一种应用于暂态录波型故障指示器的守时方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种应用于暂态录波型故障指示器的守时方法。

背景技术

配电网络系统因分支多而复杂，很容易出现接地和短路故障。随着智能电网的快速发展，使得配电网故障信息越发复杂，故障的准确快速分析变得越发困难。为快速处理配电网故障，需要对馈线运行数据进行实时监控、异常情况及时预警，以及对故障快速发现处理。

基于零序电压启动型的暂态录波型故障指示器是一种配电网线路故障的检测装置，录波启动装置安装于变电站出线处，采集单元安装于中压配电线路上，可以实时采集线路电流，当线路发生接地或短路故障时，录波启动装置记录波形启动时刻，由主站发起对同一时刻的波形收集，并对波形统一分析，实现对故障类型及区段的定位；此种方式对全网采集单元同步要求较高，在12.8K采样率下，要求全网采集单元时间同步偏差不大于40μs。

当前暂态录波型故障指示器汇集单元多采用周期性GPS对时并周期性给采集单元对时的方案，汇集单元守时基于高精度低频晶振；以采用精度为±5ppm的低频守时晶振(32.768KHz)为例，晶振频率粒度决定其在对时完成时即有(0～30.5)μs的对时刻度误差T

通过对晶振频率的大量测试发现，在常温环境下，晶振频率偏差值基本保持不变。基于此特点，考虑通过阶段性计算所得的晶振频偏对汇集单元时钟进行补偿，并基于此补偿向采集单元对时的时刻，从而降低全网采集单元时间同步偏差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过提供一种应用于暂态录波型故障指示器的守时方法，将全网汇集单元给采集单元的授时时刻相差控制在20μs以内，为采集单元的全网时间同步提供准确参考。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于暂态录波型故障指示器的守时方法，本方法通过引入高频晶振、结合GPS标准时钟源实现对低频守时晶振的对时刻度误差T

GPS标准时钟源集成在汇集单元设备上，可以输出秒脉冲及串口时间，作为设备的标准时间参考；低频晶振作为设备守时晶振，高频晶振作为超短时间内的计时及守时晶振使用。

前述汇集单元守时方法其包括以下步骤：

步骤1)在GPS标准时钟源秒脉冲对时时刻，通过基于高频晶振的计数器以及低频晶振刻度实现对汇集单元低频晶振对时刻度误差T

步骤2)以GPS标准时钟源标准时钟参考，通过高频晶振计数器、低频晶振计数器实现对低频晶振区段守时误差T

步骤3)根据守时误差T

步骤4)根据守时误差T

步骤5)根据对时刻度误差T

步骤6)采集单元对时周期到来时，通过基于高频晶振的延时结合补偿参数将全网汇集单元对时时刻控制在一个以高频晶振为粒度的准确时刻，实现全网采集单元的同步对时。

记汇集单元低频晶振频率为f

前述步骤1)中汇集单元低频晶振对时刻度误差T

具体包含以下步骤：

步骤1)GPS标准时钟源秒脉冲信号来临时，清零低频晶振计数器和基于高频晶振计数器。

步骤2)等待低频晶振计数器变化，记录低频晶振计数器变化时刻高频晶振计数器计数 N

步骤3)根据高频晶振计数器计数结合低频晶振计数器的计数时间分辨率，得出对时刻度误差

T

前述步骤2)中汇集单元低频晶振区段守时误差T

其中：首次GPS标准时钟源对时过程中的守时误差T

设相邻秒对时刻度误差分别为T

T

若(T

T

非首次GPS标准时钟源对时过程中的守时误差T

记上一次GPS标准时钟源对时过程中最后一次秒脉冲和本次秒脉冲时的对时刻度误差分别为T

T

T

前述步骤3)中汇集单元GPS对时间隔

前述步骤5)中汇集单元补偿参数计算包括补偿步长、周期T

前述步骤5)中汇集单元对采集单元授时时刻确认的策略为，设采集单元对时周期为N 秒，考虑到经过上一步补偿后汇集单元误差可控制在T

附图说明

图1为本发明应用于暂态录波型故障指示器的守时方法中对汇集单元低频对时刻度误差T

图2为本发明应用于暂态录波型故障指示器的守时方法的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明中汇集单元低频晶振对时刻度误差T

步骤1)GPS标准时钟源秒脉冲信号来临时，清零低频晶振计数器和基于高频晶振计数器。

步骤2)等待低频晶振计数器变化，记录低频晶振计数器变化时刻高频晶振计数器计数 N

步骤3)根据高频晶振计数器计数结合低频晶振计数器的计数时间分辨率，有对时刻度误差

T

本发明中汇集单元守时误差T

设相邻秒对时刻度误差分别为T

T

若(T

T

非首次GPS标准时钟源对时过程中的守时误差T

记上一次GPS标准时钟源对时过程中最后一次秒脉冲和本次秒脉冲时的对时刻度误差分别为T

T

T

完成守时误差T

在从GPS串口输出信息正确校准秒级信息后，展开补偿参数的计算，所述的补偿参数包括补偿步长、补偿周期T

具体的，对于每次GPS对时后的首次补偿参数，若T

对于非首次补偿参数，若守时误差T

到达补偿周期后执行低频晶振计数器减一操作，补偿后结余

C

若守时误差T

到达补偿周期后执行低频晶振计数器加一操作，补偿后结余

C

对时采集单元。对采集单元授时时刻确认的策略为，设采集单元对时周期为N秒，考虑到经过上一步补偿后汇集单元误差可控制在T

t＝C

易知，Max(t)≤3·T

授时时刻的误差包含守时误差T

其中首次GPS标准时钟源对时期间计算的守时误差T

Max(E

考虑到使用高频计时器的计时时长不超过T

最大对时刻度误差T

Max(E

使用基于高频晶振造成的最大时间误差为：

Max(E

设汇集单元给采集单元的对时周期为N秒，设在汇集单元最近一次GPS对时完成后第 X次给采集单元对时时刻与标准时间的偏差E

首次GPS标准时钟源对时后，有最大E

非首次GPS对时后有，最大E

设汇集单元低频晶振频率为32768Hz，误差为±5ppm；高频晶振频率为72M,误差为± 0.5％，汇集单元守时目标为5us,要求N·X小于GPS对时间隔，那么有

有汇集单元间授时时刻最大偏差为2*Max(E

下面对本发明做进一步说明：

汇集单元主MCU设置基于GPS秒脉冲的外部中断、基于低频守时晶振的秒中断、GPS串口通信中断。设置基于低频守时晶振的低频晶振计数器，以及基于高频晶振(可以是 MCU集成的高频晶振)的高频晶振计数器。

设置GPS秒脉冲中断优先级最高，在此中断中完成低频晶振对时刻度误差T

设置系统秒中断优先级次之，在此中断中完成对低频晶振计数器的补偿、补偿参数的更新、采集单元校时处理。

GPS串口中断优先级最低，在此中断中从GPS获取正确的秒级时间，完成对时后更新补偿参数并关闭GPS或使之进入低功耗模式。

设置汇集单元守时目标以及采集单元对时间隔，汇集单元根据相邻区段的守时误差偏差及守时目标确认GPS对时间隔。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。