一种离线自守时状态下时间的温度校正系统及方法

技术领域

本发明涉及电力计量技术领域，并且更具体地，涉及一种离线自守时状态下时间的温度校正系统及方法。

背景技术

随着电网信息化和数字化的发展，大量设备的接入，配电网的拓扑结构日益复杂，在配电网中的各计量装置处实现同步采集的需求愈加迫切。整个配电网中服务于不同功能的节点，也对应了不同时间同步精度的等级要求。例如用电管理、负荷监控及电量采集等所要求的时间同步精度为1秒；SCADA监控的时间同步精度为10ms；时间顺序记录(SOE)的时间同步精度为1ms；而同步相量测量(PMU)的时间同步精度为1μs。

目前国网在台区层面内数量众多的计量装置缺乏有效时间同步手段，不能满足智能电网的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种离线自守时状态下时间的温度校正系统，包括：

三级时间节点，所述三级时间节点用于输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号；

主时钟，所述主时钟用于接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息；

边界时钟和从时钟，所述边界时钟和从时钟用于获取所述主时钟输出的同步时钟信息，并获取配电网在线时的温度补偿参数估计结果，基于所述同步时钟信息及所述温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

可选的，三级时间节点，具体用于：捕获和跟踪GNSS卫星导航信号，以恢复出导航卫星系统时间，并基于GNSS共视原理获得二级节点的时间差，以输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号。

可选的，主时钟，具体用于：基于1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，进行时频校准参数估计操作，以获取量值传递的时间信息，基于所述量值传递的时间信息进行时钟同步，并输出同步时钟信息。

可选的，边界时钟和从时钟，具体用于：将同步时钟信息与本地时钟信息进行对比，以获取本地时频调整参数，基于所述本地时频调整参数和温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

再一方面，本发明还提出了一种离线自守时状态下时间的温度校正方法，包括：

基于三级时间节点输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号；

通过主时钟接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息；

通过边界时钟和从时钟用于获取所述主时钟输出的同步时钟信息，并获取配电网在线时的温度补偿参数估计结果，基于所述同步时钟信息及所述温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

可选的，基于三级时间节点输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，包括：

基于三级时间节点捕获和跟踪GNSS卫星导航信号，以恢复出导航卫星系统时间，并基于GNSS共视原理获得二级节点的时间差，以输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号。

可选的，所述主时钟用于接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息，包括：

基于1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，进行时频校准参数估计操作，以获取量值传递的时间信息，基于所述量值传递的时间信息进行时钟同步，并输出同步时钟信息。

可选的，边界时钟和从时钟，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正，包括：

将同步时钟信息与本地时钟信息进行对比，以获取本地时频调整参数，基于所述本地时频调整参数和温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

处理器，用于执行一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的方法。

再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种离线自守时状态下时间的温度校正系统，包括：三级时间节点，所述三级时间节点用于输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号；主时钟，所述主时钟用于接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息；边界时钟和从时钟，所述边界时钟和从时钟用于获取所述主时钟输出的同步时钟信息，并获取配电网在线时的温度补偿参数估计结果，基于所述同步时钟信息及所述温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。本发明保证了配电网时钟信息的同步性和完整性。

附图说明

图1为本发明系统的结构图；

图2为本发明系统的原理示意图；

图3为本发明系统原理的全数字时频补偿调节模块结构图；

图4为本发明系统原理的时间同步拓扑结构图；

图5为本发明方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本发明提出了一种离线自守时状态下时间的温度校正系统，如图1所示，包括：

三级时间节点，所述三级时间节点用于输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号；

主时钟，所述主时钟用于接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息；

边界时钟和从时钟，所述边界时钟和从时钟用于获取所述主时钟输出的同步时钟信息，并获取配电网在线时的温度补偿参数估计结果，基于所述同步时钟信息及所述温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

其中，三级时间节点，具体用于：捕获和跟踪GNSS卫星导航信号，以恢复出导航卫星系统时间，并基于GNSS共视原理获得二级节点的时间差，以输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号。

其中，主时钟，具体用于：基于1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，进行时频校准参数估计操作，以获取量值传递的时间信息，基于所述量值传递的时间信息进行时钟同步，并输出同步时钟信息。

其中，边界时钟和从时钟，具体用于：将同步时钟信息与本地时钟信息进行对比，以获取本地时频调整参数，基于所述本地时频调整参数和温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

下面结合本发明的系统原理对本发明进行进一步的说明：

本发明系统的原理图如图2所示，包括：

(1)三级时间节点：借由共视单元捕获和跟踪GNSS卫星导航信号，恢复出导航卫星系统时间，应用GNSS共视原理获得二级节点的时间差，输出1PPS脉冲信号和ToD(Time ofDay)时间码信号。

