一种高压电力电子装备的授时方法、系统、设备和介质

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高压电力电子装备的授时方法、系统、设备和介质。

背景技术

近年来，电力电子设备在电力系统中发挥着越来越重要的作用，其在电力系统的故障分析、监视控制及运行管理方面都具有重要的意义。而电力电子设备在进行故障分析、监视控制时，分析结果的精度和控制的可靠性都非常依赖于时间同步的精度。电力电子装备内部设备密度高、具有较多的功率半导体器件，导致了设备内部电磁环境复杂、传输路径阻挡严重，从而影响传统卫星、通讯授时方法对于各设备的时间同步精度，进而导致故障分析及系统控制的精度无法满足要求。

目前，电力电子装备内部设备密度高会产生传输路径阻挡严重、且内部空间紧凑，使得传统光纤授时方式和卫星授时方式无法在电力电子设备内部进行实施，另外，电力电子装备内部设备中有较多的功率半导体器件，其导通和关断将产生大量脉冲型干扰，会影响依靠脉冲上升沿作为基准时刻判断的授时方法的准确性。由于电力电子装备的时间同步的精度较低，进而影响到电力系统的故障分析和监测等工作，所以力电子装备内部设备的授时方法还有很大的改进空间。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种高压电力电子装备的授时方法，包括：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号；

将所述同步信号通过主回路发送到高压电力电子装备中的各监测设备；

获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时；

其中，所述预设频率大于高压电力电子装备中谐波的频率。

优选的，所述在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号，包括：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制变换信号得到启动信号，并将所述启动信号作为同步信号；

所述变换信号包括下述中的两种或多种：正弦波信号和脉冲信号，其中所述脉冲信号叠加于所述正弦波信号的波峰或波谷。

优选的，所述获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时，包括：

获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对应的时刻对所述装置数据进行授时。

优选的，所述在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号，包括：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制变换信号得到启动信号；

根据采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值进行编码，根据编码结果按照预设频率调制变换信号得到编码信号；

以所述启动信号和编码信号作为同步信号。

优选的，所述根据采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值进行编码，根据编码结果按照预设频率调制变换信号得到编码信号，包括：

以所述时刻为开始时间，对采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值，采用二进制进行编码，得到采集周期内各时刻的编码值；

基于所述时刻的编码值，按照预设频率调制变换信号，得到编码信号；

所述时间精度包括下述中的一种：小时、分钟和秒。

优选的，所述获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时，包括：

获取述各监测设备在采集周期内的各装置数据；

根据各装置数据对应的编码信号，得到各装置数据对应的时间精度标签；

根据所述时间精度标签和系统时间，对所述装置数据进行授时。

优选的，所述装置数据为高压电力电子装备中多个装置的运行数据。

基于同一发明构思，本发明还提出了一种高压电力电子装备的授时系统，包括：

同步信号调制模块：用于在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号；

信号传送模块：将所述同步信号通过主回路发送到高压电力电子装备中的各监测设备；

数据授时模块：获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时；

其中，所述预设频率大于高压电力电子装备中谐波的频率。

优选的，所述同步信号调制模块具体用于：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制变换信号得到启动信号，并将所述启动信号作为同步信号；

所述变换信号包括下述中的两种或多种：正弦波信号和脉冲信号，其中所述脉冲信号叠加于所述正弦波信号的波峰或波谷。

优选的，所述数据授时模块具体用于：

获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对应的时刻对所述装置数据进行授时。

优选的，所述同步信号调制模块具体用于：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制变换信号得到启动信号；

根据采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值进行编码，根据编码结果按照预设频率调制变换信号得到编码信号；

以所述启动信号和编码信号作为同步信号。

优选的，所述同步信号调制模块中根据采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值进行编码，根据编码结果按照预设频率调制变换信号得到编码信号，包括：

以所述时刻为开始时间，对采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值，采用二进制进行编码，得到采集周期内各时刻的编码值；

