[發明專利]一種基于自適應算法的變電站網絡對時方法

有效

• 申請號: 201610109862.7
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105790874B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 朱超;陳昊;繆曉剛;余成元;郭楊
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司檢修分公司;國家電網公司;國網江蘇省電力公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 母秋松,董建林

1.一種基于自適應算法的變電站網絡對時方法，其特征在于：包括步驟如下：

步驟一：主時鐘與本地時鐘一次對時，進行N次信息交換，物理層處理延時設為定值d；第k次信息交換中，T_1,k為主時鐘第k個信息包的實際發送時間；T_2,k為本地時鐘收到第k個信息包的時間；T_3,k為本地時鐘發送第k個信息包的實際發送時間；T_4,k為主時鐘收到第k個信息包的時間；信息由主時鐘到本地時鐘的網絡傳輸延時設為隨機變量X_k，信息由本地時鐘到主時鐘的網絡傳輸延時設為隨機變量Y_k，假設網絡延時和分別服從均值為α和β的指數分布；

步驟二：相偏計算的最大似然估計，假設網絡傳輸的往返延時對稱性較好，網絡傳輸延時X_k與Y_k服從相同參數的指數分布，可以令這兩個指數函數的均值相等，有α＝β＝λ；同時因為網絡傳輸延時的隨機性，造成信息交換延時的不確定，可以將N次對時后得到的信息交換的往返延時數據和進行數值從小到大的順序統計，重新排列后變為和可以構建似然函數為：

L(d,Φ,λ)=λ-2Ne-(Σk=1NUk+Σk=1NVk-2Nd)λ---(2.5)]]>

考慮到U_k＝T_2,k-T_1,k＝d+Φ+X_k與V_k＝T_4,k-T_3,k＝d-Φ+Y_k，對N次對時信息交換的往返延時進行累加，有

NU‾=Nd+NΦ+Nλ---(2.6)]]>

與

是的平均值，是的平均值；

(2.6)與(2.7)兩式相加可得代入式(2.5)可得

LR(d,Φ)=[U‾+V‾2-d]-2Ne-2N---(2.8)]]>

通過使式(2.8)的似然函數L_R(d,Φ)取得最大值，就可以得到參變量的最大似然估計值；

解得d和Φ的最大似然估計為：

dMLE=U(1)+V(1)2ΦMLE=U(1)-V(1)2---(2.9)]]>

U₍₁₎表示中排序第一，V₍₁₎表示中排序第一；

步驟三：相偏計算的最優線性無偏估計，首先將N次對時后得到的信息交換的往返延時數據和進行數值從小到大的順序統計，重新排列后變為和

定義所需求解未知變量矩陣為δ′＝[dΦαβ]^T，則有

P′=11...111...111...1-1-1...-11N1N+1N-1...Σk=1N1N-k+100...000...01N1N+1N-1...Σk=1N1N-k+1T---(2.10)]]>

矩陣中P′為由對時信息樣本長度N決定的矩陣；

由于對信息交換延時數據進行了順序統計，故建立的是線性模型，δ′的最優線性無偏估計為：

δBLUE′=(P′TQW′-1P′)-1P′TQW′-1W---(2.11)]]>

其中Q′_W是W的協方差矩陣；因為信息交換的往返延時和為兩個相互獨立的指數隨機分布，可得：

QW′=α2Q00β2Q---(2.12)]]>

Q是信息交換延時數據U_(k)和V_(k)的N×N階對稱正定協方差矩陣；

觀測到的信息交換延時數據為：

W＝[U₁ V₁ U₂ V₂…U_N V_N]^T

可求解得δ′的最優線性無偏估計為：

δBLUE′=dBLUEΦBLUEαBLUEβBLUE=12N(N-1)(N2-1)U(1)-Σk=2NU(k)+(N2-1)V(1)-Σk=2NV(k)(N2-1)U(1)-Σk=2NU(k)-(N2-1)V(1)+Σk=2NV(k)2NU(1)-2N2U(1)+2NΣk=2NU(k)2NV(1)-2N2V(1)+2NΣk=2NV(k)=12(N-1)N(U(1)+V(1))-(U‾+V‾)N(U(1)-V(1))-(U‾-V‾)2N(U‾-U(1))2N(V‾-V(1))---(2.13)]]>

其中，與分別為信息交換的往返延時數據和的樣本平均值，同時也為順序統計后和的樣本平均值；

步驟四：將信息交換次數N，α_BLUE、β_BLUE代入公式(2.16)，其中，α_BLUE代表信息由主時鐘到本地時鐘的網絡傳輸延時的最優線性無偏估計，β_BLUE代表信息由本地時鐘到主時鐘的網絡傳輸延時的最優線性無偏估計；

N2-1<αβ(α-β)2---(2.16)]]>

如果公式(2.16)成立，則相偏Φ值采用公式(2.9)中的Φ_MLE；

如果公式(2.16)不成立，則相偏Φ值采用公式(2.13)中的Φ_BLUE；

步驟五：設本地時鐘此時輸出時間為C_i(t)，對其進行相偏補償后，實際輸出時間C’_i(t)為：

C’_i(t)＝C_i(t)+Φ (3.5)

步驟六：本地時鐘頻偏的最優估計，假設本地時鐘與主時鐘之間由于頻偏η的影響，時鐘相偏單調遞增，即頻偏η不變，一次對時中對時信息共進行N次交換，其中第k次對時信息交換的T_2,k與T_3,k均為本地時鐘的本地時間，與均為主時鐘的本地時間，物理層處理延時為定值d，信息由主時鐘到本地時鐘的網絡傳輸延時為隨機變量X_k，信息由本地時鐘到主時鐘的網絡傳輸延時為隨機變量Y_k；選擇T_1,1為參考時間，即T_1,1為主時鐘實際本地時間的零時刻；則與分別為主時鐘實際本地時間與的相對時間；表示在時刻的參考時鐘相位偏移，其中Φ^r代表本地時鐘的實際相偏；本地時鐘接收到第k次對時信息時的相對觀測時間為T_2,k，發送第k次對時信息時的相對觀測時間為T_3,k，有：

T2,k=T1,kr+d+Xk+(T1,kr-T1,1r+d+Xk)·η+Φr=(T1,k+d+Xk)(1+η)+Φ---(3.1)]]>

有

同理有T_3,k＝(T_4,k-d-Y_k)(1+η)+Φ(3.2)

當網絡傳輸延時對稱性較好時，假設網絡傳輸的往返平均延時α和β有α＝β，并且本地時鐘相偏Φ已通過計算進行了補償，同時物理層處理延時d由裝置決定，為已知值，可以構建似然函數為

L(η,β)=β-2Ne-(Σk=1NT2,k-T3,k1+η-Σk=1N(x1,k-T4,k)-2Nd)β---(3.3)]]>

X_k>0與Y_k>0，可得定義域

由于d>0與1+η>0，可由定義域推得同時觀察到式(3.3)中(T_2,k﹣T_3,k)總是負的，網絡傳輸延時β>0，因此若要使似然函數L(η,β)有最大值，η的取值應盡量小；故η的最大似然估計值為其最小值，即

其中

步驟七：設本地時鐘晶振固有頻率為f，對其進行補償后，實際頻率f’為：

f’＝f×(1+η_min) (3.6)。

2.根據權利要求1所述的一種基于自適應算法的變電站網絡對時方法，其特征在于：所述信息交換次數N設置為16。