CN103823361B - 多源动态自适应时钟同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源动态自适应时钟同步方法及装置，多源动态自适应时钟同步方法，包括以下步骤：a、轮询各参考源，判定各参考源是否有效；b、当a步骤中的参考源有效时，计算该有效的参考源优先级总得分M，当a步骤中某个参考源无效时，该无效的参考源优先级总得分为N，其中M大于N；c、将b步骤中各参考源优先级总得分进行排序，优先级得分最高者作为自动选源结果；d、判断自动选源开关是否打开，当自动选源开关打开时，当前参考源为c步骤中得出的自动选源结果。通过在多个参考源中获取授时精度最高的参考源，并将该参考源为当前参考源，从而提高了授时精度，保障了电网、变电站使用的安全性和可靠性。

Description

多源动态自适应时钟同步方法及装置

技术领域

本发明涉及变电站时间同步装置技术领域，特别是涉及一种多源动态自适应时钟同步方法及装置。

背景技术

在不同等级的变电站中存在很多需要时间同步装置精确授时的设备，如安全自动装置、电能量采集装置、线路行波故障测距装置、同步相量测量装置、故障录波器等，因此，时间同步装置对变电站及电网安全、可靠运行具有重要意义。

传统的时间同步装置采用GPS信号作为参考源，在使用时，GPS信号有时会被遮挡，有事GPS信号接收器会出现故障，从而导致变电站时间同步装置授时精度不足，甚至出现授时错误，从而给电网及变电站的安全、可靠带来了极大的隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能保障变电站及电网授时精度的多源动态自适应时钟同步方法。

本发明的另一个目的在于提供一种能保障变电站及电网授时精度的多源动态自适应时钟同步装置。

为了实现本发明的目的，采取的技术方案是：

一种多源动态自适应时钟同步方法，包括以下步骤：

a、轮询各参考源，判定各参考源是否有效；

b、当a步骤中的参考源有效时，计算该有效的参考源优先级总得分M，当a步骤中某个参考源无效时，该无效的参考源优先级总得分为N，其中M大于N；

c、将b步骤中各参考源优先级总得分进行排序，优先级得分最高者作为自动选源结果；

d、判断自动选源开关是否打开，当自动选源开关打开时，当前参考源为c步骤中得出的自动选源结果。

通过在多个参考源中获取授时精度最高的参考源，并将该参考源为当前参考源，从而提高了授时精度，即使当其中某个参考源出现异常或无效时，也能通过其他参考源替代，从而进一步提高了授时精度，保障了电网、变电站使用的安全性和可靠性。

下面对技术方案进一步说明：

优选的是，所述M＝100，N＝0。

优选的是，还包括以下步骤：当d步骤中自动选源开关关闭时，判断人工选择参考源是否有效；是，则当前参考源为人工选源结果；否，则当前参考源保持不变。当自动选源开关关闭时，还可以通过人工选择参考源来弥补，从而时钟同步装置的适应性，使用更加方便。

优选的是，在执行a步骤之前先判定秒定时是否到；是，则执行步骤a；否，则继续判定秒定时是否到。采用这种方式，使检测设备不用时刻进行检测，而是当秒定时到了之后才进行检测，在保证设备正常使用的情况下，减少了检测设备的工作量，提高了其使用寿命。

优选的是，所述优先级总得分包括类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分，优先级总得分与类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分的关系满足Y＝k₁L+k₂X+k₃Z+k₄W，式中Y代表优先级总得分，L代表类型得分，X代表性能得分，Z代表质量等级得分，W代表位置得分，k₁、k₂、k₃、k₄分别代表类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分的权重，当质量等级优先时k₃＞k₂＞k₄；当性能优先时，k₂＞k₃＞k₄。将优先级分为类型得分、性能得分、质量等级得分和位置得分，能更加准确的得到参考源的优先级总得分，并且根据需要调整相应的权重，就能更好的反映出该参考源的精准度，使用更加方便。

优选的是，当质量等级优先时，k₁＝k₃＝100,k₂＝10,k₄＝1；当性能优先时，k₁＝k₂＝100，k₃＝10，k₄＝1。采用上述权重分配，能更好的反应信号的优先权。