基于所述时刻的编码值，按照预设频率调制变换信号，得到编码信号；

所述时间精度包括下述中的一种：小时、分钟和秒。

优选的，所述数据授时模块具体用于：

获取述各监测设备在采集周期内的各装置数据；

根据各装置数据对应的编码信号，得到各装置数据对应的时间精度标签；

根据所述时间精度标签和系统时间，对所述装置数据进行授时。

优选的，所述同步信号调制模块和所述数据授时模块中装置数据为高压电力电子装备中多个装置的运行数据。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提供了一种高压电力电子装备的授时方法、系统、设备和介质，包括：在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号；将所述同步信号通过主回路发送到高压电力电子装备中的各监测设备；获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时；其中，所述预设频率大于高压电力电子装备中谐波的频率；本发明通过将主回路作为同步信号的传输通道进行传输，之后根据同步信号进行高精度授时，可以在高压电力电子装备内部信号传输较为复杂的环境中，实现精准授时和抗干扰授时。

附图说明

图1为本发明提供的一种高压电力电子装备的授时方法流程示意图；

图2为现有的一种链式SVG基本电路示意图；

图3为本发明提供的一种电磁耦合装置注入信号的示意图；

图4为本发明提供的一种同步信号注入及检测的过程示意图；

图5为本发明提供的一种同步信号波形示意图；

图6为本发明提供的一种同步信号检测流程示意图；

图7为本发明提供的一种高压电力电子装备的授时系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供一种高压电力电子装备的授时方法，具体的，如图1所示，其为本发明提供的授时方法的流程示意图，包括以下步骤：

步骤1：在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号；

步骤2：将所述同步信号通过主回路发送到高压电力电子装备中的各监测设备；

步骤3：获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时；

其中，所述预设频率大于高压电力电子装备中谐波的频率。

本发明通过将同步信号注入到高压电力电子装备主电路中，以实现同步信号的传输。在本发明中高压电力电子设备可以是链式静止无功发生器(SVG)、分布式潮流控制器，也可以是低频输电设备，在本公开实施例中，以典型高压电力电子装备：链式静止无功发生器(SVG)为例进行说明，图2为链式静止无功发生器(SVG)的基本电路图，为多个功率模块构成的链式结构，每个功率模块或链节，均采用半桥或者全桥结构，在图中包括了A、B、C三条相链。图3为本发明提供的一种通过电磁耦合装置注入同步信号的示意图。如图4所示，通过A、B、C相链首端的电磁耦合装置注入同步信号，单链上所有功率模块监测装置通过监测主回路电流，即可检测到同步信号。

步骤1中预设频率在本发明的同步信号中起到抗干扰的作用，其需要避开电力电子装置本身的谐波或间谐波干扰，以及较长的周波输入，以免影响对模块母排电流信号的监测。在本公开实施例中，设定正弦波可选择的频率范围为50kHz～100kHz，每周波长度为0.002ms～0.001ms。

在本发明中同步信号包括启动信号和编码信号两个部分，是根据预设频率调制变换信号得到的。其中，变化信号包括脉冲信号和正弦波信号，且脉冲信号与正弦波信号的调制可以有多种形式，可以是脉冲信号与正弦波信号有规律的穿插组合，也可以是脉冲信号与正弦波信号进行叠加组合，在本发明中，所述脉冲信号叠加于所述正弦波信号的波峰或波谷。

启动信号作为开始获取装置数据的开始信号，也具有对齐装置数据的作用。编码信号具有携带信息的作用。具体携带的信息可以是时间信息，也可以是数值编码的其他信息。在本发明中，携带信息为时间信息。对于需要在某一周期内获取多组装置数据时，编码信号部分能够提供时间信息，进而起到区分多组装置数据，同时辅助系统完成高精度授时的作用。

