基于误差分析的变电站高精度时钟产生新方法

第３２卷第８期２００８年４月２５日

电力系统自动化

ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ

Ｖ０１．３２Ｎｏ．８

Ａｐｒ．２５，２００８

基于误差分析的变电站高精度时钟产生新方法

华煌圣１，游大海１’２，余宏伟２

（１．华中科技大学电气与电子工程学院，湖北省武汉市４３００７４｝

ｚ．武汉华工电气自动化有限责任公司，湖北省武汉市４３００７４）

摘要：针对全球定位系统（ＧＰＳ）接收机输出时钟和晶振时钟在实际应用中存在的问题，建立了相应的误差模型，在误差估计的基础上，提出了一种全新的高精度同步时钟产生方法。基于该方案的同步时钟装置可以根据ＧＰＳ时钟和晶振时钟的运行误差状况，选择适当的工作方式，保证在各种工况下均能输出高精度同步时钟，显著提高了同步时钟的可靠性。该同步时钟装置具有高精度秒脉冲及实时的时间报文输出，能够很好地用于实现变电站的统一对时。

关键词：同步时钟；全球定位系统（ＧＰＳ）；晶振；全数字锁相环；误差估计

中图分类号：ＴＭ７６；ＴＭ９３３．３１３

０引言１晶振时钟同步ＧＰＳ时钟的方法

随着电力系统网络规模的不断扩大，实时监控以及故障后分析对统一时钟的要求越来越迫切口］。故障录波以及数字化变电站中使用的电子式互感器，在时间同步精度上都有很高要求口］。‘

全球定位系统（ＧＰＳ）目前已成为世界上覆盖范围最广、精度最高的时间发布系统之一，但民用ＧＰＳ接收机所接收到的时钟受星历误差、卫星钟误差、电离层误差、对流层误差、多径误差、接收机误差、跟踪卫星过少误差等因素的影响，精度和稳定性难以得到保证。ＧＰＳ接收机正常工作时，输出的秒脉冲时间误差服从正态分布［３］。在卫星失锁或者卫星实验跳变条件下，ＧＰＳ时钟误差则可能达到上百毫秒∞］。当前，出于对ＧＰＳ时钟稳定性的担忧，国内并没有在关系电力系统稳定性的重要领域广泛使用ＧＰＳ对时系统。在有些重要性较低的变电站，普遍采用独立的高精度时钟源实现站内同步，其长期运行将产生线性累积误差，对电力系统广域测量非常不利。

文献［４］提出一种采用微处理器估计时钟误差并对时钟进行校正的方法，但该方法在实际实现中调节精度有限，且可靠性欠佳。为此，本文提出一种晶振时钟通过硬件逻辑和软件逻辑跟踪ＧＰＳ时钟产生高精度同步时钟的方法，提高了时钟源的精度和可靠性，可以用于变电站各设备的统一对时。

收稿日期：２００７—１１－０４；修回日期：２００８－０１—０７。

国家高技术研究发展计划（８６３计划）引导项目（２００５ＡＡ００１２００）。１．１ＧＰＳ接收机输出时钟和晶振时钟的误差模型及其估计

ＧＰＳ接收机输出的秒脉冲与国际标准时间（ＵＣＴ）之间的随机误差口（忌）服从正态分布［３］：

ｆｚ（ｋ）～Ｎ（０，口２）（１）标准差巧的数值因ＧＰＳ接收机质量的不同而不同。选用高稳定度的晶振作为时钟源，其随机误差可以不予考虑。取其时钟误差模型为：

ｅ（ｋ）一ａ＋ｂｋ（２）式中：ａ为时钟的初始误差；ｂ为因晶振频率线性误差在每秒造成的时间误差量；ｋ为当前的秒脉冲的索引序号。

上述误差模型参数在实际运行中可能因运行环境的改变而变化，必须对模型参数进行实时估计。通过偏差测量，可得：

庐（忌）＝Ｐ（忌）一８（忌）＝￡（志）一∥（忌）（３）式中：ｅ（ｋ）为本地跟踪秒脉冲与ＧＰＳ秒脉冲的时间偏差；艿（忌）为本地时钟的累计调整量时间。

对于庐（志），采用一元线性回归的方法可对ｅ（是）和口（ｋ）进行分离估计嘲。对于样本容量为凡的≯（志）进行估计，取计算数据窗宽度为ｎ＋１，保存状态量０，（忌）一声（志），０２（忌）＝邴（ｋ），Ｏａ（足）一（庐（忌）一

