[發明專利]增加動態補償的PMU同步時鐘系統

無效

• 申請號: 200910050746.2
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN101551640A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 嚴正;李麗;王興志;蘇廣寧;李禹鵬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G04G7/00
• 分類號: G04G7/00;G01R25/08;G01S5/02;G05B19/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種檢測與控制技術領域的時鐘系統，特別是一種增加動態補償的PMU(同步相量量測單元)同步時鐘系統。

背景技術

多年以來，同步相量量測單元PMU(Phasor?Measurement?Unit)為應用標志的廣域監視WAMS(Wide?Area?Monitoring?System)系統在電網中得到了不同類型的試點應用，隨著現代化大電網技術的發展，基于PMU的電網動態監視、控制系統的研究已成為電網實時動態安全分析、控制技術領域的發展熱點。PMU應用了電網相量的實時異地同步測量技術。隨著GPS(Global?Positioning?System，全球衛星定位系統)的出現，GPS接收機給出秒脈沖(1pp)前沿時間誤差相對于UTC(Coordinated?Universal?Time，世界標準時間)不超過1μs。這對電力來說是一件非常重要的事，因此，基于GPS的PMU同步時鐘系統已成為電力系統監測與控制領域的研究熱點。然而，GPS時鐘在衛星失鎖或衛星時鐘實驗跳變的條件下，誤差達幾十毫秒甚至上百毫秒。另一方面，GPS信號是由無線電波傳送的，不可避免地會受到各種干擾，甚至可能中斷。所以，PMU利用GPS授時作為同步時間源時，必須考慮GPS信號的穩定性和失效情況下的對策問題。

經對現有技術文獻的檢索發現，中國發明專利(申請號200520046579.1)提出一種自適應PMU衛星同步時鐘守時裝置，但該裝置的調節精度有限，且可靠性欠佳。如何在無高成本硬件時鐘同步設備的情況下較好地產生高精度同步時鐘，并提高時鐘源的精度和可靠性，已成為該技術領域中的主要的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種增加動態補償的PMU同步時鐘系統，是PMU的重要組成部分，它所提供的輸出信號對電力系統運行狀態的監測與控制具有重要的意義。本發明在無線電波傳送的衛星GPS時鐘信號，當GPS信號正常時，PMU同步時鐘系統實時檢測晶振工作頻率，并根據計算值進行修正。在衛星失鎖或者衛星實驗跳變條件下，PMU同步時鐘系統要對GPS信號進行有效性檢測，繼續采用晶振進行計時，可根據GPS時鐘失效前的測量值對同步時鐘進行誤差修正，保證同步時鐘正常工作。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括GPS模塊、晶振時鐘模塊、微處理器和動態誤差處理系統。其中，GPS模塊將輸出的RS-232數據幀發送到微處理器，將秒脈沖1PP信號發送到動態誤差處理系統；晶振時鐘模塊選用高穩定度的晶振作為時鐘源，將輸出的秒脈沖信號發送到動態誤差處理系統；動態誤差處理系統對接收到的GPS模塊輸出的秒脈沖1PP信號和晶振時鐘模塊輸出的秒脈沖信號進行判斷和誤差處理，并將處理信息發送到微處理器；微處理器主要實現對時間報文的實時處理與發送、控制動態誤差處理系統的工作方式以及調整GPS時鐘的選通與閉鎖功能。微處理器接收GPS模塊輸出的RS-232數據幀，經過實時處理串行輸出時間報文，并發送給PMU的同步采樣系統；微處理器接收來自動態誤差處理系統的信號，判斷其誤差種類并根據誤差數值對動態誤差處理系統中的脈沖或時鐘進行調整控制操作，當調整后的誤差小于門檻誤差，將信號經電/光轉換后通過光纖發送給PMU的同步采樣系統進行下一步處理。

所述的動態誤差處理系統包括2個傳感器、自適應估計器和誤差處理器。其中，一個傳感器采集GPS模塊輸出的秒脈沖1PP信號，另一個傳感器采集晶振時鐘模塊輸出的秒脈沖信號，并將各自采集的秒脈沖信號發送給自適應估計器。自適應估計器接收到2個傳感器發送的信號后，計算出傳感器采集過程中任意時刻GPS模塊的秒脈沖和晶振時鐘模塊的秒脈沖之間的時滯差，把晶振時鐘的秒脈沖的采樣值統一到被測系統的時間點進行誤差比較，并將時滯差信號發送給誤差處理器。誤差處理器根據時滯差信號對誤差進行判斷，如果誤差小于門檻誤差，將信號經電/光轉換后通過光纖直接發送給PMU的同步采樣系統，如果處理后的信號誤差較大，則將信號送入微處理器作進一步的處理。

動態誤差處理系統實現對秒脈沖的調整、計算GPS正常工作時的誤差、計算GPS失效時的誤差補償。動態誤差處理系統接收到秒脈沖時，晶振時鐘模塊分頻產生的本地秒脈沖信號和GPS模塊產生的秒脈沖經過各自的傳感器產生兩路相互獨立的時鐘信號和自適應估計器利用LMS時延估計法求取2路時鐘信號的最佳匹配條件，并計算出補償周期數，然后由微處理器進行脈沖調整操作，實現高精度時鐘。