電力授時(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力授時(shí)領(lǐng)域，更具體地，涉及電力授時(shí)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能的需求量不斷增加，尤其近年來，智能電網(wǎng)的建立 及快速發(fā)展，對電網(wǎng)、電能質(zhì)量以及供電可靠性的要求越來越高。智能電網(wǎng)的運(yùn)行及數(shù)字化 電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，需要全網(wǎng)時(shí)間同步的緊密支持。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步推進(jìn)，對系統(tǒng)時(shí)間的 可靠性及精度將會提出更高的要求。國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系》和《智 能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng))研制規(guī)劃》要求2015年前建成包括電力市場交易運(yùn)營系統(tǒng)、節(jié)能發(fā) 電調(diào)度系統(tǒng)、電力應(yīng)急處理、繼電保護(hù)運(yùn)行管理系統(tǒng)等在內(nèi)的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，屆時(shí)需要 在北京市電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)微秒量級或者更加精確的時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn)故障行波測距、廣域相 角一致、差動保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)。因此研制并建立高可靠性、高準(zhǔn)確性、多冗余的智能電網(wǎng)時(shí) 間傳遞系統(tǒng)是非常必要的。
[0003] 電力系統(tǒng)主要的授時(shí)方式有脈沖對時(shí)、串口報(bào)文對時(shí)、網(wǎng)絡(luò)授時(shí)和衛(wèi)星系統(tǒng)授時(shí) 等。傳統(tǒng)的脈沖對時(shí)和串口報(bào)文對時(shí)方式精度僅為1秒，不能滿足智能電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行的要 求。網(wǎng)絡(luò)授時(shí)受網(wǎng)絡(luò)波動的影響，消息傳輸延遲相差可能性很大，也就是引入了很大的非對 稱性誤差，嚴(yán)重影響同步精度，授時(shí)精度不高，不適合在智能電網(wǎng)大規(guī)模使用。利用衛(wèi)星對 電力系統(tǒng)授時(shí)，有著精度高、受環(huán)境干擾小、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。電力系統(tǒng)目前普遍采用GPS衛(wèi) 星系統(tǒng)授時(shí)，不同裝置設(shè)備單獨(dú)配置獨(dú)立的GPS接收機(jī)的授時(shí)模式，接收機(jī)采取單向授時(shí)模 式，接收GPS衛(wèi)星廣播電文信號，自主獲得本地時(shí)間（時(shí)鐘）與GPS系統(tǒng)時(shí)間的鐘差，以GPS時(shí) 間為主基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，時(shí)間同步精度取決于GPS時(shí)鐘信號的精度，一般單向授時(shí)的精度 為 100ns。
[0004] 但是在實(shí)際衛(wèi)星傳播信道中，常有許多建筑群、障礙物等造成傳輸路徑的時(shí)延不 同，各條傳播路徑會隨時(shí)間變化，參與干涉的各分量場之間的相互關(guān)系也就隨時(shí)間而變化， 由此引起合成波場的隨機(jī)變化，多徑效應(yīng)非常明顯。特別是對于分散建設(shè)在市區(qū)、郊區(qū)中的 電力變電站、調(diào)度中心等，多徑效應(yīng)是影響時(shí)間傳遞誤差的重要因素。由于多徑效應(yīng)等因素 的影響，衛(wèi)星系統(tǒng)授時(shí)的精度在特定區(qū)域、特定角度或者特定時(shí)間內(nèi)可能會大大遠(yuǎn)于 100ns，導(dǎo)致整體誤差達(dá)不到智能電網(wǎng)的運(yùn)行要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確可靠的電力授時(shí)的方法。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種電力授時(shí)方法，該方法包括：當(dāng)接收的第一GNSS 衛(wèi)星導(dǎo)航信號（例如位于電力部門本地的GNSS接收機(jī)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號）的信噪比大于 第一閾值時(shí)，基于從第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號得到的秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率；當(dāng) 接收的第一 GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的信噪比不大于第一閾值時(shí)，基于從遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)原子鐘得到的 秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種電力授時(shí)方法，該方法包括：當(dāng)接收的第一 GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的信噪比大于第一閾值時(shí)，基于從第一 GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號得到的秒脈沖 信號修正本地原子鐘的頻率;當(dāng)接收的第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的信噪比不大于第一閾值并 且不小于第二閾值時(shí)，基于從遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)原子鐘得到的秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率， 第二閾值小于第一閾值；當(dāng)接收的第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的信噪比小于第二閾值時(shí)，基于 下列預(yù)估模型修正本地原子鐘的頻率，所述第二閾值小于所述第一閾值：
