CN113271168B - 一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，所述方法包括：利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态；若是，则通过所述卫星授时模块将接收到的卫星时钟信息转换为秒脉冲信号，并将所述秒脉冲信号传输至时间间隔计数器；利用所述时间间隔计数器对本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合计算，并将得到的时间差传输至主控模块；触发所述主控模块按照所述时间差对配电网的当前时钟信息进行校准。本发明实施例能够满足为配电网安全运行提供一个可靠的时间参量。

Description

一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法

技术领域

本发明涉及时钟同步技术领域，尤其涉及一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，人们对智能化要求逐渐增高，各式各样便捷的智能化设备逐渐替代了以往以人工操作为主的工作内容。由于配电网系统的结构复杂性、线路多支性以及运行方式多样化，配电网中存在相互连接关系的智能设备越来越多，各个智能设备在运行过程中会持续产生大量具有绝对时间戳的数据，然而在面向配电网多参量融合数据的处理与分析应用中，往往一个很小的时间同步误差就可能导致大量的电力数据时间戳错误，从而给运行评估结果带来不可预测的误差。因此，各个智能设备能够实现时间统一是保证电力系统安全运行、提高其运行水平的重要措施。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，能够满足于为配电网安全运行提供一个可靠的时间参量。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，所述方法包括：

利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态；

若是，则通过所述卫星授时模块将接收到的卫星时钟信息转换为秒脉冲信号，并将所述秒脉冲信号传输至时间间隔计数器；

利用所述时间间隔计数器对本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合计算，并将得到的时间差传输至主控模块；

触发所述主控模块按照所述时间差对配电网的当前时钟信息进行校准。

可选的，所述利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态包括：

通过所述卫星授时模块向卫星系统所设置的时钟接收端发送数据查询命令，并在预设时间内等待是否有回复信号传回；

基于所述卫星授时模块接收到回复信号，判断所述卫星授时模块允许进入工作状态；

基于所述卫星授时模块未接收到回复信号，判断所述卫星授时模块保持等待连接状态。

可选的，在所述卫星授时模块接收到回复信号之后，还包括：

触发所述卫星系统将内置高精度原子钟的准确时间进行打包生成卫星时钟信息，并将所述卫星时钟信息传输至所述卫星授时模块。

可选的，在利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态之后，还包括：

当所述卫星授时模块保持等待连接状态时，通过所述卫星授时模块生成路径更新指令并反馈至所述主控模块；

基于所述主控模块对所述路径更新指令进行响应，触发远程数据传输模块通过4G网络接入互联网来获取异地时钟信息，再将所述异地时钟信息传输至所述主控模块；

触发所述主控模块将配电网的当前时钟信息替换成所述异地时钟信息。

可选的，所述通过所述卫星授时模块将接收到的卫星时钟信息转换为秒脉冲信号包括：

触发时钟源模块向所述卫星授时模块提供一个参考频率信号；

当所述卫星授时模块接收到所述卫星时钟信息时，以所述参考频率信号为基准对所述卫星时钟信息进行解码与滤波，产生秒脉冲信号。

可选的，所述时间间隔计数器内置有FPGA芯片、TDC-GP22芯片和CPU芯片，其中所述FPGA芯片与所述CPU芯片相连接，所述TDC-GP22芯片与所述CPU芯片相连接。

可选的，所述利用所述时间间隔计数器对本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合计算包括：

触发所述时钟源模块向所述时间间隔计数器提供一个本地时钟信号；

利用所述FPGA芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到粗测量结果；

利用所述TDC-GP22芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到细测量结果；

利用所述CPU芯片对所述粗测量结果和所述细测量结果进行计算，得到时间差。

可选的，所述利用所述FPGA芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到粗测量结果包括：

基于所述FPGA芯片内部设置有数字锁相环，利用所述数字锁相环对所述本地时钟信号进行倍频处理，得到倍频时钟及其脉冲周期；

利用所述倍频时钟对所述秒脉冲信号进行频率计数，得到脉冲个数。

可选的，所述利用所述TDC-GP22芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到细测量结果包括：

基于所述TDC-GP22芯片设置有第一通道和第二通道，利用所述秒脉冲信号的脉宽前沿与所述本地时钟信号在所述第一通道中发生跳变，记录第一脉冲宽度；

利用所述秒脉冲信号的脉宽后沿与所述本地时钟信号在所述第二通道中发生跳变，记录第二脉冲宽度。

可选的，所述时间差的计算公式为：

T＝N×T₀+T₁-T₂

其中，N为脉冲个数，T₀为脉冲周期，T₁为第一脉冲宽度，T₂为第二脉冲宽度。

在本发明实施例中，通过依赖于卫星授时模块的工作状态，提出两种不同的配电网时钟校准模式，其一是利用卫星系统的高精度原子钟来辅助实现配电网的时间校准，其二是在难以接收到卫星系统发送的信号时利用互联网共享的时间参量来实现配电网的时间校准，根据上述两种模式互为可切换关系能够满足于为配电网安全运行实时提供一个可靠的时间参量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见的，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它的附图。