进一步的，启动信号的形式为脉冲信号与正弦波信号的叠加，本发明中的启动信号可以是一个周期的正弦波信号在波峰处叠加一个脉冲信号，也可以是一个周期的正弦波信号在波谷处叠加一个脉冲信号，还可以是多个周期的正弦波信号在波峰和波谷处都叠加脉冲信号。在本公开实施例中，启动信号为在一个周期的正弦波信号的首波峰处叠加一个脉冲信号的形式，如图5所示的同步信号中的启动信号部分。

编码信号也为脉冲信号与正弦波信号的叠加，在本发明中，编码信息用来携带时间相关信息，其中，上述时间相关信息为需要采集装置数据的时刻对应的某个时间精度下的数值，其中，时间精度可以是日、小时、分钟或者秒等时间维度。根据在需要采集装置数据的时刻对应的某个时间精度下的数值，采用二进制进行编码，得到编码值。在本公开实施例中，以秒为时间精度进行说明，时间的秒级数值是0至60，则对应的二进制编码的位数是6位，对于6位的二进制编码11 11 11其最多能够提供到63的数值，完全覆盖60秒的数值范围。若以小时为时间精度，则对应的二进制编码位数为5位，其能够提供到31的数值，覆盖24小时的数值范围。确定时间精度下所对应的数值后，根据数值确定编码值。例如：若需要采集装置数据的时刻的秒数为3，则根据二进制编码法，得到相应的编码值为00 00 11。

之后，根据编码值的位数确定正弦波信号的周期，例如：若编码值为6位，则确定3周期的正弦波信号，其具有6个波峰和波谷。之后根据编码值中每一位上的数值确定相应的正弦波信号的波峰波谷处是否叠加脉冲信号。以上述编码值00 00 11为例进行说明，相应的编码信号为在具有6个波峰波谷的正弦波信号的最后2个波峰波谷处叠加上脉冲信号。

对于需要采集装置数据的时刻，可以分为两种情况，第一种情况为，较长时间周期中只需要获取一次装置数据，此时只需要同步信号具有同步启动的作用即可，则此时同步信号为启动信号，在随后的授时过程中，根据所述同步信号对应的时刻对所述装置数据进行授时。第二种情况为，在采集周期中需要多次对装置数据进行采集，因而需要区分多个采集数据，此时需要同步信号具有同步启动和辅助授时的功能，则此时同步信号为启动信号和编码信号，具体如图5所示，在本公开实施例中，编码信号也称为同步编码信号。

步骤2具体包括：通过电磁耦合装置将所述同步信号通过主回路发送到高压电力电子装备中的各监测设备。需要说明的是，传统的编码信号为方波形式，其是难以通过电磁耦合单元注入的，本发明通过正弦波信号和脉冲信号调制而成的同步信号，解决了传统编码信号难以通过电磁耦合单元注入电路的问题。

本发明将同步信号通过主回路发送到高压电力电子设备中的各监测设备，解决了对于电力电子设备内部环境特殊、封闭，进而导致的无法使用光纤授时、卫星授时等高精度方法对装置数据进行授时，本发明相比于传统的授时方法，通过主电路发送同步信号至高压电力电子装备中的各监测设备，具有实行成本低、方便快捷的优点。

步骤3具体包括：采用高压电力电子装备中的包络检波器检测正弦波信号作为同步信号的前置启动信号。当监测装置检测到预设频率的正弦波信号时，判定同步信号到达监测装置。作为监测装置采集数据的开启信号。同步信号检测的具体流程如图6所示。

通过包络检波检测到同步信号到来后，检测同步信号中启动信号的首波峰的脉冲信号作为基准时刻，监测装置采样数据。通过首波峰的脉冲信号进行数据对齐是由于正弦波信号是平滑的，在对齐装置数据时，无法实现精准对齐，需要通过首波峰的脉冲信号来实现装置数据的对齐。对于采集数据的第一种情况，即较长时间周期中只需要获取一次装置数据，此时仅需首波峰的脉冲信号对时后，根据所述同步信号的对应的采集装置数据时刻对所述装置数据进行授时。

