CN106814602A - 一种为电力系统授时的方法及系统 - Google Patents

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郭鹏飞
贾建禄
吴庆林
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    • G04R20/00—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal
    • G04R20/02—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being sent by a satellite, e.g. GPS
    • G04R20/06—Decoding time data; Circuits therefor

Abstract

本发明实施例公开了一种为电力系统授时的方法，通过对获取到的多个授时信号同时进行解码，从而判定出有效的授时信号，根据有效的授时信号与时钟源信号计算得到世界协调时间，然后在转化为预设时区时间，作为电力系统的授时时间输入电力系统。同时获取多个授时信号，可以通过其中一种有效的授时信号进行授时，有效的克服了单一GPS授时时由于外界因素影响而造成的接收信号遮挡而无法正常运行以及GPS的安全隐患，不仅提高了授时系统的授时精度，还有利于提高授时系统的稳定性以及可靠性。此外，本发明实施例提供了相应的实现系统，进一步使得所述方法更具有实用性，所述系统具有相应的优点。

Description

一种为电力系统授时的方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星授时领域，特别是涉及一种为电力系统授时方法及系统。
背景技术
随着科技的发展，电力系统自动化控制技术也得到了快速的发展，电力系统对时间精度的要求也越来越高。在电力系统装备的试验中，各种测量控制设备以及精密数据采集设备，例如控制系统、通信系统以及测试系统都需要时间统一系统提供高度精确的同步时间，以保证试验的顺利进行。
现有技术利用GPS(Global Positioning System，全球定位系统)授时系统作为时间统一系统。GPS授时系统从GPS卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型传输给自动化系统中需要时间信息的设备(例如计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置)，这样就可以达到整个系统的时间同步。具体的，GPS时钟接收GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间，为获得准确的GPS时间，GPS时钟必须先接收到至少4颗GPS卫星的信号，计算出自己所在的三维位置。在已经得出具体位置后，GPS时钟只要接收到1颗GPS卫星信号就能保证时钟的走时准确性。
但是，GPS授时系统由于施工不灵活，射频拉远受限，可能导致接收信号遮挡而无法正常运行；此外，GPS系统存在漏洞，而且发送接收数据都没没有加密，容易遭受攻击，存在安全隐患；GPS系统的系统误差大约在100ns。可见，GPS系统在精度、性能、可靠性以及安全性方面已经无法满足某些高精度、高安全性领域的需求。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种为电力系统授时的方法及系统，以满足对时间统一系统高精度、性能稳定、高可靠性的授时需求。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例一方面提供了一种为电力系统授时的方法，包括：
获取多种类型的授时信号；
获取时钟源信号；
对各所述授时信号进行解码，根据解码后授时信号的标志位判断所述授时信号的有效性；
当判定所述授时信号具有有效性时，根据所述授时信号以及所述时钟源信号计算得到世界协调时间；
将所述世界协调时间转化为预设时区时间，并将所述预设时区时间输入至电力系统，作为所述电力系统的授时时间。
可选的，所述授时信号为：
GPS/北斗卫星信号；
和/或IRIG-B码。
可选的，所述获取多种类型的授时信号包括：
获取所述GPS/北斗卫星信号；
将所述GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星时间信号。
可选的，在所述获取所述GPS/北斗卫星信号之后还包括：
将所述GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星秒脉冲信号；
将所述GPS/北斗卫星秒脉冲信号输入至所述电力系统。
可选的，在所述将所述GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星秒脉冲信号之后还包括：
根据所述GPS/北斗卫星秒脉冲信号以及所述时钟源信号计算得到时统脉冲信号；
