CN117792541A - 用于电流差动保护业务5g授时终端性能的监测评估方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，涉及5G通信领域。具体实现方案为：将北斗高精度时间探针装置接入网络，利用北斗接收机模块接收北斗卫星信号并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号；主处理模块接收高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息；基于通道时延信息和时间偏差信息评估双向时延非对称程度，并对信息进行汇总和处理。对5G电流差动保护业务所用的5G授时终端的时间偏差和终端间的通道时延性能进行实时测量和监测，有利于5G电流差动保护业务的可靠性评估，保障系统可靠运行。
Description
技术领域
本申请涉及5G通信技术领域，尤其涉及用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法。
背景技术
随着5G通信技术的发展和网络的高速建设，5G特有的高可靠、超低时延特性使得其成为电力时间同步的理想方式。目前国内学者积极开展5G授时在电力的应用研究，例如滕玲等的论文《利用5G无线终端实现高精度授时的研究》；以及融合5G网络通信实现配电网分布式差动保护，例如专利CN110838713、CN215221718等。相比较传统的采用光纤通信、卫星授时的方式，利用5G网络实现电力应用高精度时间同步具有部署方便、成本低的特点。
但利用5G实现电力时间同步业务同样存在5G通道收发时延不一致、时延抖动较大等问题，可能影响5G授时的精度或/和数据同步的可靠性。因此在相关业务中5G授时的准确性和通信的可靠性成为未来差动保护通信的主要问题，实现对5G授时偏差的测量校准及通信状态的在线监控显得尤为重要。
当前对于5G授时终端及其在差动保护中的应用测试主要基于试验室或试点测试，试点测试表明5G授时精度能够达到1μs，通道时延在15ms以内，满足电流差动保护业务需求。但现网实际情况复杂，影响授时精度、通道时延的因素更多，试点测试性能并不能保证现网运行时完全满足业务需求。
当前缺乏独立的、易于广泛实施的对5G授时终端进行高精度时间偏差测量和对通道状态进行远程在线监测分析的手段和装置。基于工程应用需求，所述装置应当体积小、集成度高并具经济性，现有基于试验室的方案虽能实现时差测量和通道监测的功能，但其设备多、体积大，不具备工程广泛应用的经济性。
因此，广泛实现终端时间偏差的远程测量、以及5G通道时延的在线监测是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
基于此，本申请为解决基于5G的电力差动保护业务终端设备时间偏差的远程测量和通道状态在线监测的问题，提供了用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法。
本申请的第一个方面，提供了用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，包括：
将北斗高精度时间探针装置接入网络，利用北斗接收机模块接收北斗卫星信号，并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号，具体的 ，高精度时间信号为北斗接收机模块输出的1PPS信号；
主处理模块接收所述高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号，并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息；
基于通道时延信息和时间偏差信息，评估双向时延非对称程度，并对信息进行汇总和处理。
所述时间偏差信息包括第一时差和第二时差；所述第一时差为所述高精度时间信号与系统时间的偏差，用于使系统时间同步至北斗高精度时间；所述第二时差为5G授时终端的授时信号与系统时间的偏差。
主处理模块分别与北斗接收机模块、恒温晶振模块以及5G授时终端连接。
主处理模块接收所述高精度时间信号，并测量所述第一时差的操作包括，
主处理模块将北斗接收机模块输出的高精度时间信号作为高精度时间源，所述主处理模块依据第一时差计算频率控制字，进而使用频率控制字调整系统时间和系统频率使系统时间同步到北斗高精度时间；
主处理模块包括时钟单元、第一时差测量单元、第二时差测量单元、探针报文处理单元以及综合处理单元；
将时钟单元以恒温晶振模块提供的10MHz为频率输入，在综合处理单元的频率控制字控制下输出1PPS信号作为基准信号提供给第一时差测量单元和第二时差测量单元；