＾ｎ

；（惫））２。令＠，＝∑０，（忌），＠ｚ＝∑Ｏｚ（五），晚＝

＾七１＾＝１

芝：巩（五），则得参数估计表达式为：

ｋ‘。。＝——ｌ

ｂ＝Ｋｌ＠ｌ＋Ｋ２＠２（４）

ａ＝Ｋ３＠１＋Ｋ。ｂ（５）

　万方数据

?工程应用?华煌圣，等基于误差分析的变电站高精度时钟产生新方法

∈（点）一磊＋葫

扩＝Ｋ３０。

式中：

竺丝

‘Ｋｌ一虑２ｎ

（６）１．３

晶振时钟跟踪ＧＰＳ时钟工作方式精度分析（７）

由时钟误差模型可知，ＧＰＳ时钟的随机误差

Ｋ２一＿－——』—一÷声ｚ一！翌±！∑

台“

锄

Ｋ。一土，Ｋ。：一竺＃

”

厶

样本容量Ｉｔ／确定后，Ｋ。，Ｋ。，Ｋ。，Ｋ。为常数。１．２异常判断与工作方式切换

由于时间偏差测量精度有限，不能精确估计误差状态，因此，误差估计主要作为工作方式切换的判定依据，只有在最坏工作情况下才用于定量时钟补偿。

ＧＰＳ时钟的不正常误差通常由卫星失锁和卫星实验导致。当满足下式时，认为卫星失锁÷

扩＞ｋ，盯２

（８）

ｋ，取８～１０，具有较大的容错裕度，防止因状态估计误差造成的误判。处于边界条件时，结合ＧＰＳ接收机输出数据帧中包含的卫星捕获信息进行判断。如果连续几次检测到ｊ５（忌）满足式（９）时，表示误差落在了正态分布的小概率区间口］，可认为卫星实验造成了时间跳变。