优选的是，所述参考源包括GPS信号、北斗卫星信号、地面光网络授时信号、地面光网络频率信号，判定参考源是否有效时，包括以下步骤；检测GPS信号或北斗卫星信号系统输入时间的连续性和一致性，在检测时，当检测到有一秒不连续时，则该参考源无效，记录不连续的次数，并上报网管中心，连续检测时间T后，未出现不连续的情况，则检测输入时间和参考时间是否一致，是，则该参考源有效，否，则记录一天内不一致的次数，并上报网管中心，网管中心根据不连续的次数和不一致的次数判断该参考源是否故障；测地面光网络授时信号恢复时码信号的时间连续性和时间一致性，检测地面光网络授时信号恢复秒脉冲信号的有无，检测地面光网络授时信号的包时延变化异常；检测地面光网络频率信号的SSM字节，当检测的SSM字节为STU、DNU时，则该参考源无效；当GPS信号或北斗卫星信存在时，检测地面光网络频率信号相对于卫星信号的频偏；当GPS信号或北斗卫星信不存在时，检测地面光网络频率信号相对于本地振荡器跟踪的频率源的频偏；当所述频偏超过门限时，将该异常情况上报网管中心。通过上述方法能检测各参考源的有效性，当出现异常状况时及时反馈给网管中心，网管中心对收集到的信息进行处理，并分析出设备是否故障，方便设备得到及时的维修。

优选的是，所述T＝10秒。

优选的是，所述包时延变化的最大平均时间间隔误差MATIE和最大平均频率误差MAFE满足以下公式：

$MATIE\left({\mathrm{n\τ}}_0\right)\≅{\max }_{1\≤k\≤N-2n+1}\frac{1}{n}\left|{\mathrm{\Σ}}_{i=k}^{n+k-1}(X_{i+n}-X_i)\right|;$

$MAFE=\frac{MATIE\left({\mathrm{n\τ}}_0\right)}{{\mathrm{n\τ}}_0};$

式中，N为测量时间内的采样个数，τ₀为采样周期，n为计算窗口，X_i为MPD采样值。通过上述公式能计算出地面光网络授时信号的包时延变化，从而得知地面光网络授时信号的异常状况。

优选的是，所述频偏满足以下公式：

MTIE(S)＝max_{1≤j≤N′-n′+1}[max_{j≤i≤n′+j-1}(X_i′)-min_{j≤i≤n′+j-1}(X_i′)]；

S＝n′×τ₀′；

$\mathrm{\Δ}f\≅\frac{MTIE\left(S\right)}{S};$

式中，S为测量时间，N′为测量时间内的采样个数，τ₀′为采样周期，n′为计算窗口，X_i′为TIE采样值，MTIE(S)为最大时间间隔误差，Δf为频偏。通过上述公式能检测出频偏，从而及时获知该信号的异常状况，保证了信号的精准度。

优选的是，当本地振荡器处于快捕状态时，参考源切换立即生效；当本地振荡器处于跟踪状态时，参考源切换时引入时间门限。由于参考源切换时会对系统输出性能造成影响，例如相位跳动、频率变化，因此要避免参考源的频繁切换，实际应用过程中，时常会出现这种状况，参考源信号出现短暂异常，但很快就恢复正常，使得自动选源结果发生变化又恢复的现象，此时，就应该避免参考源的实时切换，通过本地振荡器，引入时间门限，在时间门限内本地振荡器时钟保持输出，超过时间门限则参考源切换并跟踪参考源输出，从而能够保证参考源短暂异常时，不会切换参考源，降低了参考源切换的频率，提高了系统输出性能。

本发明还提供一种多源动态自适应时钟同步装置，包括：

卫星信号接收模块，用于接收卫星的信号；

卫星信号异常检测模块，用于检测输入的卫星信号的异常状况；

地面光网络授时信号接收模块，用于接收地面光网络授时信号；

地面光网络授时信号检测模块，用于检测地面光网络授时信号的异常状况；

地面光网络频率接收模块，用于接收地面光网络频率信号；

地面光网络频率检测模块，用于检测地面光网络频率信号的异常状况；

网管通道输入模块，用于输入人工选源信息；

网管中心，用于接收并处理各个检测模块传过来的数据。

本发明的多源动态自适应时钟同步装置接收多个参考源的信号，并通过各个检测模块对各个参考源进行检测，并将检测到的信息及时传给网管中心进行分析出来，从而获得最准确的授时信息，并且能够及时分析出各参考源是否故障，保证了电网、变电站的安全使用。

优选的是，还包括网管通道输入模块，用于输入人工选源信息。人工输入选源信息能更好的控制当前参考源，使用更方便，当自动选源开关关闭时，也能有备选的参考源，进一步提高了电网、变电器的使用安全性。

