CN109976137A - 一种提高卫星授时信号守时精度的系统、方法及变电站 - Google Patents

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康宁
任桂田
陈建
张黎元
郭凌旭
赵紫昆
梁晓林
张志君
周正
刘宪栩
刘长德
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Beijing Yisoft Technology Co Ltd
State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
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Beijing Yisoft Technology Co Ltd
State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
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    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • 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
    • G04R20/04—Tuning or receiving; Circuits therefor

Abstract

本发明涉及一种提高卫星授时信号守时精度的系统、方法及变电站，属于电力系统自动化技术领域，其特征在于，至少包括：授时型卫星接收模块，用于接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号；高精度自守时模块，用于输出装置内部参考授时信号；锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B；相位参考修正模块；授时信号输出模块；其中：所述授时型卫星接收模块通过锁相环倍频电路A与相位参考修正模块的比较端子A连接；所述高精度自守时模块通过锁相环倍频电路B与相位参考修正模块的比较端子B连接；所述相位参考修正模块的输出端子与授时信号输出模块的输入端子连接。本发明能够提高卫星授时信号守时精度。

Description

一种提高卫星授时信号守时精度的系统、方法及变电站
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，具体涉及一种提高卫星授时信号守时精度的系统、方法及变电站。
背景技术
近年来，随着城市配电复杂性逐年提升，低压配电网安全稳定运行的难度也日益增大。如何能对低压配电网更加有效监控管理成为重要问题。低压配电网多采用闭环设计，开环运行的情况，如果对线路或者区域进行孤立分析无法有效得知整体配网运行情况。所以配电网中各类动态量测装置对授时装置的性能要求很高。只有严格保证配电网各类装置采集时间严格同步，才可以获得真实配电网运行数据。由于变电站内电磁条件恶劣，经常在开合闸等操作时对卫星接收机造成影响，进而影响授时精度。
因此，变电站配网运行状态量测过程中，迫切需要一种具备超高授时精度，并且对外部干扰具备较强免疫力的系统，可以准确稳定的输出超高精度的卫星授时信号提供给站内各类动态量测装置使用。将配网整体运行情况同步采集，使技术人员可以获取配网整体实时运行状态，提高配网运行管理水平。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，本文针对上述问题，开发了一种提高卫星授时信号守时精度的系统、方法及变电站，该提高卫星授时信号守时精度的系统、方法及变电站为了解决当前配电网中卫星授时装置性能因天气、场地的影响易被影响的不足，通过内置两路时钟源：授时型卫星接收模块、高精度自守时模块，通过锁相环电路对两路时钟源的时钟信号进行倍频处理。针对倍频后的时钟信号进行相位差比较，相互参考，消除原有卫星授时中因天气原因、卫星数量等因素引起的概率误差，并通过标准IRIG-B码(DC/AC)和1PPS对外输出超高精度授时信号。
本发明的第一目的是提供一种提高卫星授时信号守时精度的系统，至少包括：
授时型卫星接收模块，用于接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号；
高精度自守时模块，用于输出装置内部参考授时信号；
锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B；
相位参考修正模块；
授时信号输出模块；其中：
所述授时型卫星接收模块通过锁相环倍频电路A与相位参考修正模块的比较端子A连接；所述高精度自守时模块通过锁相环倍频电路B与相位参考修正模块的比较端子B连接；所述相位参考修正模块的输出端子与授时信号输出模块的输入端子连接。
进一步：所述授时型卫星接收模块为授时型卫星接收机。
本发明的第二目的是提供一种提高卫星授时信号守时精度的方法，至少包括如下步骤：
步骤一、授时型卫星接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号给锁相环倍频电路A进行倍频；高精度自守时模块输出装置内部参考授时信号给锁相环倍频电路B进行倍频；
步骤二、相位参考修正模块同时接收锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B的倍频信号，并进行比较，进而得出两路时钟信号差值，通过差值评估授时信号稳定程度；
当卫星接收装置卫星数量不足或者因偶发因素造成频率误差大时，通过高精度自守时模块时钟对输出时钟信号进行补偿；
当卫星接收装置输出稳定时，对高精度自守时模块时钟进行校准。
进一步：所述授时型卫星接收模块为授时型卫星接收机。
进一步：锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B输出信号的频率相同。