将所述时统脉冲信号输入至所述电力系统。
可选的，在所述将所述世界协调时间转化为预设时区时间之后还包括：
将所述预设时区时间进行显示。
本发明实施例另一方面提供了一种为电力系统授时的系统，包括：
采集信号模块，用于采集多种类型的授时信号以及时钟源信号；
输入信号模块，用于各将所述授时信号以及所述时钟源信号输入至处理器；
处理器，用于获取各所述授时信号以及时钟源信号；根据解码后授时信号的标志位判断所述授时信号的有效性；当判定所述授时信号具有有效性时，根据所述授时信号以及所述时钟源信号计算得到世界协调时间；将所述世界协调时间转化为预设时区时间；
FPGA板卡，用于对各所述授时信号进行解码；
输出模块，用于将所述预设时区时间输入至电力系统。
可选的，所述处理器包括信息处理芯片；所述信息处理芯片用于将所述世界协调时间转化为所述预设时区时间，并将所述预设时区时间输入至所述电力系统。
可选的，还包括：
显示器，用于将所述预设时区时间进行显示。
可选的，所述输入信号模块包括：
恒温晶振和/或串口通信晶振。
本发明实施例提供了一种为电力系统授时的方法，通过对获取到的多个授时信号同时进行解码，从而判定出有效的授时信号，根据有效的授时信号与时钟源信号计算得到世界协调时间，然后在转化为预设时区时间，作为电力系统的授时时间输入电力系统。
本申请提供的技术方案的优点在于，同时获取多个授时信号，可以通过其中一种有效的授时信号进行授时，有效的克服了单一GPS授时时由于外界因素影响而造成的接收信号遮挡而无法正常运行以及GPS的安全隐患，不仅提高了授时系统的授时精度，还有利于提高授时系统的稳定性以及可靠性。
此外，本发明实施例还针对为电力系统授时的方法提供了相应的实现系统，进一步使得所述方法更具有实用性，所述系统具有相应的优点。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一个示例性应用场景的框架示意图；
图2为本发明实施例提供的一种为电力系统授时方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种为电力系统授时方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的为电力系统授时的系统一种具体实施方式的结构图；
图5为本发明实施例提供的为电力系统授时的系统另一种具体实施方式的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
本申请的发明人经过研究发现，现有技术中的GPS授时系统由于施工不灵活，射频拉远受限，可能导致接收信号遮挡而无法正常运行；此外，GPS系统存在漏洞，而且发送接收数据都没没有加密，容易遭受攻击，存在安全隐患误差。
鉴于此，本申请同时获取多个授时信号，可以通过其中一种有效的授时信号进行授时，有效的克服了单一GPS授时时由于外界因素影响而造成的接收信号遮挡而无法正常运行以及GPS的安全隐患，不仅提高了授时系统的授时精度，还有利于提高授时系统的稳定性以及可靠性。
基于上述本发明实施例的技术方案，下面首先结合图1对本发明实施例的技术方案涉及的一些可能的应用场景进行举例介绍，图1为本发明实施例提供的一个示意性例子的应用场景。
如图1所示，为电力系统授时的系统包括GPS/北斗双模卫星授时模块101、处理器102、输入信号模块103、FPGA解码模块104与输出模块105，其中：
GPS/北斗双模卫星授时模块101，用于接收GPS/北斗卫星信号，并输出符合NMEA0183协议的GPS/北斗时间信号以及秒脉冲信号至处理器102的输入端；输入信号模块103，为外部输入的时钟源信号和IRIG-B的输入端，输入信号模块103的输出端与处理器102的输入端相连；FPGA解码模块104，用于对GPS/北斗时间信号以及IRIG-B直流码进行解码；处理器102用于获取GPS/北斗时间信号以及IRIG-B直流码，并判断所述GPS/北斗时间信号以及IRIG-B时间信号的有效性，从而得到UTC时间(Universal Time Coordinated，世界协调时间)，然后将世界协调时间转化为预设时区时间；处理器102的输入端连接GPS/北斗双模卫星授时模块101的输出端和输入信号模块103的输出端，处理器102的输出端连接FPGA解码模块104的输入端与输出模块105的输入端；输出模块105，用于接收来自处理器102的UTC时间信息，秒脉冲信号以及时统脉冲信号，可以通过IO口进行双向通信，且连接至电力系统。
需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本申请的思想和原理而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。
在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。