将时钟单元输出的1PPS信号设定为北斗高精度时间探针装置的系统时间信号，时钟单元输出的频率参考信号设定为北斗高精度时间探针装置的系统频率信号。
所述通道时延信息的生成包括，
综合处理单元根据第一时差测量单元得到的第一时差生成频率控制字；
综合处理单元根据第二时差测量单元得到的授时信息和第二时差以及探针报文处理单元的本地时间戳信息和数据包，收集第二时差序列生成时间偏差信息，并利用探针报文数据包和本地时间戳信息通过通道时延计算流程生成通道时延信息；其中，探针报文处理单元的本地时间戳信息包括本地设备发送或/和接收时间戳，探针报文处理单元的数据包包括对端设备的发送或/和接收时间戳。
第一时差测量单元以时钟单元提供的频率参考为频率基准，测量北斗接收机模块输出的1PPS信号与时钟单元生成的1PPS信号间的时差，生成第一时差送给综合处理单元；
第二时差测量单元以时钟单元提供的频率参考为频率基准和以时钟单元提供的1PPS为时间参考，对用户终端送来的授时信号进行解码、同步，测量用户终端授时信号与时钟单元1PPS信号间的时差生成第二时差，并将第二时差和解码得到的授时信息一同送给综合处理单元。
探针报文处理单元采用时钟单元提供的频率参考信号为时钟参考信号，完成探针报文接收、时间戳标记、发送探针报文和数据帧，并将本地时间戳信息和获取的数据包送给综合处理单元，同时接收综合处理单元发送的数据包，打发送时间戳和填充发送探针报文后进行报文发送。
本申请的第二个方面，提供了用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估系统，包括：
北斗接收机模块，用于接收北斗卫星信号，并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号，具体的高精度时间信号为北斗接收机模块输出的1PPS信号；
主处理模块，用于接收所述高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号，并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息；
恒温晶振模块，用于提供10MHz频率。
本申请的第三个方面，提供了一种用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行前述任意一项所述的方法。
本申请的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述任意一项所述的方法。
有益效果：本申请利用北斗接收机模块接收北斗卫星信号获得高精度时间信号，主处理模块实时估计频率准确度，计算频率控制字并校准时钟，时钟具备保持功能，保证了北斗高精度探针装置在短时间失锁或接收机异常情况下的可用性；对5G电流差动保护业务所用的5G授时终端的时间偏差和终端间的通道时延性能进行实时测量和监测，有利于5G电流差动保护业务的可靠性评估，保障系统可靠运行。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1是根据本申请提供的北斗高精度时间探针监测5G电流差动保护业务系统原理图；
图2是根据本申请提供的北斗高精度时间探针功能模块信息传输图；
图3是根据本申请提供的探针报文事件传输原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1-2所示，本申请的第一个方面，提供了用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，包括：
S1：将北斗高精度时间探针装置接入网络，利用北斗接收机模块接收北斗卫星信号，并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号。需要说明的是：
北斗高精度时间探针装置与5G授时终端连接，使用与差动保护装置相同的网络输入接口和授时信号，5G授时终端使用专用SIM卡接入5G网络信道。
5G授时终端负责从5G基站获取时间信息并同步产生时间信号输出，输出格式如IRIG-B（DC）等，配电网线路两端的电流差动保护装置使用5G授时终端提供的授时信号实现电流的同步采样，5G授时偏差的测量点置于5G授时终端的授时接口处。
在电流差动保护业务中，配电网一端的电流差动保护装置将采集到的数据以低延迟发到对端的电流差动保护装置，途经己方5G授时终端、5G信号传输区域、对端5G授时终端，5G通道时延的测量点位于5G授时终端的通信口处。
S2：主处理模块接收所述高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号，并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息。需要说明的是：