优选的是，还包括报警模块，报警模块与网管中心电连接，网管中心判断参考源故障时报警模块报警。当参考源故障时，报警模块报警，从而能够及时发现参考源的故障，并进行维修，便于使用。

本发明的优点是：

本发明的多源动态自适应时钟同步方法通过在多个参考源中获取授时精度最高的参考源，并将该参考源为当前参考源，从而提高了授时精度，及时当其中某个参考源出现异常或无效时，也能通过其他参考源替代，从而进一步提高了授时精度，保障了电网、变电站使用的安全性和可靠性。本发明的多源动态自适应时钟同步装置接收多个参考源的信号，并通过各个检测模块对各个参考源进行检测，并将检测到的信息及时传给网管中心进行分析出来，从而获得最准确的授时信息，并且能够及时分析出各参考源是否故障，保证了电网、变电站的安全使用。

缩略语及关键术语定义：GPS(Global Positioning System)全球定位系统，PTP(Precision Time Synchronization Protocol)地面光网络授时信号，MATIE(Maximum Average Time Interval Error)最大平均时间间隔误差，MAFE(Maximum Average Frequency Error)最大平均频率误差，PDV(Packet Delayvariation)包时延变化，TIE(Time Interval Error)时间间隔误差，MPD(MeanPacket Delay)平均包时延值，SSM(Synchronization Status Message)同步状态信息。

附图说明

图1是本发明多源动态自适应时钟同步方法的选源流程图；

图2是本发明多源动态自适应时钟同步方法中计算性能分量时的时间间隔误差的示意图；

图3是本发明多源动态自适应时钟同步方法中计算性能分量时的最大时间间隔误差的示意图；

图4是本发明多源动态自适应时钟同步装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

如图1-3所示，在本发明的实施例中，一种多源动态自适应时钟同步方法，包括以下步骤：

a、轮询各参考源，判定各参考源是否有效；

b、当a步骤中的参考源有效时，计算该有效的参考源优先级总得分M，当a步骤中某个参考源无效时，该无效的参考源优先级总得分为N，其中M大于N，在本实施例中，M＝100，N＝0·；

c、将b步骤中各参考源优先级总得分进行排序，优先级得分最高者作为自动选源结果；

d、判断自动选源开关是否打开，当自动选源开关打开时，当前参考源为c步骤中得出的自动选源结果。

通过在多个参考源中获取授时精度最高的参考源，并将该参考源为当前参考源，从而提高了授时精度，即使当其中某个参考源出现异常或无效时，也能通过其他参考源替代，从而进一步提高了授时精度，保障了电网、变电站使用的安全性和可靠性。

还包括以下步骤：当d步骤中自动选源开关关闭时，判断人工选择参考源是否有效；是，则当前参考源为人工选源结果；否，则当前参考源保持不变。当自动选源开关关闭时，还可以通过人工选择参考源来弥补，从而时钟同步装置的适应性，使用更加方便。

在执行a步骤之前先判定秒定时是否到；是，则执行步骤a；否，则继续判定秒定时是否到。采用这种方式，使检测设备不用时刻进行检测，而是当秒定时到了之后才进行检测，在保证设备正常使用的情况下，减少了检测设备的工作量，提高了其使用寿命。

所述优先级总得分包括类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分，优先级总得分与类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分的关系满足Y＝k₁L+k₂X+k₃Z+k₄W，式中Y代表优先级总得分，L代表类型得分，X代表性能得分，Z代表质量等级得分，W代表位置得分，k₁、k₂、k₃、k₄分别代表类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分的权重，当质量等级优先时k₃＞k₂＞k₄；当性能优先时，k₂＞k₃＞k₄。将优先级分为类型得分、性能得分、质量等级得分和位置得分，能更加准确的得到参考源的优先级总得分，并且根据需要调整相应的权重，就能更好的反映出该参考源的精准度，使用更加方便。

在本实施例中，当质量等级优先时，k₁＝k₃＝100,k₂＝10,k₄＝1；当性能优先时，k₁＝k₂＝100，k₃＝10，k₄＝1。采用上述权重分配，能更好的反应信号的优先权。