(2)T-GM(T-GrandMaster主时钟)：时间拓扑关系中的主节点及主时钟，通过该时钟节点接收三级时间节点输出的1PPS信号和ToD进行时钟同步；该模块利用自带TCXO晶振和1PPS进行时频校准参数估计操作，得到经过量值传递的高精度时间信息。

(3)T-BC(T-Boundary Clock边界时钟)：时间拓扑关系中可能存在的中间节点，通常是指由于线路信号衰减，进行通讯所需构建的中继节点，另外它本身也会基于载波通讯的软件协议完成主节点到该中继节点之间的时间同步，并利用在线时温度补偿参数估计结果，进行离线自守时状态下时间的温度校正。

(4)T-SC(T-Slaver Clock从时钟)：时间拓扑关系中的从节点，通常为终端设备从时钟，通过基于载波通讯的软件协议完成主节点或中继节点到从节点之间的时间同步，并利用在线时温度补偿参数估计结果，进行离线自守时状态下时间的温度校正。

标准时间节点通过卫星共识方式和上级时间节点进行同步，并通过1PPS和ToD接口与主时钟进行同步，T-GM和T-SC/T-BC节点在线时通过载波方式进行时频同步，对整个网络内各计量设备完成在线时频量传。

在感知到系统处于离线时，全数字时频补偿调节模块转为开环控制，如图3所示。其中解码单元完成从载波信号得到远程同步时间的功能，时频校准参数估计单元完成同步时间与当前输出时间的差别比较并转换为数字校正调节控制参数，温度补偿参数估计根据在线情况下不同温度情况下时频校准参数估计单元的校准调节控制参数，分析晶体振荡器不同温度情况下的温度补偿参数。

本发明在应用时，建立如图4所示时间拓扑，该时间拓扑中：T-GM位于三级节点，是主时钟；T-BC是中继节点，它既是从时钟又是下一级的主时钟；T-SC是末端节点，是从时钟。

在线状态下时频同步方法，包括：

从时钟从载波解码得到同步时间信息。

从时钟利用远程同步时间信息通过图2中时频校准参数评估模块，与本地时频信息进行比较，得到本地时频调整参数，将该参数输出给输出时间校正单元，完成从时钟频率在图3中的闭环反馈调节过程，达到频率锁频，完成频率的实时量值传递。

离线状态下从节点高精度频率保持方法，包括：

从时钟通过时频校准参数评估模块，在网络在线时通过在线时频同步方式进行闭环控制，完成时频量值传递，并记录下不同温度时不同的时频校准参数，作为离线开环控制用的时频校准温度补偿参数。在感知到系统处于离线时，将全数字时频补偿调节模块转为开环控制，利用在线运行得到的时频温度补偿参数进行温度补偿控制，在较低成本下实现离线节点的短时间高精度时间自维持。

本发明解决了电网数字化信息化所亟需的高精度时间同步需求，能够满足各类电力场景应用需要，具有很强的适用性；提供了一种时钟频率同步的方法，保证了主时钟和从时钟之间时钟频率的量值传递；提供了一种时间延迟和时间偏移的测算方法，解决了载波通讯传输中由于设备应用层延迟造成的延迟不确定及累计误差问题，保障了时间同步精度，实现了绝对时间的量值传递；通过利用模块在网运行期间的在线温度刻度数据，提供了一种模块离线情况频率控制模块温度补偿机制，给出了离线时时钟模块频率的低成本、高精度维持机制；引入了数字加密的机制，保证了模块对外提供的同步时间信息的完整性、安全性和可用性。

实施例2：

本发明还提出了一种离线自守时状态下时间的温度校正方法，如图5所示，包括：

步骤1、基于三级时间节点输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号；

步骤2、通过主时钟接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息；

步骤3、通过边界时钟和从时钟用于获取所述主时钟输出的同步时钟信息，并获取配电网在线时的温度补偿参数估计结果，基于所述同步时钟信息及所述温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

其中，基于三级时间节点输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，包括：

基于三级时间节点捕获和跟踪GNSS卫星导航信号，以恢复出导航卫星系统时间，并基于GNSS共视原理获得二级节点的时间差，以输出1PPS脉冲信号和ToD时间码信号。

其中，所述主时钟用于接收所述三级时间节点输出的1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，基于所述1PPS脉冲信号和ToD时间码信号对配电网进行时钟同步，并输出同步时钟信息，包括：

基于1PPS脉冲信号和ToD时间码信号，进行时频校准参数估计操作，以获取量值传递的时间信息，基于所述量值传递的时间信息进行时钟同步，并输出同步时钟信息。

其中，边界时钟和从时钟，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正，包括：

将同步时钟信息与本地时钟信息进行对比，以获取本地时频调整参数，基于所述本地时频调整参数和温度补偿参数估计结果，进行配电网离线自守时状态下时间的温度校正。

本发明保证了配电网时钟信息的同步性和完整性。

实施例3：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中方法的步骤。

实施例4：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。