所述时间偏差信息包括第一时差和第二时差；所述第一时差为所述高精度时间信号与系统时间的偏差，用于使系统时间同步至北斗高精度时间；所述第二时差为5G授时终端的授时信号与系统时间的偏差。
主处理模块分别与北斗接收机模块、恒温晶振模块以及5G授时终端连接。
主处理模块接收所述高精度时间信号，并测量所述第一时差的操作包括，
主处理模块将北斗接收机模块输出的高精度时间信号作为高精度时间源，所述主处理模块依据第一时差计算频率控制字，进而使用频率控制字调整系统时间和系统频率使系统时间同步到北斗高精度时间；
主处理模块包括时钟单元、第一时差测量单元、第二时差测量单元、探针报文处理单元以及综合处理单元；
将时钟单元以恒温晶振模块提供的10MHz为频率输入，在综合处理单元的频率控制字控制下输出1PPS信号作为基准信号提供给第一时差测量单元和第二时差测量单元；
将时钟单元输出的1PPS信号设定为北斗高精度时间探针装置的系统时间信号，时钟单元输出的频率参考信号设定为北斗高精度时间探针装置的系统频率信号。
所述通道时延信息的生成包括，
综合处理单元根据第一时差测量单元得到的第一时差生成频率控制字；
综合处理单元根据第二时差测量单元得到的授时信息和第二时差以及探针报文处理单元的本地时间戳信息和数据包，收集第二时差序列生成时间偏差信息，并利用探针报文数据包和本地时间戳信息通过通道时延计算流程生成通道时延信息；其中，探针报文处理单元的本地时间戳信息包括本地设备发送或/和接收时间戳，探针报文处理单元的数据包包括对端设备的发送或/和接收时间戳。
第一时差测量单元以时钟单元提供的频率参考为频率基准，测量北斗接收机模块输出的1PPS信号与时钟单元生成的1PPS信号间的时差，生成第一时差送给综合处理单元；
第二时差测量单元以时钟单元提供的频率参考为频率基准和以时钟单元提供的1PPS为时间参考，对用户终端送来的授时信号进行解码、同步，测量用户终端授时信号与时钟单元1PPS信号间的时差生成第二时差，并将第二时差和解码得到的授时信息一同送给综合处理单元。
探针报文处理单元采用时钟单元提供的频率参考信号为时钟参考信号，完成探针报文接收、时间戳标记、发送探针报文和数据帧，并将本地时间戳信息和获取的数据包送给综合处理单元，同时接收综合处理单元发送的数据包，打发送时间戳和填充发送探针报文后进行报文发送。
S3：基于通道时延信息和时间信息，评估双向时延非对称程度，并对信息进行汇总和处理。需要说明的是：
上位机汇集时差信息、通道时延，实现显示、提示预警、告警以及通道时延非对称性评估等功能，并能够存储时差信息、通道时延信息、非对称评估值供离线使用。
进一步的，上位机对5G授时终端的时间偏差和差动数据通道时延以曲线的形式显示；当5G授时终端的时间偏差和差动数据通道时延分别大于阈值1a和阈值1b时给出预警提示，上位机提示用户注意5G授时精度或/和通道时延超出标称精度风险；分别大于阈值2a和阈值2b时给出告警，上位机通知用户注意5G差动保护业务失败风险。阈值由经验或用户的预警及告警需求给出，一组参考值为阈值1a为1μs，阈值2a为10μs；阈值1b为15ms，阈值2b为20ms。
北斗高精度探针装置工作步骤，及其优选方案具体如下：
A1：计算系统1PPS与接收机1PPS偏差；
A2：时钟单元驯服；
A3：计算通道时延；
A31：北斗高精度探针装置A发送TA事件报文；
A32：TA事件报文被北斗高精度时间探针装置B接收；
A33：北斗高精度时间探针装置B计算A地5G授时终端设备至B地5G授时终端设备的5G通道单向传输时延；
A34：北斗高精度时间探针装置B发送TB时间报文；
A35：TB事件报文被北斗高精度时间探针装置A接收；
A36：北斗高精度时间探针装置A计算B地5G授时终端设备至A地5G授时终端设备的5G通道单向传输时延。
作为一种优选实例，步骤A34中TB事件报文在装置B收到并解析TA事件报文后紧接着发送出，TB事件报文除包含了TB事件的发送时间戳T3外还包含了TA事件的接收时间戳T2，则北斗高精度时间探针装置A结合自身设备标记的TA事件发送时间戳T1和TB事件接收时间戳T4可获得T1、T2、T3、T4四个时间戳。北斗高精度时间探针装置A可完成各单向时延的计算，进而计算双向通道时延和双向时延非对称评估值；同时上位机收集装置A和装置B的单向时延，进而计算双向通道时延和双向时延非对称评估值。所述事件报文借鉴或采用PTP协议，有较好的通用性，如图3所示。
作为另一种优选实例，步骤A31~A36中，TB事件报文与TA事件报文在己方北斗高精度时间探针装置的相同时刻发送报文，即T1=T3且已知，以约定的固定周期发送事件报文，因此事件报文中不需要填时间戳信息，北斗高精度时间探针装置仅需要准确标记接收时间戳即可计算双向时延非对称评估值，简化了事件报文格式，有利于降低传输字节数，一定程度降低了探针报文处理单元的复杂程度。