所述参考源包括GPS信号、北斗卫星信号、地面光网络授时信号PTP、地面光网络频率信号，判定参考源是否有效时，包括以下步骤；检测GPS信号或北斗卫星信号系统输入时间的连续性和一致性，在检测时，当检测到有一秒不连续时，则该参考源无效，记录不连续的次数，并上报网管中心，连续检测时间T后，未出现不连续的情况，则检测输入时间和参考时间是否一致，是，则该参考源有效，否，则记录一天内不一致的次数，并上报网管中心，网管中心根据不连续的次数和不一致的次数判断该参考源是否故障；测地面光网络授时信号恢复时码信号的时间连续性和时间一致性，检测地面光网络授时信号恢复秒脉冲信号的有无，检测地面光网络授时信号的包时延变化异常；检测地面光网络频率信号的SSM字节，当检测的SSM字节为STU、DNU时，则该参考源无效；当GPS信号或北斗卫星信存在时，检测地面光网络频率信号相对于卫星信号的频偏；当GPS信号或北斗卫星信不存在时，检测地面光网络频率信号相对于本地振荡器跟踪的频率源的频偏；当所述频偏超过门限时，将该异常情况上报网管中心。通过上述方法能检测各参考源的有效性，当出现异常状况时及时反馈给网管中心，网管中心对收集到的信息进行处理，并分析出设备是否故障，方便设备得到及时的维修。

在本实施例中，T为10秒。

所述包时延变化PDV的最大平均时间间隔误差MATIE和最大平均频率误差MAFE满足以下公式：

$MATIE\left({\mathrm{n\τ}}_0\right)\≅{\max }_{1\≤k\≤N-2n+1}\frac{1}{n}\left|{\mathrm{\Σ}}_{i=k}^{n+k-1}(X_{i+n}-X_i)\right|;$

$MAFE=\frac{MATIE\left({\mathrm{n\τ}}_0\right)}{{\mathrm{n\τ}}_0};$

式中，N为测量时间内的采样个数，τ₀为采样周期，n为计算窗口，X_i为MPD采样值。通过上述公式能计算出地面光网络授时信号的包时延变化PDV，从而得知地面光网络授时信号的异常状况。

所述频偏满足以下公式：

MTIE(S)＝max_{1≤j≤N′-n′+1}[max_{j≤i≤n′+j-1}(X_i′)-min_{j≤i≤n′+j-1}(X_i′)]；

S＝n′×τ₀′；

$\mathrm{\Δ}f\≅\frac{MTIE\left(S\right)}{S};$

式中，S为测量时间，N′为测量时间内的采样个数，τ₀′为采样周期，n′为计算窗口，X_i′为TIE采样值，MTIE(S)为最大时间间隔误差，Δf为频偏。通过上述公式能检测出频偏，从而及时获知该信号的异常状况，保证了信号的精准度。

当本地振荡器处于快捕状态时，参考源切换立即生效；当本地振荡器处于跟踪状态时，参考源切换时引入时间门限。由于参考源切换时会对系统输出性能造成影响，例如相位跳动、频率变化，因此要避免参考源的频繁切换，实际应用过程中，时常会出现这种状况，参考源信号出现短暂异常，但很快就恢复正常，使得自动选源结果发生变化又恢复的现象，此时，就应该避免参考源的实时切换，通过本地振荡器，引入时间门限，在时间门限内本地振荡器时钟保持输出，超过时间门限则参考源切换并跟踪参考源输出，从而能够保证参考源短暂异常时，不会切换参考源，降低了参考源切换的频率，提高了系统输出性能。

如图4所示，本发明还提供一种多源动态自适应时钟同步装置，包括：

卫星信号接收模块，用于接收卫星的信号；

卫星信号异常检测模块，用于检测输入的卫星信号的异常状况；

地面光网络授时信号接收模块，用于接收地面光网络授时信号；

地面光网络授时信号检测模块，用于检测地面光网络授时信号的异常状况；

地面光网络频率接收模块，用于接收地面光网络频率信号；

地面光网络频率检测模块，用于检测地面光网络频率信号的异常状况；

网管通道输入模块，用于输入人工选源信息；

网管中心，用于接收并处理各个检测模块传过来的数据；

报警模块，报警模块与网管中心电连接，网管中心判断参考源故障时报警模块报警。

本发明的多源动态自适应时钟同步装置接收多个参考源的信号，并通过各个检测模块对各个参考源进行检测，并将检测到的信息及时传给网管中心进行分析出来，从而获得最准确的授时信息，并且能够及时分析出各参考源是否故障，保证了电网、变电站的安全使用，当参考源故障时，报警模块报警，从而能够及时发现参考源的故障，并进行维修，便于使用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、轮询各参考源，判定各参考源是否有效；

b、当a步骤中的参考源有效时，计算该有效的参考源优先级总得分M，当a步骤中某个参考源无效时，该无效的参考源优先级总得分为N，其中M大于N；

c、将b步骤中各参考源优先级总得分进行排序，优先级得分最高者作为自动选源结果；

d、判断自动选源开关是否打开，当自动选源开关打开时，当前参考源为c步骤中得出的自动选源结果；

所述优先级总得分包括类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分，优先级总得分与类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分的关系满足Y＝k₁L+k₂X+k₃Z+k₄W，式中Y代表优先级总得分，L代表类型得分，X代表性能得分，Z代表质量等级得分，W代表位置得分，k₁、k₂、k₃、k₄分别代表类型得分、性能得分、质量等级得分、位置得分的权重，当质量等级优先时，k₃＞k₂＞k₄；当性能优先时，k₂＞k₃＞k₄。