首先参见图2，图2为本发明实施例提供的一种为电力系统授时方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：
S201：获取多种类型的授时信号以及时钟源信号。
多种类型的授时信号可为GPS/北斗卫星信号，也可为IRIG-B码，当然，也可为其他任何形式的授时信号。
在获取信号时，可先进行判断。一般的GPS可以接收L1(1575.42+/-10MHz)、L2(1227.60+/-10MHz)两个波段信号，民用GPS，如车载导航仪，行驶记录仪等，只接收L1波段信号。当GPS/北斗双系统均能正常跟踪信号并能联合定位时，为获取GPS L1+BD2B1双系统的授时信号。当某一频点信号出现丢失等情形时，自动切换到正常系统中进行获取授时信号；若丢失的信号恢复正常后，可在切换到双系统获取授时信号。在整个过程中PPS不会中断输出。
由于获取到的信号便于后续数据处理，在获GPS/北斗卫星信号，可将GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星秒脉冲信号；将转化后的GPS/北斗卫星秒脉冲信号输入至电力系统。
为了保证整个系统具有一个基准时间，可通过输入的时钟源信号对GPS/北斗卫星秒脉冲信号进行锁存与分频倍频，获得与GPS/北斗卫星秒脉冲时间对齐的时统脉冲信号。其中，可用恒温晶振来实现锁存秒脉冲信号以及分频倍频获得与秒脉冲时间对齐的时统脉冲信号，可用串口通信晶振用于分频倍频获得IO通信频率信号。当然，也可采用其他器件，这均不影响本申请的实现。
S202：对所述授时信号进行解码，根据解码后授时信号的标志位判断所述授时信号的有效性。
可采用FPGA板卡实现对授时信号的解码。恒温晶振输出10MHz频率至FPGA引脚，FPGA利用该频率对GPS/北斗秒脉冲信号进行锁存，并对10MHz频率进行分频，输出与秒脉冲信号对齐的时统脉冲信号。串口通信晶振为7.3728MHz，输出频率至FPGA输入引脚，通过对该频率分频获得常规的串口通信频率，从而使FPGA能够接受并解码来自GPS/北斗卫星符合NMEA0183协议的串行码，同时也可以通过FPGA进行IO口通信。IRIG-B直流码输入至FPGA模块进行解码从而获得IRIG-B时间信息与IRIG-B秒脉冲信号。
对解码后的授时信号，可通过判断标志位来识别哪些授时信号是有效的。当然，也可通过其他方式进行判断授时信号的有效性。
S203：当判定所述授时信号具有有效性时，根据所述授时信号以及所述时钟源信号计算得到世界协调时间。
世界协调时间即UTC时间，又称世界统一时间，世界标准时间，国际协调时间，是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。
可根据GPS/北斗卫星信号以及时钟源信号计算得到UTC时间，也可根据IRIG-B码与时钟源信号计算得到。
S204：将所述世界协调时间转化为预设时区时间，并将所述预设时区时间输入至电力系统，作为所述电力系统的授时时间。
预设时区时间即为待授时电力系统所在的时区，例如将UTC时间转化为北京时间。
由上可知，本发明实施例同时获取多个授时信号，可以通过其中一种有效的授时信号进行授时，有效的克服了单一GPS授时时由于外界因素影响而造成的接收信号遮挡而无法正常运行以及GPS的安全隐患，不仅提高了授时系统的授时精度，还有利于提高授时系统的稳定性以及可靠性。
基于上述实施例，请参阅图3，还可进一步包括：
S205：将所述预设时区时间进行显示。
通过将给电力系统授时的时间进行显示，可方便用户或工作人员判断所得到的时间是否准确，以便尽快发现问题，从而进行维护，有利于提高整个系统的可靠性以及稳定性。
本发明实施例还针对为电力系统授时的方法提供了相应的实现系统，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的为电力系统授时的系统进行介绍，下文描述的为电力系统授时的系统与上文描述的为电力系统授时的方法可相互对应参照。
参见图4，图4为本发明实施例提供的为电力系统授时系统在一种具体实施方式下的结构图，该系统可包括：
采集信号模块401，用于采集授时信号以及时钟源信号。
输入信号模块402，用于将所述授时信号以及所述时钟源信号输入至处理器。
处理器403，用于获取授时信号以及时钟源信号；根据解码后授时信号的标志位判断所述授时信号的有效性；当判定所述授时信号具有有效性时，根据所述授时信号以及所述时钟源信号计算得到世界协调时间；将所述世界协调时间转化为预设时区时间。
FPGA板卡404，用于对授时信号进行解码。
输出模块405，用于将所述预设时区时间输入至电力系统。
可选的，在一种具体实施方式中，处理器403可包括信息处理芯片4031，信息处理芯片可用于将所述世界协调时间转化为所述预设时区时间，并将所述预设时区时间输入至所述电力系统。
在一种具体实施方式中，所述输入信号模块402可包括恒温晶振和/或串口通信晶振。用于对GPS/北斗卫星秒脉冲信号进行锁存以及分频倍频，从而获得与秒脉冲时间对齐的时统脉冲信号，然后将其转化为IO通信频率信号。
