[发明专利]基于码相位计数法提升智能变电站计量时钟同步的方法

说明书

本发明提出了一种基于码相位计数法提升智能变电站计量时钟同步的方法，通过测量模块提取出卫星时钟脉冲数据，由计时码字相位比较计算出相位控制字，微处理器对输入脉冲与晶振分频脉冲间的时延值进行了调整，提升计量时钟的准确性。晶振时钟的频率偏移采用直接频率测量和频率合成技术，将频率信号按照某一频点基准划分出不同频率成分的震荡，将高频率噪声成分识别出，依据采集输出频率与计数器数值计算频率控制字，由频率控制字实现多路分频，将频率误差识别出并滤除，达到校准时钟频率的效果，解决晶振时钟的频偏问题。利用FPGA方法实现相位与频率的校正功能，测量控制精准，易于实现，时钟同步信号提升到1.25ns，符合现场应用与产品开发需求。

技术领域

本发明涉及基于码相位计数法提升智能变电站计量时钟同步的方法，属于变电站数字计量处理领域。

背景技术

智能变电站计量信息采集系统与家用智能电表信息采集的目标与功能差异性较大，变电站在整个电网系统中占据至关重要的地位，扮演着对高压输电和中低压配电电能管理角色。它除了基础的能源转换量计量结算以外，也要为运行的电能质量保障提供重要保障，因此变电站内计量系统的测量精准度和稳定性要求高，通常采用0.2s级的互感器对高压电流电压进行采集，并经过合并单元的控制处理提升采样信号的数值准确性。但随着变电站建设特点朝着集成化和小型化方向发展，内部出现了多种复杂的母线级联、内部桥接等方式，计量方式由原来的单间隔向多间隔级联变化，存在多个互感器采集的数据通过合并单元级联后传输到调度控制系统，跨间隔的计量采集数据同步性问题会凸显出来，经过多级运转过程中的系统干扰及星际同步信号位置的改变，会导致最后一级合并单元计量数据的输出值不准确，这种非同步误差会对电网电能稳定性输送产生严重的影响。因此需要在传统计量方式基础上增加时钟同步控制功能模块，实时跟踪参考时钟的变化情况，选择合适的方法对时钟变化特征参数测量与误差计算，对误差数据进行实时补偿，保障输出的绝对时钟的准确性和稳定性。

发明内容

本发明设计了一种基于码相位计数法提升智能变电站计量时钟同步的方法，解决了智能变电站计量系统因同步授时数据接收或运行过程产生的误差问题，分别从相位和频率两个维度进行误差测量与校正，保障合并单元接收的多路电能参数信号的一致性。

一种基于码相位计数法提升智能变电站计量时钟同步的方法，为了提升智能变电站高压电能计量信息采集数据的准确性，在传统变电站计量系统的基础上增加高精度时钟调整模块，所述高精度时钟调整模块主要功能是实现对外部时钟及卫星时钟信号的非同步性进行调整，当卫星时钟接收信号失效时，可平滑的切换到外部准时钟通道上，不但确保从互感器中采集的电压及电流信号至合并单元时的同步触发及传输，避免出现由于不同步而产生输电能量的采样值误差现象，并且可能够有效保证卫星信号触发丢失时外部触发同步对时的准确性。

为了实现误差补偿功能，所述高精度时钟调整模块从卫星及外部信号中提取到秒脉冲信号，经过微处理器的比较和计算后，获取修正后的秒脉冲信号同时输入到采样数据处理单元和合并单元中，设定电流及电压值的触发条件，保障计量系统内部数据的处理过程都以同一精准的基准时钟为参考；所述高精度时钟调整模块在计量系统中处于辅助决策位置，为多个互感器群体及级联式合并单元提供运行误差评估的基础数据，实时跟踪外部时钟信号源运行偏差，及时调整与补偿，持续性维持计量环路系统中数据准确性。

进一步地，所述高精度时钟调整模块，主要以FPGA形式体现，FPGA丰富的电路接口分别接收GPS/北斗双模授时及外部辅助时钟模块的秒脉冲信息，当卫星信号接收失效时，会自动切换到外部光接收模块接口，提取秒脉冲信号；选择有源晶振作为基准参考时钟，MCU为外部协助控制单元，处理外部时钟信号的在线或失效控制信息传输给控制模块，控制模块内部设计相位误差测量与校正模块和频率误差测量与校正模块，均用逻辑门电路快速实现，并预留电路可扩展空间，将输入的外部秒脉冲信号PPS1经过系列处理后得到较精准时钟秒脉冲值PPS2，延时精度一般在几纳秒级，形成多个秒脉冲驱动为电压采集、电流采集及合并单元提供对准时钟信息。