CN111142359A - 一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，包括如下步骤：步骤1：将CAN通讯网关与多台电力二次设备连接，进行通讯；步骤2：多台CAN通讯网关与一台B码对时装置通过屏蔽双绞线相连；步骤3：每台CAN通讯网关定期接收所述B码对时装置的信号；步骤4：CAN通讯网关定期发送包括时间信息的广播对时数据；步骤5：电力二次设备定期接收广播对时数据，推算一帧数据传输时间；步骤6：电力二次设备计算精确对时时间进行对时，所述精确对时时间误差小于5ms。

Description

一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法。

背景技术

电力系统二次设备提供的事件记录数据不可避免地存在时间顺序错位，难以准确描述电力系统的事件顺序和发展过程，无法给电网事故分析提供有效的分析依据。因此，统一高精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。

目前高精度解决方案是通过B码对时设备与电力二次设备实现对时，该方案主要应用于变电站自动化，电厂6KV等级设备的对时，要求站内设备统一时间，并且时间误差精度不超过2ms。此方案经济成本高、布线复杂。B码对时需要每一个电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护上均具备B码对时输入接口，每一个电力二次设备均需要并联接入B码对时装置。一路B码对时装置，一般只能对15个左右电力二次设备实现对时。大批量电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护等二次设备，因为经济成本高，布线的复杂，400V系统仅有极少数设备会通过B码对时来实现全厂内统一时间。还有一种方案通过SCADA后台软对时方法实现，时间误差在1～5秒误差，满足不了用户对故障分析需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，CAN通讯网关通过CAN总线读取电力二次设备遥测和遥控数据，同时也能发送对时时间信息，通过CAN总线低时延特性，实现5ms精度误差对时方法。不增加布线，不增加B码对时设备，不增加电力二次设备B码对时接收硬件情况下，实现5ms误差对时精度，为用户提供经济有效解决方案。

本发明的技术方案如下：一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，包括如下步骤：

步骤1：将CAN通讯网关与多台电力二次设备连接，进行通讯；

步骤2：多台CAN通讯网关与一台B码对时装置通过屏蔽双绞线相连；

步骤3：每台CAN通讯网关定期接收所述B码对时装置的信号；

步骤4：CAN通讯网关定期发送包括时间信息的广播对时数据；

步骤5：电力二次设备定期接收广播对时数据，推算一帧数据传输时间；

步骤6：电力二次设备计算精确对时时间进行对时，所述精确对时时间误差小于5ms。

进一步的，步骤1包括：

CAN通讯网关与多台电力二次设备通过双绞线相连，所述电力二次设备包括电动机保护器、数字仪表、微机保护设备，通讯接口采用标准CAN2.0B底层标准通讯协议；

所述CAN通讯网关与电力二次设备CAN总线保证基本数据通讯外，也下发对时数据。

进一步的，步骤2包括：

CAN通讯网关具备B码对时输入接口，为了保证CAN通讯网关时间一致，GPS对时设备与CAN通讯网关使用B码对时方式，实现CAN通讯网关对时时间误差不超过1ms对时精度。

进一步的，步骤3包括：

每台CAN通讯网关定期接收B码对时装置信号，CAN对时通讯网关关闭自身内部RTC时钟，CAN通讯网关嵌入操作系统1ms滴答时钟源计算本身时钟时间，保证本通讯网关时间与B码装置误差不操作2ms。

进一步的，步骤4包括：

CAN通讯网关按照预定时间周期发送对时数据，所述对时数据包含年、月、日、时、分、秒、毫秒时间信息，并且采用CAN总线最高优先级ID码，发送广播信息。

进一步的，步骤5包括：

电动机保护器、数字仪表、微机保护设备的CAN通讯接口接收广播对时数据，CAN通讯中断接收到对时信息后，根据CAN总线波特率，推算一帧数据传输时间，加入通讯接收延时时间。

进一步的，步骤6包括：

电力二次设备使用嵌入微处理器芯片，该芯片中断接收对时数据，同时加上通讯接收延时，在中断中计算要对时时间，同时关闭本身RTC时钟，利用电力二次设备嵌入操作系统1ms滴答时钟源，作为电力二次设备的时钟源，计算电力二次设备内部时间本时间误差不会超过2ms时间误差；时间计算方法如下：

