[发明专利]电力网GPS/北斗双系统卫星同步时钟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力时钟，具体地说是涉及一种基于北斗二代的电力时钟系统。

背景技术

我国电网建设投入长期不足，电网发展严重滞后于电源发展。近年来，电源建设和投产速度加快，加剧了电网滞后的矛盾。投入不足造成目前我国电网结构薄弱、电网卡脖子，部分设备陈旧、隐患多、抵御自然灾害能力差，严重制约电网安全稳定运行，我国电网大面积停电风险始终存在。最近几年，国际上连续发生比较大的停电事故，而且发生在一些发达国家，比如加拿大、意大利、澳大利亚、莫斯科等。根据“十一五”国民经济和社会发展纲要和国家能源发展战略，以及对电力需求的预测，未来五年国家电网投资过万亿元，总规模将成倍增长。完成如此艰巨的投资和建设任务，离不开科技进步和自主创新。建成后的国家电网将是世界上电压等级最高、规模最大、运行管理最复杂、能源资源配置能力最强的交直流混合电网，它的安全稳定运行更离不开科技进步和自主创新。就目前而言，电网统一的高精度地面时间同步系统中的核心设备同步时钟一般采用GPS系统作为无线基准时间源，同时设备内部采用高稳晶振作为守时时钟，因成本原因，设备很少采用铷钟作为守时时钟。

GPS授时系统是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品，GPS授时产品它从GPS卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU），这样就可以达到整个系统的时间同步。随着计算机和网络通信技术的飞速发展，变电站自动化系统数字化、网络化的时代已经到来。这一方面为各控制和信息系统之间的数据交换、分析和应用提供了更好的平台、另一方面对各种实时和历史数据时间标签的准确性也提出了更高的要求。 使用价格并不昂贵的GPS时钟来统一各种系统的时钟，已是目前变电站设计中采用的标准做法。变电站保护装置和测控装置的主时钟通过合适的GPS时钟信号接口，得到标准的TOD(年月日时分秒)时间，然后按各自的时钟同步机制，将系统内的从时钟偏差限定在足够小的范围内，从而达到全厂的时钟同步。 全球定位系统(Global Positioning System，GPS)由一组美国国防部在1978年开始陆续发射的卫星所组成，共有24颗卫星运行在6个地心轨道平面内，根据时间和地点，地球上可见的卫星数量一直在4颗至11颗之间变化。 GPS时钟是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间的接受装置。为获得准确的GPS时间，GPS时钟必须先接受到至少4颗GPS卫星的信号，计算出自己所在的三维位置。在已经得出具体位置后，GPS时钟只要接受到1颗GPS卫星信号就能保证时钟的走时准确性。 作为变电站的标准时钟，对GPS时钟的基本要求是：至少能同时跟踪8颗卫星，有尽可能短的冷、热启动时间，配有后备电池，有高精度、可灵活配置的时钟输出信号。

目前，变电站用到的GPS时钟输出信号主要有以下三种类型：

1、1PPS/1PPM输出：此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲。显然，时钟脉冲输出不含具体时间信息。 

2、IRIG-B输出：IRIG(美国the Inter-Range Instrumentation Group)共有A、B、D、E、G、H几种编码标准(IRIG Standard 200-98)。其中在时钟同步应用中使用最多的是IRIG-B编码，有bc电平偏移(DC码)、1kHz正弦载波调幅(AC码)等格式。IRIG-B信号每秒输出一帧(1fps)，每帧长为一秒。一帧共有100个码元(100pps)，每个码元宽10ms，由不同正脉冲宽度的码元来代表二进制0、1和位置标志位。

3、RS-232/RS-422/RS-485输出：此时钟输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文，每秒输出一次。时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断信息等。此输出目前无标准格式。

众所周知，GPS系统由美国军方控制，其安全性得不到有效保障，一旦GPS系统被加扰或设备的GPS接收系统损坏，同步时钟只能采用高稳晶振进行守时，其授时精度不能得到长期保障。由此造成电网时钟不同步引起的各种故障。而更多的基准选择基本可归纳为无线或有线两类，而目前国内的情况是，无线有北斗卫星、俄罗斯GLONASS卫星、长波（LORAN-C），GLONASS卫星为俄罗斯所有且系统老化、未能在民用推广，长波也由于种种原因在民用也未能推广；有线方面频率同步已成熟，但远距离的高精度时间同步尚待技术突破及验证。