若为采集装置数据时刻的第二种情况，即在采集周期中需要多次对装置数据进行采集，则通过启动信号的首波峰的脉冲信号对时后，检测后续编码信号，将波峰、波谷时刻的脉冲次数作为时间精度标签，在本公开实施例中，以秒级时间标签为时间精度标签进行说明。电力电子装备内部监测需要多装置间采样数据对齐，在获取秒级时间标签后，数据上送监测系统后台时，监测系统后台需要秒级时间完成数据存储，而监测数据上送监测系统后台一般在1分钟内完成。因此，可摘监测系统后台中根据上送数据中的秒级时间标签结合系统时间标定监测数据的绝对时间，绝对时间为时间的具体年月日时分秒的标签。此时，完成对装置数据的授时，整个授时过程能够排除干扰，提高授时的精度。

本发明利用电力电子装备多功率模块串联的技术特点，将电磁耦合注入信号方法应用于电力电子装备内部监测系统的时钟同步，相对于卫星、通信授时，利用电力电子装备本身主回路作为传输通道，无需解决监测装置天线布置问题。另外，现有的授时信号主要是依靠脉冲上升沿作为时间基准，具有较高的时间分辨率。但在高压电力电子装备内部监测系统应用时，由于电力电子器件导通关断过程会产生大量的脉冲型干扰，传统脉冲信号在电力电子装备内部无法作为同步信号使用。本发明提出利用正弦波作为同步信号的启动信号，并利用波峰、波谷加载脉冲信号作为时间基准及编码信号，兼顾抗干扰性能、启动可靠性以及同步精度。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提出了一种高压电力电子装备的授时系统。

该系统结构如图7所示，包括：

同步信号调制模块：用于在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制同步信号；

信号传送模块：将所述同步信号通过主回路发送到高压电力电子装备中的各监测设备；

数据授时模块：获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对所述装置数据进行授时；

其中，所述预设频率大于高压电力电子装备中谐波的频率。

优选的，所述同步信号调制模块具体用于：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制变换信号得到启动信号，并将所述启动信号作为同步信号；

所述变换信号包括下述中的两种或多种：正弦波信号和脉冲信号，其中所述脉冲信号叠加于所述正弦波信号的波峰或波谷。

优选的，所述数据授时模块具体用于：

获取所述各监测设备采集的装置数据，并根据所述同步信号对应的时刻对所述装置数据进行授时。

优选的，所述同步信号调制模块具体用于：

在需要采集装置数据的时刻，根据预设频率调制变换信号得到启动信号；

根据采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值进行编码，根据编码结果按照预设频率调制变换信号得到编码信号；

以所述启动信号和编码信号作为同步信号。

优选的，所述同步信号调制模块中根据采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值进行编码，根据编码结果按照预设频率调制变换信号得到编码信号，包括：

以所述时刻为开始时间，对采集周期内所述时刻在时间精度下对应的数值，采用二进制进行编码，得到采集周期内各时刻的编码值；

基于所述时刻的编码值，按照预设频率调制变换信号，得到编码信号；

所述时间精度包括下述中的一种：小时、分钟和秒。

优选的，所述数据授时模块具体用于：

获取述各监测设备在采集周期内的各装置数据；

根据各装置数据对应的编码信号，得到各装置数据对应的时间精度标签；

根据所述时间精度标签和系统时间，对所述装置数据进行授时。

优选的，所述同步信号调制模块和所述数据授时模块中装置数据为高压电力电子装备中多个装置的运行数据。

本发明通过同步信号调制模块、信号传送模块和数据授时模块实现高压电力电子设备内部多装置数据的同步以及高精度授时，其中，同步信号调制模块所调制的同步信号的启动部分可以抗干扰，编码部分携带时间信息，相比于现有的同步信号具有更好的抗干扰性，能够有效提高对时精度，因而，本发明还提供了一种具备授时精准性、传输抗干扰性以及实用性的授时系统。

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一种高压电力电子装备的授时方法的步骤。

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一种高压电力电子装备的授时方法的步骤。

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。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。