[发明专利]一种用于配电网相量测量的同步授时守时方法

摘要

本发明涉及一种用于配电网相量测量的同步授时守时方法，属于电力系统相量测量技术领域。本发明方法采用了卫星信号驯服本地晶振的结构，卫星信号长期无累计误差，而晶振短期稳定度高，将二者特性结GNSS的抖动并减小累计误差。Kalman滤波器利用输入和观测数据，对于下一秒的秒脉冲计数值做出准确预测，可有效消除GNSS的抖动，实现高稳定性，准确性同步对时。同时Kalman滤波器可以对于晶振频率做出最优估计。本发明方法利用BP神经网络对于晶振频率模型进行刻画，在丢失外部GNSS时，有效提高了同步时钟的守时能力。BP神经网络模型的输入数据来源于Kalman滤波器的滤波结果，保证了网络模型的准确度。

主权项

1.一种用于配电网相量测量的同步授时守时方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配电网的同步相量测量单元从全球卫星导航系统中获取秒脉冲信号，配电网的同步相量测量单元中的晶振对相邻两次秒脉冲信号进行计数，得到晶振计数值，对多次晶振计数值平均，取整得到晶振计数平均值并求得多次晶振计数值方差R；(2)配电网的同步相量测量单元中的晶振继续对相邻两次全球卫星导航系统的秒脉冲信号进行计数，得到晶振计数值N，将该计数值N减去晶振计数平均值得到计数观测值中间值，记为N′，设定一个N′的阈值，对N′进行判断，若N′值与0的差值大于设定阈值，则判定N′为坏数据，使N′值为0，若N′值与0的差值小于或等于设定阈值，则判定N′为正常数据；(3)对步骤(2)的正常数据N′进行累计，得到晶振计数观测值∑N′，根据晶振计数观测值∑N′，利用卡尔曼滤波方法，对晶振状态进行滤波迭代计算，迭代公式如下：x(k,k‑1)＝Ax(k‑1,k‑1)   (3‑1)p(k,k‑1)＝Ax(k,k‑1)AT+Q   (3‑2)Kg(k)＝p(k,k‑1)HT[Hx(k,k‑1)HT+R]‑1+Q   (3‑3)x(k,k)＝x(k,k‑1)+Kg(k)[z(k)‑Hx(k,k‑1)]   (3‑4)p(k,k)＝[I‑Kg(k)H]p(k,k‑1)   (3‑5)其中，k为滤波迭代计算时刻，x(k‑1,k‑1)为计算时刻k‑1迭代得到的晶振状态的最优估计值，x(k,k‑1)为对计算时刻k晶振状态的预测值，w(k)为晶振状态的过程噪声，v(k)为晶振状态的观测噪声，Q和R分别为晶振状态的过程噪声w(k)的协方差矩阵和观测噪声v(k)的协方差矩阵，式(3‑1)是对计算时刻k的晶振状态的状态预测，式(3‑2)是对晶振状态的协方差矩阵的预测，Kg(k)是卡尔曼增益，式(3‑4)，式(3‑5)是对晶振状态的最优估计，矩阵A表达式为：观测数据只有晶振计数观测值∑N′，H为观测矩阵，观测矩阵H为一个长度为4的行向量：H＝[1 0 0 0]经过上述迭代计算，得到晶振状态变量x的每一秒预测值该预测值分别为累计晶振计数序列预测值、晶振频率预测值、晶振频率漂移速率预测值和晶振频率漂移加速度预测值，存储得到的晶振状态变量预测值(4)根据步骤(3)得到的晶振状态变量预测值中的累计晶振计数序列预测值，计算相邻两次迭代得到累计晶振计数序列预测值之间的差值，将该差值与步骤(1)的晶振计数平均值求和，得到下一计算时刻k的秒脉冲晶振计数预测值，输出与该秒脉冲晶振计数预测值相对应的用于配电网相量测量的同步授时信号；(5)对步骤(1)的配电网同步相量测量单元从全球卫星导航系统中获取的秒脉冲信号状态进行判断，若秒脉冲信号状态正常，则将步骤(4)得到的同步授时信号用于配电网相量测量，并进行步骤(6)，若秒脉冲信号状态不正常，则进行步骤(7)；(6)建立一个晶振频率老化模型，将步骤(3)得到的计算时刻k的晶振状态变量预测值作为晶振频率老化模型的输入，将步骤(3)得到的计算时刻k‑n的晶振状态变量预测值作为晶振频率老化模型的输出，得到准确的晶振频率老化模型；(7)向步骤(6)的准确的晶振频率老化模型中输入步骤(3)的晶振状态变量x中的晶振频率预测值，得到未来计算时刻的晶振频率预测值，对该晶振计数预测值与步骤(1)得到的晶振计数平均值求和，得到用于配电网相量测量的同步守时信号。