CN109756288A - 一种配电网广域测量时间同步系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种配电网广域测量时间同步系统，包括时间同步管理单元、WIA对时网关、WIA对时模块和IEEE‑1588从钟模块。所述时间同步管理单元接收卫星授时信号，通过光纤以太网与各个IEEE‑1588从钟模块同步；所述WIA对时网关安装在光纤覆盖区域，通过IEEE‑1588协议从时间同步管理单元获取同步时间信息，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源，进而实现无光纤覆盖区域的PMU时间同步。该系统利用WIA无线网络实现单点分散的PMU对时，是对有线对时方式的柔性补充，将有线对时和无线对时相融合，可有效解决复杂配电网地域环境下大规模部署PMU的全网时间同步问题。

Description

一种配电网广域测量时间同步系统
技术领域
本发明涉及电力系统时间同步技术领域，尤其涉及一种面向配电网广域测量的时间同步系统。
背景技术
随着分布式电源和电动汽车等规模化发展，使得配电网可观可控问题更加突出，基于同步相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的配电网广域测量技术，是提升配电网可量测性的重要手段，对于智能配电网的建设具有重要意义。
目前，PMU的时间同步一般是采用GPS和IEEE-1588协议相结合的方式实现，但是在配电网运行环境中，由于其网络结构复杂，地域环境差异大，测量点众多且分散，致使在某些特定区域内光纤敷设困难且GPS信号不稳定，无法使用现有技术手段实现时间同步，严重影响PMU在配电网中的大规模部署应用，阻碍了配电网可观测性的提升。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供了一种基于工业无线网络WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)和IEEE-1588技术的有线和无线混合网络时间同步系统，利用WIA无线网络实现单点分散的PMU对时，是对IEEE-1588对时方式的柔性补充，将有线对时和无线对时相融合，可有效解决复杂配电网地域环境下大规模部署PMU的全网时间同步问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种配电网广域测量时间同步系统，包括时间同步管理单元、WIA对时网关、WIA对时模块和IEEE-1588从钟模块。
所述时间同步管理单元，用于接收北斗卫星或GPS卫星传递的授时信号，转换成IEEE-1588协议的同步时间信息，通过光纤以太网与网络内的各个IEEE-1588从钟模块同步；
所述WIA对时网关安装在光纤覆盖区域，通过IEEE-1588协议从时间同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源，通过WIA无线网络与各个WIA对时模块同步；
所述WIA对时模块与PMU相连，通过WIA无线网络与WIA对时网关同步，将获取的WIA无线网络的同步时间信息转换为时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU，实现无光纤覆盖区域的时间同步；其中，PPS(pulse per second)为秒脉冲。
所述IEEE-1588从钟模块与PMU相连，通过光纤以太网与时间同步管理单元同步，将获取的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU，实现有光纤覆盖区域的时间同步。
进一步地，所述时间同步管理单元，包括GPS/BDS授时模块，用于接收北斗卫星或GPS卫星的授时信号；铷原子钟守时模块，用于当接收不到北斗或GPS授时信号时，依靠铷原子钟进行守时，使时间同步管理单元输出的时间同步信号仍能保持很高的精度；IEEE-1588时钟模块，用于将接收到的北斗卫星或GPS卫星授时信号，由处理器模块控制，转换成符合IEEE-1588协议的时间信息输出；处理器模块，与其余各个模块连接，用于管理各个功能模块协调配合运行；热备份电源模块，用于在外接电源断开的情况仍能保证时间同步管理单元正常运行。其中，BDS(BeiDou Navigation Satellite System)为北斗卫星导航系统。
更进一步地，时间同步管理单元中的IEEE-1588时钟模块工作在主钟模式。
进一步地，所述WIA对时网关，包括WIA无线通信模块，由处理器模块控制，管理WIA无线网络实现网络内WIA对时模块节点的高精度时间同步；铷原子钟守时模块，用于在失去IEEE-1588时钟时，依靠铷原子钟进行守时，保持无线网络的高精度时间同步信号；IEEE-1588时钟模块，用于从时钟同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息，然后由处理器模块控制，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源；处理器模块，与其余各个模块连接，用于管理各个功能模块协调配合运行；热备份电源模块，用于在外接电源断开的情况仍能保证WIA对时网关正常运行。
更进一步地，WIA对时网关中的IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式。
进一步地，所述WIA对时模块，包括WIA无线通信模块、微处理器模块和时间输出接口模块。