A4：计算5G授时信号的时间偏差，统计误差。
A5：综合处理单元根据设定阈值判断通道时延计算值、时间偏差是否超标，上报信息。
优选的，S2步骤中，当北斗接收机正常工作且第一时差数据有效时，时钟单元实时估计频率准确度，计算频率控制字并校准时钟；当北斗接收机工作异常或第一时差数据无效时，时钟单元进入守时状态，保证北斗高精度探针装置在短时间失锁或接收机异常情况下的可用性。
北斗高精度探针装置计算通道时延的具体实施步骤，及其优选方案。
B31：北斗高精度探针装置A发送TA事件报文。
A、B两地的北斗高精度时间探针装置与用户设备的线缆时延均经过标定或可忽略，北斗高精度探针装置A在T1时刻发送TA事件报文，同时TA事件报文包含了以装置A标记的TA事件发送时间戳T1；
B32：TA事件报文被北斗高精度时间探针装置B接收。
TA事件报文通过A地5G授时终端设备，经5G通道传输后，再经B地5G授时终端设备，由北斗高精度时间探针装置B接收报文并由装置B标记时间戳T2，装置A的事件报文发送时刻T1和装置B标记的事件接收时间戳T2均送给装置B的综合处理单元；
B33：北斗高精度时间探针装置B计算A地5G授时终端设备至B地5G授时终端设备的5G通道单向传输时延。
经过步骤B31、B32完成了探针报文的单向传输，北斗高精度时间探针装置B的综合处理单元根据T1、T2计算通道单向传输时延T5G_a=T2-T1；
B34：北斗高精度时间探针装置B发送TB事件报文。
北斗高精度时间探针装置B在T3时刻发送TB事件报文，同时TB事件报文包含了以装置B标记的TB事件发送时间戳T3；
B35：TB事件报文被北斗高精度时间探针装置A接收。
TB事件报文通过B地5G授时终端设备，经5G通道传输后，再经A地5G授时终端设备，由北斗高精度时间探针装置A接收报文并由装置A标记时间戳T4，装置B的事件报文发送时刻T3和装置A标记的事件接收时间戳T4均送给装置A的综合处理单元；
B36：北斗高精度时间探针装置A计算B地5G授时终端设备至A地5G授时终端设备的5G通道单向传输时延。
步骤B34、B35完成了探针报文的单向传输，北斗高精度时间探针装置A的综合处理单元根据T3、T4计算通道单向传输时延T5G_b=T4-T3；
作为一种优选实例，步骤B34中TB事件报文在装置B收到并解析TA事件报文后紧接着发送出，TB事件报文包含了TB事件的发送时间戳T3外还包含了TA事件的接收时间戳T2，则北斗高精度时间探针装置A结合自身设备标记的TA事件发送时间戳T1和TB事件接收时间戳T4可获得T1、T2、T3、T4四个时间戳。北斗高精度时间探针装置A可完成各单向时延的计算，进而计算双向通道时延T5G=(T5G_a+T5G_b)/2和双向时延非对称评估值A5G=T5G_b-T5G_a。所述事件报文借鉴或采用PTP一步法，有较好的通用性。
作为另一种优选实例，步骤B31~B36中，TB事件报文与TA事件报文在己方北斗高精度时间探针装置的相同时刻发送报文，即T1=T3且已知，以约定的固定周期发送事件报文，因此事件报文中不需要填时间戳信息，北斗高精度时间探针装置仅需要准确标记接收时间戳，双向时延非对称评估值A5G=T4-T2。不仅简化了事件报文格式，还有利于降低传输字节数，大大降低了探针报文处理单元的复杂程度。
本申请的第二个方面，提供了用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估系统，包括：
北斗接收机模块，用于接收北斗卫星信号，并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号，具体的高精度时间信号为北斗接收机模块输出的1PPS信号；
主处理模块，用于接收所述高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号，并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息；
恒温晶振模块，用于提供10MHz频率。
本申请的第三个方面，提供了一种用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行前述任意一项所述的方法。
本申请的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述任意一项所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于，包括：