图1是本发明实施例中的配电网时钟同步实现框架的组成示意图；

图2是本发明实施例中的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法的流程示意图。

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、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中的配电网时钟同步实现框架的组成示意图，其中整个框架的组成部分包括卫星授时模块、时间间隔计数器、时钟源模块、远程数据传输模块和主控模块；基本的，所述卫星授时模块基于卫星天线与远程卫星系统进行无线通信，所述时钟源模块与所述卫星授时模块相连接，所述卫星授时模块与所述时间间隔计数器相连接，所述时钟源模块与所述时间间隔计数器相连接，所述时间间隔计数器与所述主控模块相连接，所述远程数据传输模块与所述主控模块相连接，且由所述主控模块与配电网进行指令交互。

进一步的，所述时间间隔计数器内置有FPGA芯片、TDC-GP22芯片和CPU芯片，其中所述FPGA芯片的输入端分别与所述时钟源模块和所述卫星授时模块相连接，所述FPGA芯片的输出端与所述CPU芯片的输入端相连接，所述TDC-GP22芯片的输入端分别与所述时钟源模块和所述卫星授时模块相连接，所述TDC-GP22芯片的输出端与所述CPU芯片的输入端相连接，所述CPU芯片的输出端与所述主控模块相连接。

基于图1所给出的整个框架图，图2示出了本发明实施例中的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法的流程示意图。

如图2所示，一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，所述方法包括如下步骤：

S101、利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态；

具体地，通过卫星授时模块向卫星系统所设置的时钟接收端发送数据查询命令，并在预设时间内等待是否有回复信号传回，结果表现为：基于所述卫星授时模块接收到回复信号，判断所述卫星授时模块允许进入工作状态，则继续执行步骤S102；基于所述卫星授时模块未接收到回复信号，判断所述卫星授时模块保持等待连接状态，则跳转执行步骤S105。

其中，在所述卫星授时模块接收到回复信号之后，还包括：触发所述卫星系统将内置高精度原子钟的准确时间进行打包生成卫星时钟信息，并将所述卫星时钟信息传输至所述卫星授时模块。

S102、通过所述卫星授时模块将接收到的卫星时钟信息转换为秒脉冲信号，并将所述秒脉冲信号传输至时间间隔计数器；

具体地，首先触发时钟源模块向所述卫星授时模块提供一个参考频率信号，即国家授时中心规定的10MHz；当所述卫星授时模块接收到所述卫星时钟信息时，以所述参考频率信号为基准对所述卫星时钟信息进行解码与滤波，产生秒脉冲信号。

S103、利用所述时间间隔计数器对本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合计算，并将得到的时间差传输至主控模块；

具体地，首先触发所述时钟源模块向所述时间间隔计数器提供一个本地时钟信号；其次利用所述FPGA芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，即通过采用脉冲填充计数法可得到粗测量结果；接着利用所述TDC-GP22芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到细测量结果；最后利用所述CPU芯片对所述粗测量结果和所述细测量结果进行计算，得到时间差为T＝N×T₀+T₁-T₂，式中的N为脉冲个数、T₀为脉冲周期、T₁为第一脉冲宽度、T₂为第二脉冲宽度。

进一步的，所述利用所述FPGA芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到粗测量结果包括：基于所述FPGA芯片内部设置有数字锁相环，利用所述数字锁相环对所述本地时钟信号进行倍频处理，得到倍频时钟及其脉冲周期T₀；利用所述倍频时钟对所述秒脉冲信号进行频率计数，得到脉冲个数N。

进一步的，所述利用所述TDC-GP22芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到细测量结果包括：基于所述TDC-GP22芯片设置有第一通道和第二通道，利用所述秒脉冲信号的脉宽前沿与所述本地时钟信号在所述第一通道中发生跳变，记录第一脉冲宽度T₁；利用所述秒脉冲信号的脉宽后沿与所述本地时钟信号在所述第二通道中发生跳变，记录第二脉冲宽度T₂。

S104、触发所述主控模块按照所述时间差对配电网的当前时钟信息进行校准；

具体地，通过所述主控模块读取配电网的当前时钟信息，基于所述时间差为正数，以所述时间差的绝对值为偏移量来控制所述当前时钟信息的上升沿或者下降沿向右移动，或者基于所述时间差为负数，以所述时间差的绝对值为偏移量来控制所述当前时钟信息的上升沿或者下降沿向左移动，以完成对所述当前时钟信息的校准更新。