Ｉ≠（矗）Ｉ一△￡Ｉ＞忌２盯

（９）

式中：岔为最小时钟调整量；ｋ。一般取８～１０。

晶振时钟能够稳定跟踪ＧＰＳ时钟的一个必要条件是其线性偏差率必须小于时钟调整量△￡。若满足下式，则认为晶振工作状态异常。

ｂ＞Ａｔ－

（１０）在上述状态估计的基础上，为了保证时钟源的可靠性，以适应各种运行情况，提供了３种同步时钟装置工作方式：

１）方式１：晶振时钟通过锁相环跟踪ＧＰＳ时钟输出；

２）方式２：ＧＰＳ时钟直接输出；３）方式３：对晶振时钟进行补偿输出。各工作方式间的切换原则如下：

１）ＧＰＳ时钟和晶振时钟均正常时，工作在方式

１：

２）ＧＰＳ时钟正常、晶振时钟异常时，工作在方式２；

３）ＧＰＳ时钟异常时，工作在方式３。

甜（ＩＥ（ｉ）一口（ｉ）Ｉ—Ａｔ）

（１１）

跚卜Ｎ［ａ＋ｂｋ，ａ２卜蓦］ｊ

ｆ竺１＼２

掣一土＋—上量Ｌ（１３，

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电力系统自动代

布Ｌ引：

“（忌）～Ｎ（０，口２）（１４）此时的ＧＰＳ接收机正常工作，输出时间精度高，完全能够满足同步精度要求。

２同步时钟装置的实现

选用高性能的ＡＲＭ系列微处理器来协调与控制整个装置，如图１所示。此装置可实现以下功能：１）ＧＰＳ秒脉冲与本地秒脉冲的偏差时间测量；

２）ＧＰＳ装置输出数据帧的接收及时间报文的实时处理与发送；

３）ＧＰＳ装置工作状态及晶振工作参数的估计运算；

４）ＣＰＬＤ工作方式控制；

５）当前时间及工作方式的显示。叫攀堍嘉箨１砖之３２输出ｌ兰＝匹：ｉ未鬲面茹荤罂嚣齑数据帧ｌＩ闭锁Ｉ闭锁ｌ控制ｌ信息Ｉｌ时钟

选用高性能的ＣＰＬＤ实现对秒脉冲的调整，其逻辑功能包括通过全数字锁相环逻辑对ＧＰＳ时钟的跟踪功能、晶振时钟以及ＧＰＳ时钟的选通与闭锁功能等。超前一滞后全数字锁相环逻辑主要包括鉴相器和可控计数器２个部分。鉴相器实现ＧＰＳ秒脉冲与输出秒脉冲之间的相位比较，输出超前一滞后信息。可控计数器根据超前一滞后信号对计数值进行调整，实现对本地时钟相位的调整，从而达到对ＧＰＳ秒脉冲的相位跟踪的目的。ＡＲＭ系列微处理器在调整可控计数器计数值以实现时间补偿时，可以连续发送多个调整信号，实现多级时间调节。在启动之初，当ＡＲＭ系列微处理器检测到ＧＰＳ秒脉冲的到来时，启动锁相环计数器从０开始计数，可以快速实现同步。‘

ＣＰＬＤ输出的秒脉冲经过电／光转换后通过光纤发送。经ＡＲＭ系列微处理器处理后的时间报文以ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５输出。显示功能用于显示当前时间及装置所处的工作方式，当输出时钟性能恶劣一】ＯＯ一时还应发出告警信号。

３同步时钟与变电站自动化设备的接口

时钟装置输出秒脉冲硬对时信号和串行时间报文软对时信号，可以实现变电站的全站同步口－８］。对于数字化变电站，以电子式互感器及其合并单元为代表的过程层设备对时间同步精度要求高，采用秒脉冲实现同步［２］。间隔层设备所接收到的数据为过程层设备提供的具有高同步精度的采集数据，只需串行对时实现数据同步。变电站层的设备主要实现时钟对时，采用软对时即可满足要求。变电站各智能电子设备的同步实现原理如图２所示。

醉到燮剁魏粮

ＩｔＳ一４８５一

翻肉肉肉肉ＩＲＩＧ臁层

攀：！型堕：竺．Ｂ

！！竺！——Ｊ——ｆ：：二二：：：：：：二：１１燮Ｊ一一一一一一一

控制｜Ｉ其他ｆ｜合并

设备｜｜测量Ｉ｜单元

同步数据（带数据计数器）过程层

电子式ｌ

互感器Ｊ

１ＰＰＳ：秒脉冲；ＩＲＩＧ．Ｂ：靶场仪器组Ｂ型格式

图２变电站各智能电子设备的同步实现原理Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃｄｅｖｉｃｅｓｉｎｔｈｅｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ

４结语

．通过对现有试验样机的测试，在卫星锁定情况良好的情况下，输出秒脉冲的时间精度可以保证在１肚ｓ内，在卫星捕获情况差的情况下，仍可以保证秒脉冲精度在１０弘ｓ内，与直接使用ＧＰＳ秒脉冲相比，显著提高了同步时钟的精度和可靠性。串行时间报文处理时间小于０．２ｍｓ。该方法下的同步时钟装置能与数字化变电站各智能电子设备实现良好的接口，可以用于变电站的统一对时。变电站整个系统对时精度还受设备对对时信号响应速度的显著影响，系统测试试验尚未进行，研究工作有待进一步开展。

附录见本刊网络版（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ—ｉｎｆｏ．ｃｏｍ／ａｅｐｓ／ｃｈ／ｉｎｄｅｘ．ａｓｐｘ）。

参考文献

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　万方数据

?工程应用?华煌圣，等基于误差分析的变电站高精度时钟产生新方法

‘ａｎｄｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅａｌ—ｔｉｍｅｔｅｓｔｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｏｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，

