所述主时钟对所述扩展时钟进行自适应延时补偿。

如图3所示，主时钟对扩展时钟进行高速IRIG-B码对时及通讯；时钟同步系统采用RS485光纤通讯方式完成主扩对时及通讯报文复用；主时钟在1PPS标准时刻输出对时通讯报文（High_IRIGB_Req）并记录硬件发送时间戳T1，扩展时钟在接收该报文并完成IRIG-B对时后，记录该报文到达时刻T2，接着由扩展时钟返还对时通讯响应报文（High_IRIGB_Resp），将T2时间戳回传给主时钟，主时钟可得到链路延迟(T2-T1)，并对每路输出通道进行相应计算及补偿，由于变电站主从链路为点对点光纤连接，其双向链路固定且完全对称，主时钟可完成高精度主扩授时及各通道自适应链路延时补偿功能。

综上所述，本发明提出的一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法能够实现时钟外部源的可靠性切换，从而有效避免因源切换或部分外部源丢失导致的时间信号不稳定和信号丢失的问题，确保了全站时间同步的统一性。此外，本发明的方法还能够有效提高时钟装置跟踪外部源信号的稳定性，使得时钟装置可有效选择稳定可靠的外部源，从而防止因外部源时间异常而导致的时钟装置工作异常，保证了时钟装置时间输出的长期稳定性。本发明方法还能够实现在主扩对时的同时，完成主扩链路的自适应延时补偿，从而避免了变电站采用手动估算补偿或固定补偿链路延时，有效提高了变电站时钟系统输出时间的可靠性和高精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提高网络采样的智能变电站时钟同步可靠性的方法，其特征在于，所述方法包括主时钟对外部时间源的选择，包括：

步骤1：主时钟接收多个外部时间源的报文信息和1PPS信息；

步骤2：对报文信息进行解码，从而基于各个外部时间源锁定的卫星颗数以及时间质量位，判断各个外部时间源是否满足要求，以及基于各个外部时间源的时间，判断各个外部时间源的时间是否一致，如果所有外部时间源都满足要求并且各个外部时间源的时间一致，则进入步骤3；否则，进行闭锁告警；

步骤3：跟踪具有最高优先级的外部时间源，通过滑动窗口获取所述具有最高优先级的外部时间源的1PPS的统计值，基于所述1PPS的统计值控制和驯服主时钟内部守时源时钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当主时钟接收的外部时间源为A型外部时间源和B型外部时间源时，其中A型外部时间源的优先权高于B型外部时间源的优先权，则所述步骤3包括：

步骤3.1：判断所述A型外部时间源锁定的卫星颗数是否满足计算要求，并获取主时钟的对应于所述A型外部时间源的守时源时钟的时间T3，若满足，则提取其时间T1，然后进入步骤3.2；否则，进入步骤3.5；

步骤3.2：计算T1-T3的值，若T1-T3≥Δε，则令T3=T3+ΔT，并直接进入步骤3.4；若T1-T3<Δε，进入步骤3.3；

步骤3.3：计算T3-T1的值，若T3-T1≥△ε，则令T3=T3-ΔT，否则，令T3=T1；

步骤3.4：获取对应于所述B型外部时间源的守时源时钟的时间T4，判断|T3-T4|的值，若|T3-T4|≦△ε，则令T4=T3，输出T3，并结束步骤3；若|T3-T4|>△ε，则发出闭锁告警，并结束步骤3；

步骤3.5：判断所述B型外部时间源锁定的卫星颗数是否满足计算要求，并获取主时钟的对应于所述B型外部时间源的守时源时钟的时间T4，若满足，则提取其时间T2，然后进入步骤3.6；否则，直接进入步骤3.8；

步骤3.6：计算T2-T4的值，若T2-T4≥Δε，则令T4=T4+ΔT，并直接进入步骤3.8；若T2-T4<Δε，进入步骤3.7；

步骤3.7：计算T4-T2的值，若T4-T2≥△ε，则令T4=T4-ΔT，否则，令T4=T2；

步骤3.8：获取主时钟的对应于所述A型外部时间源的守时源时钟的时间T3，判断|T3-T4|的值，若|T3-T4|≦△ε，则令T3=T4，输出T4，并结束步骤3；若|T3-T4|>△ε，则发出闭锁告警，并结束步骤3。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在跟踪具有最高优先权的外部时间源的同时，主时钟每秒对各个外部时间源进行秒差及相位连续性判断，从而更新各个外部时间源的有效性。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主时钟以分频方式输出本地标准的频率和秒脉冲。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法采用双主时钟冗余备份，所述扩展时钟统一选择主用主时钟为默认时间源，当主用主时钟失效后，再统一切换到备用主时钟。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括外部时间源的切换，包括：当所述主用主时钟和备用主时钟分别以A型外部时间源和B型外部时间源作为各自的时间源时，令以A型外部时间源为自身时间源的主时钟为A型主时钟，以B型外部时间源为自身时间源的主时钟为B型主时钟，所述切换存在：

情况1：无异常时，所有扩展时钟以及B型主时钟都以A型主时钟输出的时间码为时间源；

情况2：B型外部时间源失锁或异常时，B型主时钟以A型主时钟输出的时间码为时间源，所有扩展时钟也以A型主时钟输出的时间码为时间源；

情况3：A型外部时间源失锁或异常时，A型主时钟在丢失A型外部时间源后锁定B型主时钟输出的时间码为时间源，所有扩展时钟也以B型主时钟输出的时间码为时间源；

情况4：A型外部时间源以及B型外部时间源都失锁或异常时，A型主时钟以及B型主时钟通过自守时算法，以守时源时钟为时间源，所有扩展时钟以及B型主时钟都以A型主时钟输出的时间码为时间源；

情况5：单个主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时：

情况5.1：A型主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时，扩展时钟将时间源切换到B型主时钟；

情况5.2：B型主时钟与扩展时钟之间的通路出现故障时，扩展时钟继续以A型主时钟作时间源；

情况6：A型主时钟以及B型主时钟与扩展时钟之间的通路都出现故障时，扩展时钟告警并进入自守时状态，通过自守时算法，以守时源时钟为时间源。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述A型主时钟和B型主时钟之间互联C型外部时间源作为互备源。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括主时钟和扩展时钟对之间的自适应延时补偿，包括：

步骤a：主时钟在1PPS标准时刻输出对时通讯报文并记录硬件发送时间戳；

步骤b：扩展时钟在接收到所述对时通讯报文并完成对时后，记录所述对时通讯报文到达时刻，并将记录有所述达到时刻时间戳的通讯响应报文返回给所述主时钟；

步骤c：主时钟计算所述发送时间戳与所述到达时刻时间戳的差得到链路延迟；

步骤d：基于得到的链路延迟，所述主时钟对所述扩展时钟进行自适应延时补偿。

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