CN207689841U - 用于电网系统时间同步的客户终端设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于电网系统时间同步的客户终端设备，涉及电力通讯技术领域，包括电源装置、处理装置、移动通信装置和授时装置，授时装置包括用于生成授时信号的时钟源和用于转发授时信号的可编程逻辑器件，时钟源与可编程逻辑器件连接，可编程逻辑器件与电网系统中的应用终端连接，电源装置分别与处理装置、移动通信装置和可编程逻辑器件连接，处理装置分别与移动通信装置和可编程逻辑器件连接，移动通信装置和可编程逻辑器件连接；通过引入授时装置，利用时钟源生成高精度授时信号，并将授时信号通过可编程逻辑器件转发给应用终端以达到时间同步，从而提升授时性能，最终在传输数据的同时，输出授时信号满足差动保护业务的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力通讯技术领域，特别是涉及一种用于电网系统时间同步的客户终端设备。
背景技术
随着物联网技术的快速发展，智能电网中的客户终端设备(Customer PremiseEquipment，CPE)广泛应用于实时测控、生产管理和事故分析，客户终端设备间的信息交换和通信都对时间同步提出了更高的要求。
传统技术中客户终端设备是通过运营商通信系统配套的移动通信装置进行时钟同步，但运营商通信系统的网络时延及带宽与网络负载相关，网络负载大时，时延长带宽低，网络负载轻时，时延小带宽高；同时运营商通信系统由于存在资源的竞争性、处理节点较多、且易受环境因素干扰，客户终端设备的时延及带宽得不到有效保证。
实用新型内容
基于上述问题，本实用新型提供了一种用于电网系统时间同步的客户终端设备，以实现对电网系统中的应用终端精准授时。
本实用新型实施例中提供了一种用于电网系统时间同步的客户终端设备，包括电源装置、处理装置、移动通信装置和授时装置；
所述授时装置包括用于生成授时信号的时钟源和用于转发所述授时信号的可编程逻辑器件，所述时钟源与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与电网系统中的应用终端连接；
所述电源装置分别与所述处理装置、所述移动通信装置和所述可编程逻辑器件连接；
所述处理装置分别与所述移动通信装置和所述可编程逻辑器件连接；
所述移动通信装置和所述可编程逻辑器件连接。
在一个实施例中，所述时钟源为晶体振荡器；在本实施例中，利用晶体振荡器极低的相位噪音、极高的频率-温度稳定性以及极高的可靠性等优点，可以生成高精度的授时信号，以对应用终端进行授时。
在一个实施例中，所述可编程逻辑器件为FPGA芯片；在本实施例中，通过FPGA芯片传输数据和授时信号，可在传输数据的同时，转发授时时钟信号满足差动保护业务的需求，减小产品设计体积，降低了成本。
可选地，所述FPGA芯片设有SPI接口、UART接口、串行接口和I/O接口；
所述FPGA芯片通过所述SPI接口与所述移动通信装置连接；
所述FPGA芯片通过所述UART接口与所述处理装置连接；
所述FPGA芯片通过所述串行接口或所述I/O接口与所述应用终端连接。
在一个实施例中，所述移动通信装置为TD-LTE模块；在本实施例中，基于运营商覆盖广泛的TD-LTE通信技术，可以全方位实时地将通过TD-LTE模块接收运营商通信系统发送的相关数据和网络时间信号。
在一个实施例中，所述TD-LTE模块设有用于连接天线的射频接口和SIM 卡插槽。
在一个实施例中，所述处理装置为单片机，所述单片机设有USB接口，所述单片机通过所述USB接口与所述移动通信装置连接。
可选地，还包括集线器，所述集线器一端连接所述USB接口，所述集线器另一端连接所述移动通信装置。
在一个实施例中，还包括实时时钟，所述单片机设有I2C接口，所述单片机通过所述I2C接口与所述实时时钟连接。
在一个实施例中，还包括显示装置，所述单片机设有GPIO接口，所述单片机通过所述GPIO接口与所述显示装置连接。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本实用新型中用于电网系统时间同步的客户终端设备，通过引入授时装置，利用授时装置中的时钟源生成高精度授时信号，并将高精度授时信号通过授时装置中的可编程逻辑器件，转发给电网系统中的应用终端以达到时间同步；通过增加授时装置提升授时性能，最终在传输数据的同时，输出授时时钟信号满足差动保护业务的需求。
附图说明
图1为本实用新型实施例中用于电网系统时间同步的客户终端设备的第一结构示意图；
图2为本实用新型实施例中用于电网系统时间同步的客户终端设备的第二结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型的用于电网系统时间同步的客户终端设备进行进一步详细说明。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。应当理解，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，并不是旨在限制本实用新型。
本实用新型实施例中提供了一种用于电网系统时间同步的客户终端设备，如图1所示，包括电源装置10、处理装置20、移动通信装置30和授时装置40；授时装置40包括用于生成授时信号的时钟源410和用于转发授时信号的可编程逻辑器件420，时钟源410与可编程逻辑器件420连接，可编程逻辑器件420与电网系统中的应用终端50连接；
电源装置10分别与处理装置20、移动通信装置30和可编程逻辑器件420 连接；处理装置20分别与移动通信装置30和可编程逻辑器件420连接；移动通信装置30和可编程逻辑器件420连接。