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ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００３，２７（１７）：６４—６７．［７］陈飞，孙云．５００ｋＶ变电站时间同步系统设计．电力系统自动化，２００４，２８（２２）：９７—９９．

ＣＨＥＮＦｅｉ，ＳＵＮＹｕｎ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆ５００ｋＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００４，２８（２２）：９７—９９．

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华煌圣（１９８４一），男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护与变电站自动化系统。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｈｕａｎｇｓｈｅｎｇ＠１６３．ｃｏｒｎ，ｈｕａｈｕａｎｇｓｈｅｎｇ＠ｓｍａｌｌ．ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．

游大海（１９５６一），男，教授，主要研究方向：电力系统继电保护和稳定控制、电力市场。

余宏伟（１９６９一），男，硕士，工程师，主要研究方向：电力系统自动化与测控技术。

ＮｅｗＭｅｔｈｏｄｏｆＰｒｏｄｕｃｉｎｇＣｌｏｃｋｏｆＨｉｇｈＡｃｃｕｒａｃｙｆｏｒＳｕｂｓｔａｔｉｏｎｓＢａｓｅｄｏｎＥｒｒｏｒＡｎａｌｙｓｉｓ

ＨＵＡＨｕａｎｇｓｈｅｎ９１。ＹＯＵＤａｈａｉｌ”，ＹＵＨｏｎｇｗｅｉ２

（１．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＷｕｈａｎＨｕａｇｏｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏＬｔｄ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｌｏｃｋｓｒｅｃｅｉｖｅｄｖｉａｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）ｒｅｃｅｉｖｅｒｏｒｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｃｒｙｓｔａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ｃｌｏｃｋｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｓａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｒｒｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｏｄｕｃｉｎｇｃｌｏｃｋｏｆｈｉｇｈｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓａｃｃｕｒａｃｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｅｒｒｏｒｓｔａｔｅ，ｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｌｏｃｋｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｃｈｏｏｓｅａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｗａｙｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｌｏｃｋｏｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｕｎｄｅｒａ１１ｋｉｎｄｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｓｏｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｒｅｍａｒｋａｂｌｙ．Ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｈａｓａｃｃｕｒａｔｅｐｕｌｓｅｐｅｒｓｅｃｏｎｄｏｕｔｐｕｔ

ａｎｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｔｉｍｅｍｅｓｓａｇｅｏｕｔｐｕｔ，ｔｈｕｓｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅａｇｏｏｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．

ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２００５ＡＡ００１２００）．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｌｏｃｋ；ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）；ｃｒｙｓｔａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ａｌｌｄｉｇｉｔａｌｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ；ｅｒｒｏｒｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｏｏｏｃ?ｏｏ＿ｏｏｏｏｏｏｏｃ时ｏ－ｏｏ－ｏｏｏｏ?ｏｏｏｏｏｏｏ∞ｏｏｏｏｏ—ｏＣ－ｏｏ?ｏｏ－ｏｏ－ｏｏｏ∞ｏ－ｏｏｏｏ—ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ∞ｏｏｏｏｏ?ｏｏｏ?ｏ－ｏｏ。ｏｃ＇ｏｏ吒Ｈ，ｏ《＞ｏ《＇ｏ《＞ｏ

（上接第８７页ｃｏｎｔｉｎｕｅｄｆｒｏｍｐａｇｅ８７）

ＮｏｖｅｌＭｅｔｈｏｄｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＣａｐａｃｉｔｉｖｅＣｕｒｒｅｎｔ

ａｎｄＤｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇＨｉｇｈ‘ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＧｒｏｕｎｄｉｎｇｏｆＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋ

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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｂｙｉｎｊｅｃｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｓａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｂｙｄｅｔｅｃｔｉｎｇｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｏｆｔｈｅｉｎｊｅｅｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｓａｔｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔ，ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｕｓｅｄｉｎｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｓｏｔｈａｔｔｈｅｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅａｄｍｉｔｔａｎｃｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｎｇｅｏｆ

ｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｓｉｓｄｅｆｉｎｅｄｗｉｔｈｏｕｔｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ａｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎａｌ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｎｏｉｓｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｐａｃｉｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｃａｎｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｔｈｅｈｉｇｈ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇｃａｎｂｅｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｅｖｅｎｗｉｔｈｓｅｒｉｏｕｓｐｏｗｅｒ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５０４７７０４７）．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｓｔｅｍｃａｐａｃｉｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔ；ｈｉｇｈ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ；ｉｎｊｅｃｔｉｎｇｓｉｇｎａｌ

?－－——１０１——－——　万方数据

基于误差分析的变电站高精度时钟产生新方法

作者：华煌圣， 游大海， 余宏伟， HUA Huangsheng， YOU Dahai， YU Hongwei

作者单位：华煌圣,HUA Huangsheng(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北省武汉市,430074)， 游大海,YOU Dahai(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北省武汉市,430074;武汉华工电气自动

化有限责任公司,湖北省武汉市,430074)， 余宏伟,YU Hongwei(武汉华工电气自动化有限责

任公司,湖北省武汉市,430074)

刊名：

电力系统自动化

英文刊名：AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS

年，卷(期)：2008，32(8)

被引用次数：1次

参考文献(8条)

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5.方开泰.全辉.陈庆云实用回归分析 1988

6.陈靖.张承学.刘延华GPS失步后时钟信号的CPLD实现方法[期刊论文]-电力系统自动化 2003(17)

7.陈飞.孙云500 kV变电站时间同步系统设计[期刊论文]-电力系统自动化 2004(22)

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相似文献(10条)

1.期刊论文余良国.Yu Liangguo基于GPS技术的同步时钟研制及其应用-科技广场2009,""(7)

本文主要论述了电力系统中的一种基于AT89S51单片机的GPS同步时钟的硬件结构和工作原理.该GPS同步时钟可为整个系统提供精确的时间信息,具有较高的可靠性和实用性,能够满足电力系统对GPS对时功能的要求,并且还对GPS同步时钟在电力系统自动化中的故障测距、相位测量、时间标记以及频率监视等功能中的应用进行了讨论.

2.期刊论文刘为.董德存.Liu Wei.Dong Decun基于GPS技术的分布式授时同步时钟-微型电脑应用2005,21(5)

本文介绍了一种应用在铁路交通方面的基于全球卫星定位技术(GPS)的高精度分布式授时同步时钟,该时钟可以通过RS485串行通信端口以广播的方式发送当前的精确GPS时间到各个时钟发布点.文中详细介绍了此同步时钟系统的系统结构.

3.学位论文邹红艳电力系统GPS同步授时装置设计及综合校时方案研究2005

本文的主要工作是基于全球定位系统(GPS)的电力系统同步时钟的研制及综合校时方案的应用研究。包括电力系统传统时间同步的方法和问题探讨

；GPS同步时钟校时方案研究；基于GPS的电力系统同步时钟的开发设计；GPS同步时钟在电力系统诸多领域中应用的实现方法或方案。

首先，分析了电力系统自动化对时间同步的需求，以及传统时间同步的方法和问题所在。在此基础上提出了基于全球定位系统(GPS)技术的时间同步方法。

其次，研究了GPS同步时钟的脉冲校时方法和串行通信校时方法中的延时产生原因和校时精度性能，在讨论了单独使用这两种校时方法存在的问题后，提出了“综合校时方案”，并且还分析了在综合校时方案中，干扰对校时的影响，以及抗干扰的软硬件措施，同时给出了综合校时方案中校时间隔的选取方法。

再次，在对GPS系统的组成和GPS授时及定位原理进行了阐述和分析后，结合综合校时方案对同步时钟的具体要求，采用了加拿大马可尼公司生产的SUPERSTAROEM板，设计了适于电力系统使用的低成本GPS同步时钟装置，主要包括GPS同步时钟的硬件、软件设计方法。