电力二次设备使用嵌入系统1ms滴答时钟源，时钟1ms中断一次，中断函数加入一个全局变量，此变量中断一次加一，直至到1000归零，电力二次设备CAN通讯接收到毫秒信息后，计算通讯参数延时时间误差，此数据与滴答全局变量相加，超过1000，此相加值减去1000，作为此系统毫秒计时。

进一步的，步骤6进一步包括：

嵌入操作系统加入一个最高优先等级任务，根据1ms滴答时钟源计算值达到1000后，达到1秒，累计秒全局变量second，快速调度到时间计算任务，软件计算出年、月、日、时、分、秒；

计算方法为，采用秒全局变量second，second累计达到86399秒后，清零，进位年、月、日；

时计算方法：second除以3600后，再与24求余数；

分计算方法：second除以60后，再与60求余数；

秒的计算方法：second直接与60求余数。

有益效果

本发明利用现有CAN通讯总线线，仅需一台B码对时装置与多台通讯网关B码对时，不增加现场B码对时布线、不增加B码对时设备，不增加电力二次设备B码对时接收硬件。为用户提供经济有效解决方案。

针对电力二次设备，故障最快动作时间是40ms，动作事件5ms对时误差，满足现场故障分析要求；电动机DI电源采用交流电源，DI分辨率计算周期是20ms，满足现场事件分析需求。

附图说明

图1：本发明的电动机微机保护、数字仪表、高低压微机保护对时系统框架图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明适用电力SCADA后台通过CAN通讯网关与电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护设备进行后台通讯对时。CAN通讯网关通过与对时设备B码对时，保证多台CAN通讯网关时间精度达到1ms误差，CAN通讯网关与电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护装置通过CAN总线对时，误差不超过5ms。

根据本发明的一个实施例，提供一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，具体包括如下步骤：

步骤1：将CAN通讯网关与多台电力二次设备连接，进行通讯；如图1所示，对时系统框图包括：

一个CAN通讯网关与大概60台左右设备(包括电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护设备)通过双绞线相连，通讯接口采用标准CAN2.0B底层标准通讯协议。

CAN通讯网关与电力二次设备CAN总线保证基本数据通讯外，也下发对时数据，利CAN总线低时延特性，实现5ms对时误差。

一台CAN通讯网关能够与大概60台左右电力二次设备CAN通讯接口相连。如果数量大于60台左右电动机保护器，一般使用2台或者多台以上CAN通讯网关。

步骤2：多台CAN通讯网关与一台B码对时装置通过屏蔽双绞线相连；

每台CAN通讯网关具备B码对时输入接口，为了保证CAN通讯网关时间一致，GPS对时设备与CAN通讯网关使用B码对时方式。实现CAN通讯网关对时时间误差不超过1ms对时精度。如图1所示：CAN通讯网关1、CAN通讯网关2、CAN通讯网关N,与一台B码对时装置通过屏蔽双绞线相连。通讯网关数量，与带载电力二次设备有关。比如项目500台设备(电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护设备)，CAN通讯网关数量大概10台左右。

步骤3：每台CAN通讯网关定期接收B码对时装置信号；

每台CAN通讯网关大概30秒接收到一次B码对时装置信号，CAN对时通讯网关关闭自身内部RTC时钟(内部RTC时钟不具毫秒对时功能)，CAN通讯网关嵌入操作系统1ms滴答时钟源计算本身时钟时间，保证本通讯网关时间与B码装置误差不操作2ms。

步骤4：CAN通讯网关定期发送包括时间信息的广播对时数据；

CAN通讯网关1分钟，发送一次对时数据，包含年、月、日、时、分、秒、毫秒时间信息，并且采用CAN总线最高优先级ID码，发送广播信息。

步骤5：电力二次设备定期接收广播对时数据，推算一帧数据传输时间；

电动机保护器、数字仪表、高低压微机保护CAN通讯接口接收广播对时数据，CAN通讯中断接收到对时信息后，根据CAN总线波特率，推算一帧数据传输时间，加入通讯接收延时时间。

对时广播数据采用1帧CAN数据对时，按照CAN2.0B标准协议，一帧序发送156位数据。比如按照100k波特率计算(根据波特率软件自动推算)，延时时间是：156/100000＝1.56ms。软件补偿1.56ms时间间隔。

步骤6：电力二次设备计算精确对时时间；

电力二次设备使用嵌入微处理器芯片，该芯片中断接收对时数据，同时加上通讯接收延时，在中断中计算要对时时间，同时关闭本身RTC时钟(内部RTC时钟不具备毫秒对时功能)，利用电力二次设备嵌入操作系统1ms滴答时钟源，作为电力二次设备的时钟源，计算电力二次设备内部时间本时间误差不会超过2ms时间误差。