在另一种具体的实施方式下，请参阅图5，所述系统还可包括：
显示器406，用于将所述预设时区时间进行显示。
其中，当采用GPS/北斗双模卫星进行授时时，由于和芯星通UM220-III L双模高性能授时模块能够同时支持BDS B1和GPS L1两个频点，具备自动切换授时系统的功能，通过串口输出兼容北斗的NMEA0183数据并给出1PPS授时信号，授时精度可达20ns，故可采用和芯星通UM220-III L芯片。
FPGA板卡可采用用Xilinx Spartan-3系列的XC3S400芯片，该芯片具有丰富的资源，并且UM220-III L模块串口输出可以直接与FPGA引脚相连，便于硬件设计。
恒温晶振可采用JAEG的OC14，稳定度可达±5×10-8s。
信息处理芯片可采用新华龙C8051F120处理器，显示器可采用周立功串口屏。
当然，为电力系统授时系统中涉及到的各个硬件，可采用任何一种类型的器件，并不限于上述所列的型号，本申请对此不做任何限定。
本发明实施例所述为电力系统授时系统的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例同时获取多个授时信号，可以通过其中一种有效的授时信号进行授时，有效的克服了单一GPS授时时由于外界因素影响而造成的接收信号遮挡而无法正常运行以及GPS的安全隐患，不仅提高了授时系统的授时精度，还有利于提高授时系统的稳定性以及可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种为电力系统授时的方法以及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种为电力系统授时的方法，其特征在于，包括：
获取多种类型的授时信号；
获取时钟源信号；
对各所述授时信号进行解码，根据解码后授时信号的标志位判断所述授时信号的有效性；
当判定所述授时信号具有有效性时，根据所述授时信号以及所述时钟源信号计算得到世界协调时间；
将所述世界协调时间转化为预设时区时间，并将所述预设时区时间输入至电力系统，作为所述电力系统的授时时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述授时信号为：
GPS/北斗卫星信号；
和/或IRIG-B码。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取多种类型的授时信号包括：
获取所述GPS/北斗卫星信号；
将所述GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星时间信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述获取所述GPS/北斗卫星信号之后还包括：
将所述GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星秒脉冲信号；
将所述GPS/北斗卫星秒脉冲信号输入至所述电力系统。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述将所述GPS/北斗卫星信号转化为符合NMEA0183协议的GPS/北斗卫星秒脉冲信号之后还包括：
根据所述GPS/北斗卫星秒脉冲信号以及所述时钟源信号计算得到时统脉冲信号；
将所述时统脉冲信号输入至所述电力系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述将所述世界协调时间转化为预设时区时间之后还包括：
将所述预设时区时间进行显示。
7.一种为电力系统授时的系统，其特征在于，包括：
采集信号模块，用于采集多种类型的授时信号以及时钟源信号；
输入信号模块，用于各将所述授时信号以及所述时钟源信号输入至处理器；
处理器，用于获取各所述授时信号以及时钟源信号；根据解码后授时信号的标志位判断所述授时信号的有效性；当判定所述授时信号具有有效性时，根据所述授时信号以及所述时钟源信号计算得到世界协调时间；将所述世界协调时间转化为预设时区时间；
FPGA板卡，用于对各所述授时信号进行解码；
输出模块，用于将所述预设时区时间输入至电力系统。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理器包括信息处理芯片；所述信息处理芯片用于将所述世界协调时间转化为所述预设时区时间，并将所述预设时区时间输入至所述电力系统。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
显示器，用于将所述预设时区时间进行显示。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述输入信号模块包括：
恒温晶振和/或串口通信晶振。
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