其中，WIA无线通信模块，用于与WIA对时网关通信，获取WIA无线网络的同步时间信息；时间输出接口模块，由微处理器模块控制，用于将获取到的WIA无线网络的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。其中，RMC(RecommendedMinimum Specific)为最简定位信息语句。
进一步地，所述IEEE-1588从钟模块，包括IEEE-1588时钟模块、微处理器模块和时间输出接口模块。
其中，IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式，用于通过光纤以太网与时间同步管理单元同步，获取IEEE-1588协议的同步时间信息；时间输出接口模块，由微处理器模块控制，用于将获取到的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
1、采用WIA无线网络结合光纤以太网的混合网络时间同步策略，有效解决光纤敷设困难且GPS/BDS信号不稳定区域的PMU对时问题。
2、该系统成本低、易部署，便于推广，为PMU在配电网中大规模部署提供有利条件。
附图说明
图1是本发明实施例的系统架构示意图；
图2是本发明实施例中时间同步管理单元组成框图；
图3是本发明实施例中WIA对时网关组成框图；
图4是本发明实施例中IEEE-1588从钟模块组成框图；
图5是本发明实施例中WIA对时模块组成框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1所示为系统的总体架构框图，包括时间同步管理单元、WIA对时网关、多个WIA对时模块和多个IEEE-1588从钟模块。
对采用WIA无线网络结合光纤以太网IEEE-1588协议的混合网络时间同步系统解释如下：
配电网网络结构复杂，地域环境差异大，测量点众多且分散，全部实现光纤覆盖非常困难，有许多单点分散的PMU节点分布在没有光线覆盖的区域。本发明实施例中，在有光纤覆盖的区域采用传统IEEE-1588时钟同步技术对时，时钟同步管理单元作为局域网内授时主时钟源，具备卫星授时和本地原子钟守时能力，从北斗卫星或GPS卫星获取授时信号，转换成IEEE-1588协议的同步时间信息，通过光纤以太网与局域网内的各个IEEE-1588从钟模块同步，IEEE-1588时间同步属于本领域技术人员的公知常识，本发明实施例在此不再赘述；
在无光纤覆盖的区域采用WIA无线网络对时，WIA网关安装在光纤以太网覆盖区域，内嵌有IEEE-1588从钟模块，通过光纤以太网按照IEEE-1588协议从时间同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源，然后通过WIA无线网络与网络内所有WIA对时模块节点同步，WIA技术是一种向工业自动化的高实时、高可靠无线通信技术，其协议标准中采用基于预测补偿的自适应时间同步技术，网络同步精度高于1us，WIA标准属于本领域人员公知常识，本发明实施例在此不再赘述。
其中，所述时间同步管理单元，如图2所示，包括GPS/BDS授时模块、铷原子钟守时模块、IEEE-1588时钟模块、处理器模块和热备份电源模块。GPS/BDS授时模块，支持同时接收北斗卫星和GPS卫星的授时信号，解算出可供IEEE-1588时钟模块使用的时间信息；铷原子钟守时模块，用于当接收不到北斗或GPS授时信号时，依靠铷原子钟进行守时，使时间同步管理单元输出的时间同步信号仍能保持很高的精度，铷原子钟守时模块的时钟准确度应优于5×10-9；IEEE-1588时钟模块工作在主钟模式，用于将接收到的卫星授时信号，转换成符合IEEE-1588协议标准的时间信息输出；处理器模块，与其余各个模块连接，用于管理各个功能模块协调配合运行；热备份电源模块，用于在外接电源断开的情况仍能保证设备正常运行，运行时间不少于5小时。
所述WIA对时网关，如图3所示，包括WIA无线通信模块、铷原子钟守时模块、IEEE-1588时钟模块、处理器模块和热备份电源模块。WIA无线通信模块，由处理器模块控制，管理WIA无线网络实现网络内WIA对时模块节点的高精度时间同步；铷原子钟守时模块，用于在失去IEEE-1588时钟时，依靠铷原子钟进行守时，保持无线网络的高精度时间同步信号，铷原子钟守时模块的时钟准确度应优于5×10-9；IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式，用于从时钟同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息，然后由处理器模块控制，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源；处理器模块，与其余各个模块连接，用于管理各个功能模块协调配合运行；热备份电源模块，用于在外接电源断开的情况仍能保证设备正常运行，运行时间不少于5小时。
所述IEEE-1588从钟模块，如图4所示，包括IEEE-1588时钟模块、微处理器模块和时间输出接口模块。IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式，用于通过光纤以太网与时间同步管理单元同步，获取IEEE-1588协议的同步时间信息；时间输出接口模块，包括RS232串口电路和TTL电平输出电路，由微处理器模块控制，用于将获取到的IEEE-1588协议的同步时间信息以RMC语句和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
IEEE-1588从钟模块与PMU相连，和时间同步管理单元配合实现有光纤覆盖的区域的PMU时间同步。