2.根据权利要求1所述的多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，还包括以下步骤：当d步骤中自动选源开关关闭时，判断人工选择参考源是否有效；

是，则当前参考源为人工选源结果；

否，则当前参考源保持不变。

3.根据权利要求1所述的多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，在执行a步骤之前先判定秒定时是否到；

是，则执行步骤a；

否，则继续判定秒定时是否到。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，所述参考源包括GPS信号、北斗卫星信号、地面光网络授时信号、地面光网络频率信号，判定参考源是否有效时，包括以下步骤；

检测GPS信号或北斗卫星信号系统输入时间的连续性和一致性，在检测时，当检测到有一秒不连续时，则该参考源无效，记录不连续的次数，并上报网管中心，连续检测时间T后，未出现不连续的情况，则检测输入时间和参考时间是否一致，是，则该参考源有效，否，则记录一天内不一致的次数，并上报网管中心，网管中心根据不连续的次数和不一致的次数判断该参考源是否故障；

检测地面光网络授时信号恢复时码信号的时间连续性和时间一致性，检测地面光网络授时信号恢复秒脉冲信号的有无，检测地面光网络授时信号的包时延变化异常；

检测地面光网络频率信号的SSM字节，当检测的SSM字节为STU、DNU时，则该参考源无效；

当GPS信号或北斗卫星信存在时，检测地面光网络频率信号相对于卫星信号的频偏；当GPS信号或北斗卫星信不存在时，检测地面光网络频率信号相对于本地振荡器跟踪的频率源的频偏；当所述频偏超过门限时，将该异常情况上报网管中心。

5.根据权利要求4所述的多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，所述包时延变化的最大平均时间间隔误差MATIE和最大平均频率误差MAFE满足以下公式：

$MATIE\left({\mathrm{n\τ}}_0\right)\≅{\max }_{1\≤k\≤N-2n+1}\frac{1}{n}\left|{\mathrm{\Σ}}_{i=k}^{n+k-1}(X_{i+n}-X_i)\right|;$

$MAFE=\frac{MATIE\left({\mathrm{n\τ}}_0\right)}{{\mathrm{n\τ}}_0};$

式中，N为测量时间内的采样个数，τ₀为采样周期，n为计算窗口，X_i为MPD采样值。

6.根据权利要求5所述的多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，所述频偏满足以下公式：

MTIE(S)＝max_{1≤j≤N′-n′+1}[max_{j≤i≤n′+j-1}(X′_i)-min_{j≤i≤n′+j-1}(X′_i)]；

S＝n′×τ′₀；

$\mathrm{\Δ}f\≅\frac{MTIE\left(S\right)}{S};$

式中，S为测量时间，N′为测量时间内的采样个数，τ′₀为采样周期，n′为计算窗口，X′_i为TIE采样值，MTIE(S)为最大时间间隔误差，Δf为频偏。

7.根据权利要求4所述的多源动态自适应时钟同步方法，其特征在于，当本地振荡器处于快捕状态时，参考源切换立即生效；当本地振荡器处于跟踪状态时，参考源切换时引入时间门限。

8.一种采用权利要求1至7中任一项所述的时钟同步方法的多源动态自适应时钟同步装置，其特征在于，包括：

卫星信号接收模块，用于接收卫星的信号；

卫星信号异常检测模块，用于检测输入的卫星信号的异常状况；

地面光网络授时信号接收模块，用于接收地面光网络授时信号；

地面光网络授时信号检测模块，用于检测地面光网络授时信号的异常状况；

地面光网络频率接收模块，用于接收地面光网络频率信号；

地面光网络频率检测模块，用于检测地面光网络频率信号的异常状况；

网管中心，用于接收并处理各个检测模块传过来的数据。

9.根据权利要求8所述的多源动态自适应时钟同步装置，其特征在于，还包括报警模块，报警模块与网管中心电连接，网管中心判断参考源故障时报警模块报警。