在本实施例中，其工作原理如下：电源装置10分别与处理装置20、移动通信装置30和可编程逻辑器件420供电；移动通信装置30将从运营商通信系统获取的网络时间信号发送给可编程逻辑器件420，可编程逻辑器件420转发给时钟源410，时钟源410根据网络时间信号及其振荡机制，生成高精度的授时信号，并将授时信号发送给可编程逻辑器件420，可编程逻辑器件420将授时信号转发给电网系统中的应用终端50，以实现时间同步。
需要说明的是，本实用新型中用于电网系统时间同步的客户终端设备，还具备通信能力，即移动通信装置30从运营商通信系统获取相关数据，该相关数据用于电网系统中的应用终端50，移动通信装置30将该相关数据发送给处理装置20，并经处理装置20转发给可编程逻辑器件420，与授时信号一道发送给电网系统中的应用终端50。
在一个实施例中，授时装置40中的时钟源410具备高精守时功能，当授时装置40未从移动通信装置30获取到网络时间信号时，即移动通信装置30不能空口取时，此时，时钟源410启动高精守时功能，生成高精度授时信号，并为电网系统中的应用终端50授时。
发明人发现传统技术中，时间统一精度是智能电网性能提升的关键指标之一，特别涉及差动保护等、功角测量等业务时，而电网系统中的各设备利用运营商通信系统产生的时延误差较大，无法满足如表1所示的时间同步技术要求。
表1：电网时间同步技术要求
而本发明实施例中提供的基于电网系统时间同步的客户终端设备，通过引入授时装置40，利用授时装置40中的时钟源410生成高精度授时信号，并将高精度授时信号通过授时装置40中的可编程逻辑器件420，转发给电网系统中的应用终端50以达到时间同步；通过增加授时装置40提升授时性能，最终在传输数据的同时，输出授时时钟信号满足差动保护业务的需求。
在一个实施例中，时钟源410为晶体振荡器。
在本实施例中，由于需要生成高精度的授时信号，因此晶体振荡器需具有高稳定性、极低的相位噪音、极高的频率-温度稳定性以及极高的可靠性等优点，如EPSON(爱普生)公司研发的可编程高精度有源晶振(型号：SG-8101CA)。
如上所述，利用晶体振荡器可生成高精度的授时信号，以对应用终端50进行授时。
在一个实施例中，可编程逻辑器件420为FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)芯片。
其中，FPGA是基于PAL(Programmable Array Logic，可编程阵列逻辑)、 GAL(generic array logic，通用阵列逻辑)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)等可编程逻辑器件进一步发展而来的。
在本实施例中，FPGA芯片从运营商通信系统接收网络时间信号，并转发给时钟源410；同时，FPGA芯片接收时钟源410生成的授时信号，并将授时信号转发给电网系统中的应用终端50。
此外，FPGA芯片还用于接收处理装置20的相关数据，并将该相关数据与授时信号一道发送给电网系统中的应用终端50。
如上所述，通过FPGA芯片传输数据和授时信号，可在传输数据的同时，转发授时时钟信号满足差动保护业务的需求，减小产品设计体积，降低了成本。
在一个实施例中，如图2所示，FPGA芯片设有SPI接口(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)、UART接口(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter,通用异步收发接口)、串行接口和I/O接口(Input/Output，输入/输出接口)；其中，FPGA芯片通过SPI接口与移动通信装置30连接；FPGA 芯片通过UART接口与处理装置20连接；FPGA芯片通过串行接口或I/O接口与应用终端50连接。
在本实施例中，FPGA芯片通过SPI接口获取移动通信装置30发送的网络时间信号，并将网络时间信号转发给时钟源410。
在本实施例中，FPGA芯片通过UART接口从处理装置20获取相关数据，并将该相关数据通过串行接口或I/O接口发送给电网系统中的应用终端50。
此外，时钟源410生成高精度的授时信号，由FPGA芯片转发授时信号，并通过串行接口或I/O接口发送给应用终端50。
如上所述，FPGA芯片根据相关数据和授时信号的性质，设置不同类型的接口，从而提高FPGA芯片和不同装置的匹配度。
在一个实施例中，授时装置40还包括闪存和内存，闪存和内存分别与FPGA 芯片连接；其中，闪存用于保存FPGA芯片的设置信息，内存用于暂时存放FPGA 芯片中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
在一个实施例中，如图2所示，移动通信装置30为TD-LTE(Time Division LongTerm，时分长期演进)模块。
可选地，TD-LTE模块设有用于连接天线310的射频接口和SIM卡插槽320。
在本实施例中，基于运营商覆盖广泛的TD-LTE通信技术，可以全方位实时地将通过TD-LTE模块接收运营商通信系统发送的相关数据和网络时间信号。
在一个实施例中，如图2所示，处理装置20为单片机，单片机设有USB (UniversalSerial Bus，通用串行总线)，单片机通过USB接口与移动通信装置 30连接；在本实施例中，单片机通过USB接口从移动通信装置30获取相关数据，并将该相关数据转发给授时装置。
