CN202008583U - 一种同步相量测量装置时钟源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同步相量测量装置时钟源，包括微处理器、键盘输入模块、时间显示模块、与微处理器相连接的GPS模块、高精度本地钟模块，微处理器与高精度晶振同步北斗秒脉冲模块相连接，高精度晶振同步北斗秒脉冲模块包括北斗授时接收模块、计数器、恒温高精度晶振模块和中央处理器CPU，北斗授时接收模块的输出端与计数器相连接，恒温高精度晶振模块通过倍频器与计数器相连接，计数器与中央处理器CPU相连接。采用上述结构，本实用新型具有以下优点：在北斗信号正常时，同步相量测量装置跟踪输入北斗秒脉冲跳变；在北斗1pps失效时，同步相量测量装置能迅速判别北斗秒脉冲为不正常时钟源，自动选择GPS秒脉冲修正本地时钟。

Description

一种同步相量测量装置时钟源

技术领域

本实用新型涉及授时系统技术领域，特别涉及一种同步相量测量装置时钟源。

背景技术

目前，同步向量测量技术研究大多均建立在GPS时钟稳定可靠的前提下，一旦GPS信号丢失，同步向量测量装置(PMU)将无法正常工作。GPS信号来源于美国，是由美国军方掌控的，对我国来说存在没有自主控制权的问题。美国政府“局部屏蔽GPS信号”技术试验(即在需要的时候可以局部关闭GPS信号)于2000年1月获得成功，使得其可用性和授时精度均受制于美国的GPS政策。且GPS接收模块输出的时间信号随机误差较大，例如标称时间精度为1ms的OEM板，其秒脉冲偏差可能达到10ms，因此，直接利用GPS接收机输出的时间信号和秒脉冲信号校准时钟源，很难保证同步相量测量装置所要求的时间精度。因此，直接利用GPS接收机输出的时间信号，必然影响同步相量测量装置的测量质量。

电力安全是我国国家安全的一个重要组成部分，GPS的可靠性与手段单一性已成为制约我国同步向量测量装置(PMU)商用化及电力系统其它基于GPS应用发展的一个重要因素。为解决以上的问题，一种方法是采用高精度晶振修正GPS秒脉冲产生精确时钟信号，该方法只能消除GPS秒脉冲的随机误差，但不能打破GPS对我国精密授时的垄断；另一种方法是采用几个不同的卫星时钟系统，如：全球卫星导航系统和北斗卫星导航系统进行相互比较效验，以提高卫星时钟的精度和可靠性；该方法实现复杂，目前尚未建立完整的数学模型与理论依据。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种同步相量测量装置时钟源，包括微处理器、键盘输入模块、时间显示模块、与微处理器相连接的GPS模块、高精度本地钟模块和232、422扩展模块，所述的微处理器与高精度晶振同步北斗秒脉冲模块相连接，所述的高精度晶振同步北斗秒脉冲模块包括北斗授时接收模块、计数器、恒温高精度晶振模块和中央处理器CPU，所述的北斗授时接收模块的输出端与计数器相连接，所述的恒温高精度晶振模块通过倍频器与计数器相连接，所述的计数器与中央处理器CPU相连接。

所述的高精度晶振同步北斗秒脉冲模块的中央处理器CPU采用单片机，其型号为AT89C52。

所述的微处理器采用单片机，其型号为STC11F16。

所述的GPS模块采用型号GPS15L OEM。

所述的北斗授时接收模块采用型号7X-BDM。

所述的恒温高精度晶振模块采用型号DS3232。

本实用新型采用上述结构，具有以下优点：1、在北斗信号正常时，同步向量测量装置(PMU)跟踪输入北斗秒脉冲(1pps--One pulse per second)跳变；在北斗1pps失效时，同步向量测量装置(PMU)能迅速判别北斗秒脉冲为不正常时钟源，自动选择GPS秒脉冲修正本地时钟；2、针对北斗授时接收模块输出的秒脉冲信号存在较大的随机误差，不存在累计误差；而高精度晶振时钟信号不存在随机误差，在较短时间内累计误差也很小的特点，通过建立北斗1pps随机误差数学模型，对一段时间内相邻两北斗秒脉冲间的计数值求动态平均并取整，提出了在屏蔽北斗伪秒脉冲后利用高精度晶振在线修正北斗1pps随机误差的方法，据此方法研制出同步向量测量装置(PMU)的时钟源，能够有效的消除北斗秒脉冲信号的随机误差，提高时间精度，保证同步测量装置的测量质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明；