讨论了GPS同步时钟在电力系统中的应用。在对输电线路故障测距的几种方法进行详细的分析比较后，提出了基于GPS同步时钟的现代行波故障测距方案，并就行波故障测距中的一些关键技术要点进行了研究分析。然后给出了GPS同步时钟在电力系统的电流差动保护、相位测量和继电保护装置实验中的应用方案，重点研究了基于GPS的双端同步采样的原理和实现方法。

最后，对所开展的工作作了一个总结，并提出了下一步工作方向。

4.期刊论文胡志坚.张承学.杜志伟.HU Zhi-jian.ZHANG Cheng-xue.DU Zhi-wei基于GPS的同步时钟的研制及其应

用-小型微型计算机系统2005,26(8)

介绍了基于GPS 的时钟同步PC卡的设计与应用.基于GPS技术,利用80C320高性能单片机、PC机PCI总线、PC机BIOS时钟中断和程序常驻内存技术,成功解决了在不影响原系统的正常运行的的情况下,利用GPS时间来同步不同系统时钟这一技术难题.详细介绍了GPS同步时钟PC卡的硬件电路设计和软件编程方法.最后介绍了该GPS PC 卡在湖北某热电厂不同控制系统之间时钟同步方面的应用.

5.期刊论文吴宁.潘小龙.虞皆侠.WU Ning.PAN Xiaolong.YU Jiexia高精度GPS同步时钟的研究与实现-电力系统

自动化2008,32(10)

根据全球定位系统(GPS)时钟信号和晶振时钟信号精度互补的特点,提出了一种利用GPS时钟同步晶振信号实现高精度时钟的新方法.该方法利用GPS秒脉冲精确测量晶振时钟实际频率,对晶振信号误差进行在线修正,并用IRIG-B码校正绝对时标,在GPS正常工作时能够保证其精度稳定在0.1 μs,且不受GPS信号短时失效的影响.采用现场可编程门阵列(FPGA)对其进行硬件实现并应用于电力系统的相角测量,在保证系统测量精度时,GPS信号失效情况下的稳定工作时间长达6 h.

6.学位论文李晋同步时钟设备中高性能锁相环的设计2006

近年来，随着数字通信系统的快速发展，新的通信技术和应用不断涌现，对数字同步网提供的频率源质量的要求越来越高。作为数字同步网的重要组成部分，同步时钟设备负责向电信网中的其他设备提供高精度的参考频率，因此同步时钟设备自身频率源的质量直接关系到整个电信网的运行质量。近来，最早用于军事领域的全球定位系统(GPS)的日渐完善使得全球定位系统开始应用于民用领域并迅速扩展，由于它能够提供长期稳定度很高的时间和频率信息，所以人们开始研究它在高精度频率源方面的应用。

锁相环(PLL)是一种输出信号在频率和相位上能够与输入参考信号同步的电路系统。自从上世纪30年代，锁相环理论被提出后，锁相环在电子、通信等领域得到了迅速而广泛的应用。本文设计了一个应用在同步时钟设备中的锁相环，该锁相环利用GPS提供的长期频率稳定度较高的频率信号控制短期频率稳定度较高的恒温压控晶体振荡器(OCXO)，目的是探讨一种既能够获得良好的长短期频率稳定度又能有较好的性价比的系统实现。

本文详细介绍了锁相环的基础理论和发展状况，重点对GPS提供的频率信号的抖动和漂移特性进行了研究和分析，从而确定了数字环路滤波器的技术指标和实现方式。论文设计了两个分别工作在锁相环的捕获状态和跟踪状态的数字环路滤波器，它们可以很好的滤除GPS提供的频率信号的短期抖动性

，同时保留了其长期频率稳定度。论文还对传统的鉴频鉴相器进行了改进，使其可以产生便于论文中使用的软件实现的数字滤波器进行滤波的鉴相值。最后对锁相环的功能和性能进行了测试，测试结果表明锁相环实现了长短期稳定度都很高的频率信号的输出，达到了设计目的。

7.期刊论文邹红艳.郑建勇基于GPS同步时钟的统一校时方案-电力自动化设备2004,24(12)

全球定位系统GPS(Global Positioning System)同步时钟装置已在变电站自动化系统中广泛应用.介绍了GPS同步时钟装置的结构及其功能.对串口通信校时和脉冲中断校时对校时精度的影响进行分析和比较,提出了一种综合校时方案.通过计数器构成毫秒级的计时单元,利用GPS同步时钟定时,应用在事件顺序记录SOE(Sequence Of Events)中.介绍了软件定时和硬件定时.