将北斗高精度时间探针装置接入网络，利用北斗接收机模块接收北斗卫星信号，并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号；
主处理模块接收所述高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号，并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息；
基于通道时延信息和时间偏差信息，评估双向时延非对称程度，并对信息进行汇总和处理。
2.根据权利要求1所述的用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于：所述时间偏差信息包括第一时差和第二时差；所述第一时差为所述高精度时间信号与系统时间的偏差，用于使系统时间同步至北斗高精度时间；所述第二时差为5G授时终端的授时信号与系统时间的偏差。
3.根据权利要求2所述的用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于：主处理模块分别与北斗接收机模块、恒温晶振模块以及5G授时终端连接。
4.根据权利要求3所述的用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于：主处理模块接收所述高精度时间信号，并测量所述第一时差的操作包括，
主处理模块将北斗接收机模块输出的高精度时间信号作为高精度时间源，所述主处理模块依据第一时差计算频率控制字，进而使用频率控制字调整系统时间和系统频率使系统时间同步到北斗高精度时间；
主处理模块包括时钟单元、第一时差测量单元、第二时差测量单元、探针报文处理单元以及综合处理单元；
将时钟单元以恒温晶振模块提供的10MHz为频率输入，在综合处理单元的频率控制字控制下输出1PPS信号作为基准信号提供给第一时差测量单元和第二时差测量单元；
将时钟单元输出的1PPS信号设定为北斗高精度时间探针装置的系统时间信号，时钟单元输出的频率参考信号设定为北斗高精度时间探针装置的系统频率信号。
5.根据权利要求4所述的用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于：所述通道时延信息的生成包括，
综合处理单元根据第一时差测量单元得到的第一时差生成频率控制字；
综合处理单元根据第二时差测量单元得到的授时信息和第二时差以及探针报文处理单元的本地时间戳信息和数据包，收集第二时差序列生成时间偏差信息，并利用探针报文数据包和本地时间戳信息通过通道时延计算流程生成通道时延信息；其中，探针报文处理单元的本地时间戳信息包括本地设备发送或/和接收时间戳，探针报文处理单元的数据包包括对端设备的发送或/和接收时间戳。
6.根据权利要求5所述的用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于：第一时差测量单元以时钟单元提供的频率参考为频率基准，测量北斗接收机模块输出的1PPS信号与时钟单元生成的1PPS信号间的时差，生成第一时差送给综合处理单元；
第二时差测量单元以时钟单元提供的频率参考为频率基准和以时钟单元提供的1PPS为时间参考，对用户终端送来的授时信号进行解码、同步，测量用户终端授时信号与时钟单元1PPS信号间的时差生成第二时差，并将第二时差和解码得到的授时信息一同送给综合处理单元。
7.根据权利要求6所述的用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估方法，其特征在于：探针报文处理单元采用时钟单元提供的频率参考信号为时钟参考信号，完成探针报文接收、时间戳标记、发送探针报文和数据帧，并将本地时间戳信息和获取的数据包送给综合处理单元，同时接收综合处理单元发送的数据包，打发送时间戳和填充发送探针报文后进行报文发送。
8.一种用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估系统，其特征在于：
北斗接收机模块，用于接收北斗卫星信号，并对接收到的北斗卫星信号进行处理，输出高精度时间信号；
主处理模块，用于接收所述高精度时间信号、5G授时终端的探针报文以及5G授时终端的授时信号，并测量时间偏差信息，对探针报文数据进行解析并通过一种通道时延计算流程计算通道时延信息；
恒温晶振模块，用于提供10MHz频率。
9.一种用于电流差动保护业务5G授时终端性能的监测评估设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的方法。
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