时间计算方法如下：电力二次设备使用嵌入系统1ms滴答时钟源，时钟1ms中断一次，中断函数加入一个全局变量，此变量中断一次加一，直至到1000归零，电动机保护器CAN通讯接收到毫秒信息后，计算通讯参数延时时间误差，此数据与滴答全局变量相加，超过1000，此相加值减去1000，作为此系统毫秒计时。

嵌入操作系统加入一个最高优先等级任务，根据1ms滴答时钟源计算值达到1000后，达到1秒，累计秒全局变量second，快速调度到时间计算任务，软件计算出年、月、日、时、分、秒。计算方法，采用秒全局变量second，second累计达到86399秒后，清零，进位年、月、日。时计算方法：second/3600％24(除以3600后，再与24求余数)；分计算方法：second/60％60(除以60后，再与60求余数)；秒的计算方法：second％60(直接与60求余数)。

本方法，综合B码接收1ms误差，CAN通讯网关和电力二次设备保护器内部时钟源误差，最终综合误差不会超过5ms。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将CAN通讯网关与多台电力二次设备连接，进行通讯；

步骤2：多台CAN通讯网关与一台B码对时装置通过屏蔽双绞线相连；

步骤3：每台CAN通讯网关定期接收所述B码对时装置的信号；

步骤4：CAN通讯网关定期发送包括时间信息的广播对时数据；

步骤5：电力二次设备定期接收广播对时数据，推算一帧数据传输时间；

步骤6：电力二次设备计算精确对时时间进行对时，所述精确对时时间误差小于5ms。

2.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤1包括：

CAN通讯网关与多台电力二次设备通过双绞线相连，所述电力二次设备包括电动机保护器、数字仪表、微机保护设备，通讯接口采用标准CAN2.0B底层标准通讯协议；

所述CAN通讯网关与电力二次设备CAN总线保证基本数据通讯外，也下发对时数据。

3.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤2包括：

CAN通讯网关具备B码对时输入接口，为了保证CAN通讯网关时间一致，GPS对时设备与CAN通讯网关使用B码对时方式，实现CAN通讯网关对时时间误差不超过1ms对时精度。

4.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤3包括：

每台CAN通讯网关定期接收B码对时装置信号，CAN对时通讯网关关闭自身内部RTC时钟，CAN通讯网关嵌入操作系统1ms滴答时钟源计算本身时钟时间，保证本通讯网关时间与B码装置误差不操作2ms。

5.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤4包括：

CAN通讯网关按照预定时间周期发送对时数据，所述对时数据包含年、月、日、时、分、秒、毫秒时间信息，并且采用CAN总线最高优先级ID码，发送广播信息。

6.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤5包括：

电动机保护器、数字仪表、微机保护设备的CAN通讯接口接收广播对时数据，CAN通讯中断接收到对时信息后，根据CAN总线波特率，推算一帧数据传输时间，加入通讯接收延时时间。

7.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤6包括：

电力二次设备使用嵌入微处理器芯片，该芯片中断接收对时数据，同时加上通讯接收延时，在中断中计算要对时时间，同时关闭本身RTC时钟，利用电力二次设备嵌入操作系统1ms滴答时钟源，作为电力二次设备的时钟源，计算电力二次设备内部时间本时间误差不会超过2ms时间误差；时间计算方法如下：

电力二次设备使用嵌入系统1ms滴答时钟源，时钟1ms中断一次，中断函数加入一个全局变量，此变量中断一次加一，直至到1000归零，电力二次设备CAN通讯接收到毫秒信息后，计算通讯参数延时时间误差，此数据与滴答全局变量相加，超过1000，此相加值减去1000，作为此系统毫秒计时。

8.根据权利要求1所述的一种通过通讯实现电力二次设备5ms误差对时的方法，其特征在于，步骤6进一步包括：

嵌入操作系统加入一个最高优先等级任务，根据1ms滴答时钟源计算值达到1000后，达到1秒，累计秒全局变量second，快速调度到时间计算任务，软件计算出年、月、日、时、分、秒；

计算方法为，采用秒全局变量second，second累计达到86399秒后，清零，进位年、月、日；

时计算方法：second除以3600后，再与24求余数；

分计算方法：second除以60后，再与60求余数；

秒的计算方法：second直接与60求余数。

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