本发明的第三目的是提供一种应用上述提高卫星授时信号守时精度的系统的变电站。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过两路倍频时钟的相位差进行参考修正，有效对卫星授时因卫星数量、天气原因、电磁干扰造成的误差进行可靠修正，可显著提升配网其它同步量测设备的同步性能。即本发明利用两路时钟的特性，通过锁相环电路预先倍频处理后进行高精度比较，可输出稳定10纳秒级别的授时信号。该授时信号通过标准信号输出模块，形成符合IRIG-B规范的直流(DC)或交流(AC)授时信号以及1PPS秒脉冲信号，提供各类标准时钟信号给其它需同步设备使用。
1、提升传统卫星授时装置在恶劣天气，卫星数目不足时的授时性能；
2、针对配网特点，提供满足电网设备授时需要的标准化授时信号输出；
3、无需内置高成本精密时钟元件，整体性价比高，经济效益好。
附图说明
图1为本发明优选实施的系统框图；
图2为本发明优选实施在变电站内应用的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
请参阅图1：
本文针对上述问题，开发了一种提高卫星授时信号守时精度的系统，包括：
授时型卫星接收模块，用于接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号；
高精度自守时模块，用于输出装置内部参考授时信号；
锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B；
相位参考修正模块；
授时信号输出模块；其中：
所述授时型卫星接收模块通过锁相环倍频电路A与相位参考修正模块的比较端子A连接；所述高精度自守时模块通过锁相环倍频电路B与相位参考修正模块的比较端子B连接；所述相位参考修正模块的输出端子与授时信号输出模块的输入端子连接。
作为优选：所述授时型卫星接收模块为授时型卫星接收机。
一种提高卫星授时信号守时精度的方法，包括如下步骤：
步骤一、授时型卫星接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号给锁相环倍频电路A进行倍频；高精度自守时模块输出装置内部参考授时信号给锁相环倍频电路B进行倍频；
步骤二、相位参考修正模块同时接入两路授时信号，经过内部的锁相环电路，将两路时钟信号首先进行倍频，形成两路超高频时钟信号，通过模块内部基于相位差的比较电路，比较出两路时钟信号差值，评估授时信号稳定程度。
当卫星接收装置卫星数量不足或者因偶发因素造成频率误差大时，通过自守时模块时钟对输出时钟信号进行补偿。保障装置对外授时信号的稳定。
当卫星接收装置输出稳定时，对自守时模块时钟进行校准，以便消除自守时模块本身误差。
上述方案由4大模块组成：授时型卫星接收机、高精度自守时模块、锁相环倍频(锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B)及相位比较模块和标准授时信号输出模块。方案内置两个时钟源，主时钟源为卫星接收机输出的1PPS秒脉冲，常规下可认为授时精度可达到亚us级别，但由于其依靠卫星信号，故存在较大概率出现随机误差，引起误差的因素包括天气原因、卫星数量和瞬时电磁干扰等。当出现干扰时，卫星授时精度会受到较大影响，输出时钟误差可劣化为常规误差500％至1000％以上。因此，本发明在方案中加入高精度自守时模块。高精度自守时模块不受外部干扰，在短时间内可保证时钟稳定输出。通过将两路频率差异极大的时钟信号经过锁相环倍频电路处理后，得到两路频率相同的高频时钟信号，由可编程逻辑电路(CPLD)作为主要元件实现的相位比较电路时，当卫星授时信号误差大于设定阈值，则采用自守时模块时钟；当卫星授时信号误差小于设定阈值，则利用卫星授时信号对自守时模块时钟进行校准。实现两路时钟信号相互参考，达到超高精度授时守时的功能。比较模块输出标准时钟信号，经由授时信号输出模块，转为标准IRIG-B授时信号和1PPS秒脉冲信号输出。通过以上技术方案实现本发明。
在图2所示实施例中，提高卫星授时信号守时精度的方法应用于变电站保护室卫星授时屏内，通过接入外部卫星接收天线信号，获取卫星授时提供的标准UTC时间，并根据方案设计的内部自守时模块，综合比较输出超高精度授时信号。当前变电站内，一般设置有远动机、故障录波、PMU设备、电能表计以及同步量测设备等，通过简单将本方案输出的授时信号同其同步输入端子相连接，即可实现超高精度授时。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种提高卫星授时信号守时精度的系统，其特征在于，至少包括：
授时型卫星接收模块，用于接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号；
高精度自守时模块，用于输出装置内部参考授时信号；
锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B；
相位参考修正模块；
授时信号输出模块；其中：
所述授时型卫星接收模块通过锁相环倍频电路A与相位参考修正模块的比较端子A连接；所述高精度自守时模块通过锁相环倍频电路B与相位参考修正模块的比较端子B连接；所述相位参考修正模块的输出端子与授时信号输出模块的输入端子连接。
2.根据权利要求1所述提高卫星授时信号守时精度的系统，其特征在于：所述授时型卫星接收模块为授时型卫星接收机。
3.一种基于权利要求1所述提高卫星授时信号守时精度的系统的方法，其特征在于：至少包括如下步骤：
步骤一、授时型卫星接收模块输出GPS或者BeiDou卫星接收机解码得到的卫星授时信号给锁相环倍频电路A进行倍频；高精度自守时模块输出装置内部参考授时信号给锁相环倍频电路B进行倍频；
步骤二、相位参考修正模块同时接收锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B的倍频信号，并进行比较，进而得出两路时钟信号差值，通过差值评估授时信号稳定程度；
当卫星接收装置卫星数量不足或者因偶发因素造成频率误差大时，通过高精度自守时模块时钟对输出时钟信号进行补偿；
当卫星接收装置输出稳定时，对高精度自守时模块时钟进行校准。
4.根据权利要求3所述提高卫星授时信号守时精度的系统的方法，其特征在于：所述授时型卫星接收模块为授时型卫星接收机。
5.根据权利要求3所述提高卫星授时信号守时精度的系统的方法，其特征在于：锁相环倍频电路A和锁相环倍频电路B输出信号的频率相同。
6.一种应用上述权利要求1所述提高卫星授时信号守时精度的系统的变电站。
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