[0008] y = D*(t-to)+yo,
[0009] 其中，D和yo是基于歷史數(shù)據(jù)確定的常數(shù)參數(shù)，to表示歷史數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻，t表示 預(yù)估時(shí)刻，y表示在預(yù)估時(shí)刻t本地原子鐘相對于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的預(yù)估頻率偏差。
[0010] 本發(fā)明的各個(gè)方面通過采用多系統(tǒng)的本地原子鐘時(shí)間頻率修正手段，實(shí)現(xiàn)了精確 可靠的電力授時(shí)。
【附圖說明】
[0011] 通過結(jié)合附圖對本發(fā)明示例性實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的上述以及其 它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，相同的參考標(biāo)號 通常代表相同部件。
[0012] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例的用于修正本地原子鐘的頻率的示意圖。
[0013] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例的基于遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)原子鐘修正本地原子鐘的 頻率的系統(tǒng)的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方 式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了使本發(fā)明更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的 范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0015] 實(shí)施例1
[0016] 本發(fā)明公開了一種電力授時(shí)方法。該方法可以包括：
[0017]步驟101，當(dāng)接收的第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(例如位于電力部門本地的GNSS接收機(jī) 接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號）的信噪比大于第一閾值時(shí)，基于從第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號得到的秒 脈沖信號修正本地原子鐘的頻率；
[0018] 步驟102,當(dāng)接收的第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的信噪比不大于第一閾值時(shí)，基于從遠(yuǎn) 程標(biāo)準(zhǔn)原子鐘得到的秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率。
[0019] 本實(shí)施例中，當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信道的傳輸質(zhì)量較好時(shí)，可直接基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號對本 地原子鐘授時(shí)，而當(dāng)受諸如多徑干擾等因素影響導(dǎo)致信道傳輸質(zhì)量不理想時(shí)，可基于遠(yuǎn)程 標(biāo)準(zhǔn)原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間對本地原子鐘授時(shí)，從而即便在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)本身的授時(shí)精度較差 時(shí)仍可以實(shí)現(xiàn)對本地原子鐘的精確授時(shí)。
[0020] 上述本地原子鐘可以是銣鐘，上述遠(yuǎn)程標(biāo)準(zhǔn)原子鐘可以是銫鐘。銫鐘具有很高的 頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，例如國家計(jì)量部門通常可采用銫鐘得到國家時(shí)間基準(zhǔn)UTC(NM)，也 可稱其為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。銫鐘的價(jià)格昂貴，所以諸如電力公司等可采用銣鐘作為本地原子鐘，其 價(jià)格便宜但頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度遜于銫鐘。
[0021] GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可包括國外的GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)、Galileo系統(tǒng)和我過的北 斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。國外的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可用性和授時(shí)精度受制于該國的政策，廣泛使用 會對我國電力安全、國家安全帶來巨大隱患。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行開發(fā)研制的衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)，于1994年啟動，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可 靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具備短報(bào)文通信能力，現(xiàn)已初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時(shí)能 力，授時(shí)精度為l〇ns。