所述WIA对时模块，如图5所示，包括WIA无线通信模块、微处理器模块和时间输出接口模块。WIA无线通信模块，用于与WIA对时网关通信，获取WIA无线网络的同步时间信息；时间输出接口模块，包括RS232串口电路和TTL电平输出电路，由微处理器模块控制，用于将获取到的WIA无线网络的同步时间信息以RMC语句和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
WIA对时模块与PMU相连，和WIA对时网关配合实现无光纤覆盖的区域的PMU时间同步。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：配电网运行环境复杂，测量点众多且分散，不是每个安装PMU的节点都能通过有线网络进行对时，如果采用GPS/BDS卫星对时，也会存在信号不稳定情况，本发明实施例为解决此问题，只需将WIA对时网关安装在有光纤覆盖区域，即可通过无线技术实现光纤敷设困难且GPS/BDS信号不稳定区域的PMU对时，大大提高了PMU在配电网中的实用性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：包括时间同步管理单元、WIA对时网关、WIA对时模块和IEEE-1588从钟模块；
所述时间同步管理单元，用于接收北斗卫星或GPS卫星传递的授时信号，转换成IEEE-1588协议的同步时间信息，通过光纤以太网与网络内的各个IEEE-1588从钟模块同步；
所述WIA对时网关安装在光纤覆盖区域，通过IEEE-1588协议从时间同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源，通过WIA无线网络与各个WIA对时模块同步；
所述WIA对时模块与PMU相连，通过WIA无线网络与WIA对时网关同步，将获取的WIA无线网络的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU，实现无光纤覆盖区域的时间同步；
所述IEEE-1588从钟模块与PMU相连，通过光纤以太网与时间同步管理单元同步，将获取的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU，实现有光纤覆盖区域的时间同步。
2.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：所述时间同步管理单元，包括：
GPS/BDS授时模块，用于接收北斗卫星或GPS卫星的授时信号；
铷原子钟守时模块，用于当接收不到北斗卫星或GPS卫星的授时信号时，依靠铷原子钟进行守时；
IEEE-1588时钟模块，用于将接收到的北斗卫星或GPS卫星的授时信号，由处理器模块控制，转换成符合IEEE-1588协议的时间信息输出；
处理器模块，与其余各个模块连接，用于管理各个功能模块协调配合运行；
热备份电源模块，用于在外接电源断开的情况仍能保证时间同步管理单元正常运行。
3.按照权利要求2所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：时间同步管理单元中的IEEE-1588时钟模块工作在主钟模式。
4.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：所述WIA对时网关，包括：
WIA无线通信模块，由处理器模块控制，管理WIA无线网络实现网络内WIA对时模块节点的时间同步；
铷原子钟守时模块，用于在失去IEEE-1588时钟时，依靠铷原子钟进行守时；
IEEE-1588时钟模块，用于从时钟同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息，然后由处理器模块控制，转换成WIA无线网络的基准同步时钟源；
处理器模块，与其余各个模块连接，用于管理各个功能模块协调配合运行；
热备份电源模块，用于在外接电源断开的情况仍能保证WIA对时网关正常运行。
5.按照权利要求5所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：WIA对时网关中的IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式。
6.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：所述WIA对时模块，包括WIA无线通信模块、微处理器模块和时间输出接口模块；
其中，WIA无线通信模块，用于与WIA对时网关通信，获取WIA无线网络的同步时间信息；时间输出接口模块，由微处理器模块控制，用于将获取到的WIA无线网络的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
7.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：所述IEEE-1588从钟模块，包括IEEE-1588时钟模块、微处理器模块和时间输出接口模块；
其中，IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式，用于通过光纤以太网与时间同步管理单元同步，获取IEEE-1588协议的同步时间信息；时间输出接口模块，由微处理器模块控制，用于将获取到的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
8.按照权利要求6、7所述的一种配电网广域测量时间同步系统，其特征在于：所述时间输出接口模块，包括RS232串口电路和TTL电平输出电路。
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