CN107395310B - 一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法及系统，包括标准授时模块，时间同步模块，监测编码模块，监测解码模块，监测比对模块；本发明通过使用重新设计的直流IRIG‑B码，解决了无法获取被监测装置信息的问题；同时，通过使用延时补偿功能并整合进上文所述的直流IRIG‑B码中，解决了光纤传输带来的时延问题。本发明可以获取到被监测装置与监测装置之间纳秒级的偏差，并通过分析被监测单元自身状态，上报合理分析。

Description

一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法及系统
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域，尤其涉及一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法及系统。
背景技术
在电力系统中，二次设备同步对时应用依赖时间同步系统的秒脉冲相位精度。合并单元、PMU(相量测量单元)等二次设备对于秒脉冲相位精度及稳定性的要求很高，其余二次设备为了提高采样精度和方便事故分析，对相位精度要求也会越来越高。因此高精度对时成为了电力系统二次设备的一个基本功能。
为了解决当前电力系统二次设备时间同步缺乏反馈无法获知工作状态的问题，减少因对时错误引起的事件顺序记录无效，装置异常运行等事故，国家陆续出台了一系列时间同步在线监测方法。由于这些方法都是基于常规网络协议的网络监测手段，不能传输秒脉冲的相位信息，精度仅能达到毫秒级，无法对上述合并单元、PMU(相量测量单元)等微秒级被授时二次设备进行监测。
同时，由于监测装置接入的被监测装置数量很多，必须及时获取被监测装置的各类信息，以达到区分装置的目的。常规监测手段可以利用网络报文获取此类信息，但是光纤传输是单向单通道，如果使用报文传输信息，则无法传输相位，那么精度就无法达到要求；如果传输秒脉冲相位信息，则无法传输装置的其它信息，监测装置便无法分辨监测对象。故需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法及系统，解决了传统监测手段无法对合并单元、PMU(相量测量单元)等微秒级被授时二次设备进行监测以及光纤传输无法同时传输秒脉冲相位信息及报文信息的问题。
为实现上述目的，本发明提供了
一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法，包括以下步骤：
1)基准时间输出：时间同步在线监测装置的FPGA获取监测基准时间，通过标准授时模块输出标准授时信号，并经由光纤传输给相量测量装置PMU、合并单元；被监测装置(相量测量装置PMU、合并单元)对时接口存在差异性，上述标准授时模块指FPGA将基准时间的时间信息和基于秒脉冲的相位信息根据接口差异性输出不同类型的标准授时信号。
2)基准时间处理：所述被监测装置的FPGA对步骤1)传输过来的标准授时信号通过时间同步模块进行处理，得到包含年月日时分秒这些时间元的时间信息和基于秒脉冲的相位信息；
3)光纤传输延迟补偿：基于光速是固定值，根据光缆的长度得到延迟补偿信息；
4)编码重新设计的直流IRIG-B码：所述被监测装置的FPGA对步骤2)的时间信息和相位信息，以及对步骤3)的延迟补偿信息，加上被监测装置自身标识信息和告警信息，根据直流IRIG-B码的码元规则进行编码，并通过光纤传输给所述监测装置；编码规则为码元0的PR码元使用秒脉冲相位基准，码元1-59编码时间信息，码元60-65编码被监测装置的设备类型，码元66-73编码被监测装置的设备序号，码元75-88编码延迟补偿信息，码元89-97编码装置告警信息，编码完成后通过光纤传输给监测装置；
5)解码重新设计的直流IRIG-B码：所述时间同步在线监测装置的FPGA对步骤4)传输过来的信息按码元规则进行解码，得到所述被监测装置的所有信息；
6)信息比对：所述时间同步在线监测装置的CPU对步骤5)解码的信息与监测装置自身的基准时间进行时间信息和相位信息的比对，获得比对差值，随后将该差值结果上送。
基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，包括标准授时模块、时间同步模块、监测编码模块、监测解码模块、监测比对模块：