8.期刊论文邹晖.李志康.黄益庄.庄清泉.ZOU Hui.LI Zhi-kang.HUANG Yi-zhuang.ZHUANG Qing-quan基于MB

90543的高性能GPS同步时钟研制-电力自动化设备2006,26(8)

全球定位系统(GPS)同步时钟由GPS接收器、单片机及其外围电路组成.以MB 90543为核心的时钟中心处理单元负责读取GPS接收器发送的数据信息并作适当处理,从中获取ASCⅡ码国际标准时间的时间信息,经转换为BCD码后的串行时间信息供显示.该时钟选用可供嵌入式系统应用的M12 GPS接收器,可输出时间精度为1μs的秒脉冲.测频和数码管显示电路保证了电网频率的实时测量和显示.时钟软件包括初始化、接收器收/发、串口/CAN总线收/发、显示等子程序.采用串行通信方式授时,串行数据的收/发均采用中断方式,能提供日期和时间信息;而采用脉冲校时,可保证装置的校时误差小于50μs.在时钟装置中,采用以上2种综合校时方式.指出正确识别秒脉冲信号是确保同步校时的关键,软件及外部硬件计数阵列给秒脉冲信号加硬件窗的抗干扰措施效果良好.所设计的同步时钟投入运行后表明,符合设计要求.

9.期刊论文张伏生.刘沛津.曹进.陈友文基于GPS同步时钟的在线谐波测量分析系统-电力自动化设备2003,23(6) 提出了电力网络在线谐波测量分析的新系统构架思想.该系统应用全球定位系统GPS(Global Position Systen)同步时钟作为系统同步测量的时间标准,采用虚拟仪器技术,充分利用电力系统的网络资源,实现系统数据资源共享、实时传递、数据综合显示和综合分析.在谐波分析中可灵活地选用高精度快速傅里叶变换法FFT(Fast Fourier Transform)和递归RFFT(Recursive FastFourier Transform)法,有效地提高了谐波分析的精度和速度.

10.学位论文雷震GPS同步授时系统的研究与开发2004

随着电力系统自动化技术的发展，电力系统对时间同步精度的要求越来越高。全球定位系统（GPS）的出现和发展，给传统的同步授时系统带来了新的革命。本课题开发出了一种基于GPS的高精度同步授时系统，该系统可应用于电力系统自动化领域中，为电网自动化设备如微机故障录波及事件记录等智能设备提供精确时间。

本文主要论述的是同步时钟源和PCI同步时钟卡的研制开发。具体来说，系统主要有以下几个方面的特点：

（1）系统授时方式采用IRIG—B码，授时精度高，抗干扰能力较强，授时信号中含有绝对时标信息，又解决了不同厂商设备的互连问题。

（2）采用大规模可编程逻辑器件和单片机共同完成IRIG—B（DC）码编码、解码工作，可以用简单电路获得较高精度的IRIG—B（DC）码；由IRIG—B（DC）码来控制IRIG—B（AC）码的编码，实现简单，精度较高。

（3）在PCI同步时钟卡的设计中，选用PCI9052作为PCI接口芯片，有效地降低PCI接口设计的难度，缩短开发时间，成本低廉。

（4）利用WinDriver开发PCI同步时钟卡的驱动程序，使用简单，开发速度较快，不要掌握驱动程序的内部机制，开发出的驱动程序性能优越。

本课题提出的GPS同步授时系统成本低廉，性能基本满足要求，不仅适用于电力系统自动化领域，而且在实时数据采集测量等领域中也具有广泛的应用前景。

引证文献(1条)

1.申屠刚.钱钢.杨贵玉.江道灼.吴文宣基于时间同步技术的新型远方终端单元设计[期刊论文]-电力系统自动化2008(15)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/2a13677633.html,/Periodical_dlxtzdh200808021.aspx

下载时间：2010年7月1日