图1为本实用新型的逻辑结构框图；

图2为本实用新型中高精度晶振同步北斗秒脉冲模块的逻辑结构框图；

在图1～图2中，1、微处理器；2、键盘输入模块；3、时间显示模块；4、GPS模块；5、高精度本地钟模块；6、计数器；7、恒温高精度晶振模块；8、倍频器；9、北斗授时接收模块。

具体实施方式

如图1～图2所示一种同步相量测量装置时钟源，包括微处理器1、键盘输入模块2、时间显示模块3、与微处理器1相连接的GPS模块4、高精度本地钟模块5和232、422扩展模块，微处理器1采用单片机，其型号为STC11F16。高精度本地钟模块采用型号为DS3232。GPS模块采用型号GPS15L OEM。北斗授时接收模块9采用型号为7X-BDM。中央处理器CPU采用单片机，其型号为AT89C52。微处理器1与高精度晶振同步北斗秒脉冲模块相连接，高精度晶振同步北斗秒脉冲模块包括北斗授时接收模块9、计数器6、恒温高精度晶振模块7和中央处理器CPU，北斗授时接收模块9的输出端与计数器6相连接，恒温高精度晶振模块7通过倍频器8与计数器6相连接，计数器6与中央处理器CPU相连接。恒温高精度晶振模块7采用型号DS3232。

北斗授时接收模块到时间信息后，分别送至计数器6和中央处理器CPU中。恒温高精度晶振频率选择越高，计数越精确，通常选择为100MHz，恒温高精度晶振输出的高精度振荡信号经倍频后，产生高频振荡计数信号，计数器对高频振荡计数信号在相邻两个秒脉冲间隙计数，并触发CPU中断。CPU接收到北斗时间信号后，提取年、月、日、时、分、秒时间信息，并由中断子程序读出计数器中的计数值。由CPU读取历史数据并计算且根据取整得出下一秒(i+1)晶振计数值的估计值。北斗授时接收模块正常工作时，根据北斗授时接收模块输出的第i个秒脉冲x_i和对应协调世界时(UCT)的随机误差ε_i，计算得到修正后的秒脉冲时间信息，产生修正后的秒脉冲信号后，计数器清零。并求得第i+1秒时钟序列的随机误差ε_i+1存入寄存器中，以备下次读取。

在北斗信号正常时，同步向量测量装置跟踪输入北斗秒脉冲跳变；在北斗1pps失效时，同步向量测量装置能迅速判别北斗秒脉冲为不正常时钟源，自动选择GPS秒脉冲修正本地时钟。

将北斗卫星导航系统与GPS互备的同步向量测量装置时钟源应用于同步向量测量装置(PMU)中，以北斗授时优先获取标准时间与系统本地时间进行校准，同时以GPS为辅助授时源。两种方式互为备份，弥补长久以来使用GPS作为唯一授时源存在的手段单一和没有自主控制权的问题，提高了系统的安全性和可靠性，此项研究对改变国外卫星授时系统对我国市场的垄断，保证我国电力系统安全，具有重要的意义。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种同步相量测量装置时钟源，包括微处理器(1)、键盘输入模块(2)、时间显示模块(3)、与微处理器(1)相连接的GPS模块(4)、高精度本地钟模块(5)和232、422扩展模块，其特征在于：所述的微处理器(1)与高精度晶振同步北斗秒脉冲模块相连接，所述的高精度晶振同步北斗秒脉冲模块包括北斗授时接收模块(9)、计数器(6)、恒温高精度晶振模块(7)和中央处理器(CPU)，所述的北斗授时接收模块(9)的输出端与计数器(6)相连接，所述的恒温高精度晶振模块(7)通过倍频器(8)与计数器(6)相连接，所述的计数器(6)与中央处理器(CPU)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种同步相量测量装置时钟源，其特征在于：所述的高精度晶振同步北斗秒脉冲模块的中央处理器(CPU)采用单片机，其型号为AT89C52。

3.根据权利要求1所述的一种同步相量测量装置时钟源，其特征在于：所述的微处理器(1)采用单片机，其型号为STC11F16。

4.根据权利要求1所述的一种同步相量测量装置时钟源，其特征在于：所述的GPS模块(4)采用型号GPS15L OEM。

5.根据权利要求1所述的一种同步相量测量装置时钟源，其特征在于：所述的北斗授时接收模块(9)采用型号7X-BDM。

6.根据权利要求1所述的一种同步相量测量装置时钟源，其特征在于：所述的恒温高精度晶振模块(7)采用型号DS3232。

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