可选地，客户终端设备还包括集线器70，集线器70一端连接USB接口，集线器70另一端连接移动通信装置；在本实施例中，通过引入集线器70，增加了USB接口数量，便于可有更多的装置与处理装置20连接。
可选地，USB接口为USB2.0接口。
在一个实施例中，如图2所示，还包括实时时钟60，单片机设有I2C(Inter －Integrated Circuit，内部集成电路总线)接口，单片机通过I2C接口与实时时钟60连接。在本实施例中，实时时钟60生成内部时间信号，并通过处理装置 20将内部时间信号发送给授时装置40，最终，时钟源410根据内部时间信号、网络时间信号及其振荡机制，生成高精度的授时信号；通过实时时钟60和移动通信装置30获取多个信号来源，可获取更精准的授时信号。
在一个实施例中，如图2所示，还包括显示装置80，单片机设有GPIO接口(GeneralPurpose Input Output，通用输入/输出接口)，单片机通过GPIO接口与显示装置80连接；在本实施例中，显示装置80用于显示处理装置20的数据信息，便于用户与客户终端设备进行交互，可使用户设置合适的同步机制，即不同类型的授时信号，如1PPS脉冲授时信号(1pulse per second，1次/秒)、IRIG-B 码授时信号(串行时间B码)或1PPS+TOD授时信号(Time of Day，时间信息)。
在一个实施例中，电源装置10内置转换电路，将电源适配器提供的直流电压转换为不同幅值的电压，从而满足处理装置20、移动通信装置30和授时装置 40对供电电压的需求。
可选地，电压适配器所提供的直流电压的幅值为24V。
可选地，电源装置10设有I/O接口和串行接口，电源装置10通过I/O接口和串行接口与处理装置20连接；在本实施例中，电源装置10还具备UPS (Uninterruptible PowerSupply，不间断供电)功能，可在异常停电时通过I/O接口和串行接口回传数据。
在一个实施例中，处理装置20还设有用于数据传输的RJ45接口。
在另一个实施例中，处理装置20还设有用于调试的RJ45接口和RS232接口。
在一个实施例中，客户终端设备还包括双倍速率同步动态随机存储器 (DDR)、固态硬盘和串行闪存，双倍速率同步动态随机存储器、固态硬盘和串行闪存分别与处理装置20连接。
可选地，双倍速率同步动态随机存储器为DDR2内存。
可选地，固态硬盘设有SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术)接口，固态硬盘通过SATA接口与处理装置20连接。
在一个实施例中，客户终端设备还包括监测单片机程序运行状态的芯片，即看门狗(watch dog)芯片，看门狗芯片与处理装置20连接。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，包括电源装置、处理装置、移动通信装置和授时装置；
所述授时装置包括用于生成授时信号的时钟源和用于转发所述授时信号的可编程逻辑器件，所述时钟源与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与电网系统中的应用终端连接；
所述电源装置分别与所述处理装置、所述移动通信装置和所述可编程逻辑器件连接；
所述处理装置分别与所述移动通信装置和所述可编程逻辑器件连接；
所述移动通信装置和所述可编程逻辑器件连接。
2.根据权利要求1所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，所述时钟源为晶体振荡器。
3.根据权利要求2所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，所述可编程逻辑器件为FPGA芯片。
4.根据权利要求3所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，所述FPGA芯片设有SPI接口、UART接口、串行接口和I/O接口；
所述FPGA芯片通过所述SPI接口与所述移动通信装置连接；
所述FPGA芯片通过所述UART接口与所述处理装置连接；
所述FPGA芯片通过所述串行接口或所述I/O接口与所述应用终端连接。
5.根据权利要求1-4任一所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，所述移动通信装置为TD-LTE模块。
6.根据权利要求5所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，所述TD-LTE模块设有用于连接天线的射频接口和SIM卡插槽。
7.根据权利要求1-4任一所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，所述处理装置为单片机，所述单片机设有USB接口，所述单片机通过所述USB接口与所述移动通信装置连接。
8.根据权利要求7所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，还包括集线器，所述集线器一端连接所述USB接口，所述集线器另一端连接所述移动通信装置。
9.根据权利要求7所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，还包括实时时钟，所述单片机设有I2C接口，所述单片机通过所述I2C接口与所述实时时钟连接。
10.根据权利要求7所述的用于电网系统时间同步的客户终端设备，其特征在于，还包括显示装置，所述单片机设有GPIO接口，所述单片机通过所述GPIO接口与所述显示装置连接。
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