标准授时模块，由于被监测装置对时接口存在差异性，监测装置用以通过FPGA，将基准时间的时间信息和基于秒脉冲的相位信息根据接口差异性输出不同类型的标准授时信号，通过光纤传输给所述被监测装置的时间同步模块；
时间同步模块，被监测装置用以获取标准授时信号，随后通过FPGA处理，得到时间信息和相位信息；
监测编码模块，被监测装置用以将时间信息、相位信息、标识信息、延迟补偿信息、告警信息根据直流IRIG-B码格式进行编码，通过光纤传输给所述监测装置；
监测解码模块，监测装置用以将直流IRIG-B码进行解码，以得到被监测装置的时间信息、相位信息、标识信息、延迟补偿信息、告警信息，并将这些信息传输给所述监测比对模块；
监测比对模块，用以将所述监测解码模块解得的信息与监测装置自身的基准时间比对，并将比对结果上报。
上述监测比对模块通过CPU实现。
上述CPU采用不低于266MHz主频的POWERPC架构或者ARM架构。
上述标准授时模块、时间同步模块、监测编码模块、监测解码模块通过FPGA实现。
上述FPGA的逻辑单元数量不少于24000个。
本发明的有益效果是：
本发明通过时间同步在线监测光直测方法，解决了传统监测手段无法对合并单元、PMU(相量测量单元)等微秒级被授时二次设备进行监测以及光纤传输无法同时传输秒脉冲相位信息及报文信息的问题。本发明可广泛应用于时间同步在线监测系统。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的系统结构框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法，包括以下步骤：
1)基准时间输出：监测装置的FPGA获取监测基准时间，通过标准授时模块输出标准授时信号，并经由光纤传输给被监测装置；
2)基准时间处理：被监测装置的FPGA对步骤1)传输过来的标准授时信号通过时间同步模块进行处理，得到包含年月日时分秒的时间元的时间信息和基于秒脉冲的相位信息；
3)光纤传输延迟补偿：光纤传输会造成上述基于秒脉冲的相位信息产生延迟，基于光速是固定值，根据光缆的长度可以得到较精确的延迟补偿信息；光速在真空环境约为30万千米每秒，所以光纤传输会造成上述基于秒脉冲的相位信息产生延迟，约为3.3纳秒每米，用每米的延迟时间乘以光缆长度，可以较精确的得到延迟补偿信息；
4)编码重新设计的直流IRIG-B码：被监测装置的FPGA对步骤2)的时间信息和相位信息，以及对步骤3)的延迟补偿信息，加上装置自身标识信息和告警信息，根据重新设计的直流IRIG-B码的码元规则进行编码，并通过光纤传输给监测装置；现在电力系统上使用的直流IRIG-B码码元反映的是授时装置的秒脉冲相位信息，时间信息和装置自身的状态信息，将状态信息改成被监测装置的标识信息和告警信息，就能解决光纤传输无法同时传输秒脉冲相位信息及报文信息的问题，具体码元定义见表1。其中码元0的PR码元使用秒脉冲相位基准，码元1-59编码时间信息，码元60-65编码被监测装置的设备类型，码元66-73编码被监测装置的设备序号，码元75-88编码延迟补偿信息，码元89-97编码装置告警信息，编码完成后通过光纤传输给监测装置；
表1重新设计的直流IRIG-B码码元表。
5)解码重新设计的直流IRIG-B码：监测装置的FPGA对步骤4)传输过来的信息按码元规则进行解码，得到被监测装置的所有信息；
6)信息比对：监测装置的CPU对步骤5)解码的信息与装置自身的基准时间进行比对并获得差值，并根据被监测装置的告警信息，依据重要程度上送差值和信息。
如图2所示，一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，包括标准授时模块、时间同步模块、监测编码模块、监测解码模块、监测比对模块：
标准授时模块，监测装置用以将基准时间通过FPGA处理，输出标准授时信号，通过光纤传输给所述被监测装置的时间同步模块；
时间同步模块，被监测装置用以获取标准授时信号，随后通过FPGA处理，得到时间信息和相位信息；
监测编码模块，被监测装置用以将时间信息、相位信息、标识信息、延迟补偿信息、告警信息根据重新设计的直流IRIG-B码格式进行编码，通过光纤传输给所述监测装置；
监测解码模块，监测装置用以将重新设计的直流IRIG-B码进行解码，以得到被监测装置的时间信息、相位信息、标识信息、延迟补偿信息、告警信息，并将这些信息传输给所述监测比对模块；