S105、通过所述卫星授时模块生成路径更新指令并反馈至所述主控模块；

具体地，当所述卫星授时模块保持等待连接状态的同时会生成一个路径更新指令，该路径更新指令主要用于向所述主控模块告知当前卫星信号连接不佳并需要重新更换时钟校准模式。

S106、基于所述主控模块对所述路径更新指令进行响应，触发远程数据传输模块通过4G网络接入互联网来获取异地时钟信息，再将所述异地时钟信息传输至所述主控模块；

具体地，通过预先在4G网络中设置若干个时间服务器，由于所述若干个时间服务器可为接入网络的用户设备提供授时服务且每两个时间服务器之间可以通过相互比对与延时补偿以达到时间同步，当所述远程数据传输模块接入网络时可关联到互联网所分配的一个时间服务器，此时可获取到该时间服务器提供的异地时钟信息。

S107、触发所述主控模块将配电网的当前时钟信息替换成所述异地时钟信息。

在本发明实施例中，通过依赖于卫星授时模块的工作状态，提出两种不同的配电网时钟校准模式，其一是利用卫星系统的高精度原子钟来辅助实现配电网的时间校准，其二是在难以接收到卫星系统发送的信号时利用互联网共享的时间参量来实现配电网的时间校准，根据上述两种模式互为可切换关系能够满足于为配电网安全运行实时提供一个可靠的时间参量。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法进行了详细介绍，本文中采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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述方法包括：

利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态；

若是，则通过所述卫星授时模块将接收到的卫星时钟信息转换为秒脉冲信号，并将所述秒脉冲信号传输至时间间隔计数器；

利用所述时间间隔计数器对本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合计算，并将得到的时间差传输至主控模块；

触发所述主控模块按照所述时间差对配电网的当前时钟信息进行校准；

所述利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态包括：

通过所述卫星授时模块向卫星系统所设置的时钟接收端发送数据查询命令，并在预设时间内等待是否有回复信号传回；

基于所述卫星授时模块接收到回复信号，判断所述卫星授时模块允许进入工作状态；

基于所述卫星授时模块未接收到回复信号，判断所述卫星授时模块保持等待连接状态；

在利用指令查询方式判断卫星授时模块是否允许进入工作状态之后，还包括：

当所述卫星授时模块保持等待连接状态时，通过所述卫星授时模块生成路径更新指令并反馈至所述主控模块；

基于所述主控模块对所述路径更新指令进行响应，触发远程数据传输模块通过4G网络接入互联网来获取异地时钟信息，再将所述异地时钟信息传输至所述主控模块；

触发所述主控模块将配电网的当前时钟信息替换成所述异地时钟信息。

2.根据权利要求1所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，在所述卫星授时模块接收到回复信号之后，还包括：

触发所述卫星系统将内置高精度原子钟的准确时间进行打包生成卫星时钟信息，并将所述卫星时钟信息传输至所述卫星授时模块。

3.根据权利要求2所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述通过所述卫星授时模块将接收到的卫星时钟信息转换为秒脉冲信号包括：

触发时钟源模块向所述卫星授时模块提供一个参考频率信号；

当所述卫星授时模块接收到所述卫星时钟信息时，以所述参考频率信号为基准对所述卫星时钟信息进行解码与滤波，产生秒脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述时间间隔计数器内置有FPGA芯片、TDC-GP22芯片和CPU芯片，其中所述FPGA芯片与所述CPU芯片相连接，所述TDC-GP22芯片与所述CPU芯片相连接。

5.根据权利要求4所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述利用所述时间间隔计数器对本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合计算包括：

触发所述时钟源模块向所述时间间隔计数器提供一个本地时钟信号；

利用所述FPGA芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到粗测量结果；

利用所述TDC-GP22芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到细测量结果；

利用所述CPU芯片对所述粗测量结果和所述细测量结果进行计算，得到时间差。

6.根据权利要求5所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述利用所述FPGA芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到粗测量结果包括：

基于所述FPGA芯片内部设置有数字锁相环，利用所述数字锁相环对所述本地时钟信号进行倍频处理，得到倍频时钟及其脉冲周期；

利用所述倍频时钟对所述秒脉冲信号进行频率计数，得到脉冲个数。

7.根据权利要求6所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述利用所述TDC-GP22芯片对所述本地时钟信号和所述秒脉冲信号进行融合分析，得到细测量结果包括：

基于所述TDC-GP22芯片设置有第一通道和第二通道，利用所述秒脉冲信号的脉宽前沿与所述本地时钟信号在所述第一通道中发生跳变，记录第一脉冲宽度；

利用所述秒脉冲信号的脉宽后沿与所述本地时钟信号在所述第二通道中发生跳变，记录第二脉冲宽度。

8.根据权利要求7所述的基于卫星共视的配电网时钟同步实现方法，其特征在于，所述时间差的计算公式为：

T＝N×T₀+T₁-T₂

其中，N为脉冲个数，T₀为脉冲周期，T₁为第一脉冲宽度，T₂为第二脉冲宽度。

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