[0022]但是，僅采用單一的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星授時(shí)可能也存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)。一 是北斗系統(tǒng)建成時(shí)間不長，其時(shí)間穩(wěn)定性還有待考評。二是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最主要的應(yīng)用是 在國防領(lǐng)域，在非常時(shí)期，根據(jù)國家安全需要，任何一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都存在突然加密、降 級直至關(guān)閉的可能和風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明，用于接收第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收機(jī)可 以包括北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收模塊，還可以包括下面中的至少一者:GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收 模塊、GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收模塊或Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收模塊，這有利于進(jìn)一步 提高電力授時(shí)的可靠性。
[0023]為確保本地原子鐘的準(zhǔn)確度，可按照一定頻率(例如每16min-次)本地原子鐘進(jìn) 行授時(shí)。
[0024]在一個(gè)示例中，在步驟101中的，可以得到從第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號得到的秒脈沖 信號tsat和從本地原子鐘得到的秒脈沖信號tlcic；al之間的差值，并可以基于 在不同時(shí)刻得到的一系列差值A(chǔ)t來修正本地原子鐘的頻率，i = l，2，...N。獲取相鄰A 的時(shí)間間隔可以是預(yù)定的。
[0025] 例如，可基于下式計(jì)算本地原子鐘的頻率調(diào)整量A f:
[0027] 其中cv可以表示本地原子鐘的鐘速率，鐘速率通常指某一原子鐘的輸出頻率相對 于標(biāo)稱頻率的平均頻率偏差，可表示為
At可以表示在AT的時(shí)間長度內(nèi)得到 的所有A^的算術(shù)平均值。
[0028] 在計(jì)算頻率調(diào)整量A f前，可先對該一系列A ti進(jìn)行時(shí)間擴(kuò)展處理以及卡爾曼濾 波處理。通過時(shí)間擴(kuò)展處理可提高對數(shù)據(jù)差異的分辨率，通過卡爾曼濾波處理可對數(shù)據(jù)進(jìn) 行平滑濾波，減小噪聲和干擾的影響。
[0029] 發(fā)明人經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn)諸如銣鐘的本地原子鐘的頻率穩(wěn)定度在某一時(shí)間段內(nèi) 較高，在該時(shí)間段后其頻率穩(wěn)定度可能出現(xiàn)不同程度的惡化?？苫诒镜卦隅姷念l率穩(wěn) 定度來確定A T的取值，以得到更為準(zhǔn)確的頻率調(diào)整量A f。進(jìn)一步地，GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號的 頻率穩(wěn)定度在經(jīng)過一定時(shí)間后才能滿足預(yù)期，考慮本地原子鐘的頻率穩(wěn)定度并結(jié)合GNSS衛(wèi) 星導(dǎo)航信號的頻率穩(wěn)定度，當(dāng)本地原子鐘的頻率穩(wěn)定度大于5E_12(即5xl(T 12)時(shí)，可設(shè)置A T = 3600s;當(dāng)本地原子鐘的頻率穩(wěn)定度不大于5E-12時(shí)，可設(shè)置AT = 5000s，經(jīng)驗(yàn)證應(yīng)用該 A T值能夠得到精確的頻率調(diào)整量A f。頻率穩(wěn)定度是決定原子鐘性能的主要指標(biāo)，指原子 鐘頻率信號的平均頻率隨機(jī)起伏的程度。
[0030] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例的基于GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號修正本地原子鐘 的頻率的不意圖。
[0031] GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)201可接收第一 GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號。時(shí)間間隔測量模塊203可 分別從GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)201和本地原子鐘202(例如銣鐘）獲取1PPS，然后可得到其差值 A ti。在不同時(shí)刻得到的一系列A ti可被送入時(shí)間間隔擴(kuò)展模塊204以被擴(kuò)展，i = 1，2， ...N，然后再送入卡爾曼濾波器205以被平滑濾波，最后在頻率調(diào)整量計(jì)算單元207中計(jì)算 本地原子鐘的頻率調(diào)整量△ f。此外，可選地，每隔較長的時(shí)間間隔，例如半年或者一年，可 由頻率穩(wěn)定度測量模塊206測量經(jīng)卡爾曼濾波后的A ^的穩(wěn)定度，并基于其衡量本地原子 鐘的頻率穩(wěn)定度，并據(jù)此調(diào)整A T的取值。
[0032]在一個(gè)示例中，在步驟102中，可得到從第一GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號（例如位于電力部 門本地的GNSS接收機(jī)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號)得到的秒脈沖信號和從本地原子鐘得到的秒脈 沖信號之間的差值A(chǔ) tb，還可得到從第二GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號中（例如位于遠(yuǎn)程計(jì)量單位的 G