监测比对模块，用以将所述监测解码模块解得的信息与监测装置自身的基准时间比对，通过分析后上报。
本实施例中，所述监测比对模块通过CPU实现。
本实施例中，所述标准授时模块、时间同步模块、监测编码模块、监测解码模块通过FPGA实现。
本实施例中，所述CPU采用不低于266MHz主频的POWERPC架构或者ARM架构。
本实施例中，所述FPGA逻辑单元数量不少于24000个。
本发明通过时间同步在线监测光直测方法，解决了传统监测手段无法对合并单元、PMU(相量测量单元)等微秒级被授时二次设备进行监测以及光纤传输无法同时传输秒脉冲相位信息及报文信息的问题。本发明可广泛应用于时间同步在线监测系统。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基准时间输出：时间同步在线监测装置的FPGA获取监测基准时间，通过标准授时模块输出标准授时信号，并经由光纤传输给相量测量装置PMU、合并单元；
2)基准时间处理：被监测装置的FPGA对步骤1)传输过来的标准授时信号通过时间同步模块进行处理，得到包含年月日时分秒这些时间元的时间信息和基于秒脉冲的相位信息；
3)光纤传输延迟补偿：基于光速是固定值，根据光缆的长度得到延迟补偿信息；
4)编码重新设计的直流IRIG-B码：所述被监测装置的FPGA对步骤2)的时间信息和相位信息，以及对步骤3)的延迟补偿信息，加上被监测装置自身标识信息和告警信息，根据直流IRIG-B码的码元规则进行编码，并通过光纤传输给所述监测装置；编码规则为码元0的PR码元使用秒脉冲相位基准，码元1-59编码时间信息，码元60-65编码被监测装置的设备类型，码元66-73编码被监测装置的设备序号，码元75-88编码延迟补偿信息，码元89-97编码装置告警信息，编码完成后通过光纤传输给监测装置；
5)解码重新设计的直流IRIG-B码：所述时间同步在线监测装置的FPGA对步骤4)传输过来的信息按码元规则进行解码，得到所述被监测装置的所有信息；
6)信息比对：所述时间同步在线监测装置的CPU对步骤5)解码的信息与监测装置自身的基准时间进行时间信息和相位信息的比对，获得比对差值，随后将该差值结果上送。
2.一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，其特征在于，包括标准授时模块、时间同步模块、监测编码模块、监测解码模块、监测比对模块：
标准授时模块，由于被监测装置对时接口存在差异性，监测装置用以通过FPGA，将基准时间的时间信息和基于秒脉冲的相位信息根据接口差异性输出不同类型的标准授时信号，通过光纤传输给所述被监测装置的时间同步模块；
时间同步模块，被监测装置用以获取标准授时信号，随后通过FPGA处理，得到时间信息和相位信息；
监测编码模块，被监测装置用以将时间信息、相位信息、标识信息、延迟补偿信息、告警信息根据直流IRIG-B码格式进行编码，通过光纤传输给所述监测装置；码元0的PR码元使用秒脉冲相位基准，码元1-59编码时间信息，码元60-65编码被监测装置的设备类型，码元66-73编码被监测装置的设备序号，码元75-88编码延迟补偿信息，码元89-97编码装置告警信息；
监测解码模块，监测装置用以将直流IRIG-B码进行解码，以得到被监测装置的时间信息、相位信息、标识信息、延迟补偿信息、告警信息，并将这些信息传输给所述监测比对模块；
监测比对模块，用以将所述监测解码模块解得的信息与监测装置自身的基准时间比对，并将比对结果上报。
3.如权利要求2所述的一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，其特征在于，所述监测比对模块通过CPU实现。
4.如权利要求3所述的一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，其特征在于：所述CPU采用不低于266MHz主频的POWERPC架构或者ARM架构。
5.如权利要求2所述的一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，其特征在于，所述标准授时模块、时间同步模块、监测编码模块、监测解码模块通过FPGA实现。
6.如权利要求5所述的一种基于时间同步的在线监测光信号直接测量系统，其特征在于：所述FPGA的逻辑单元数量不少于24000个。
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