CN108459239A - 分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法及***，测量监测终端设备同步后的GPS秒脉冲周期；根据测量的实际秒脉冲周期与设定的秒脉冲理想周期，计算晶体引起时间偏差；记录测量的实际秒脉冲的相位差，与设定相位差比较得到相位偏差；累加时间偏差与相位偏差，并依据累加值进行偏差补偿。本发明对时间偏差的补偿分多次均匀补偿，实现全精度补偿。

Description

分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法及***

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法及***。

背景技术

随着电力工业的迅速发展，电网规模日益扩大，输电线路故障位置的判断，使分布式故障诊断***得到广泛应用。分布式故障诊断***由分布式安装在输电线路导线上(或者输电线路下方)的监测终端以及后台数据中心站组成，可进行输电线路跳闸故障点定位及故障原因辨识的***。分布式故障诊断***核心思想是行波测距，通过测量行波电流流向两端设备的时间，计算故障距离，这测距技术需要监测终端保持高度同步性，时间同步的精度决定测距精度。随着***对测距精度的要求，这就要求监测终端时间保持高同步性。

由于设备位置不同，GPS秒脉冲时间，设备硬件等多方面原因，都会引起时间偏差，需要对偏差计算并补偿，才能提高时间精度，目前主流做法是设备同步后，判断每秒GPS秒脉冲与设备秒脉冲偏差，随后通过计数器在固定位置一次性补偿偏差，该方法计算每秒偏差，并补偿，容易造成时间补偿前后偏差跳跃变化，时间波动大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法及***，本发明能够保证测距精度，提高时间精度，减少时间偏差。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，包括以下步骤：

测量监测终端设备同步后的GPS秒脉冲周期；

根据测量的实际秒脉冲周期与设定的秒脉冲理想周期，计算晶体引起时间偏差；

记录测量的实际采样脉冲与秒脉冲的相位差，与设定相位差比较得到相位偏差；

累加时间偏差与相位偏差，并依据累加值进行偏差补偿。

进一步的，以采样时钟CLK为单位，在各个分布式行波监测终端同步后，通过计数器测得秒脉冲周期。

更进一步的，通过滤波算法根据当前n个秒脉冲周期值求得GPS秒脉冲周期。

进一步的，利用测得实际秒脉冲周期减去秒脉冲理想周期，得到晶体短期稳定偏差，偏差存在不足1个采样时钟CLK的小数部分。

进一步的，记录秒脉冲上升沿与第1个采样脉冲上升沿相位差，通过滤波算法根据多组数据计算相位差，与设定相位差比较得到相位偏差，偏差存在不足1个采样时钟CLK的小数部分。

进一步的，累加偏差为晶体短期稳定偏差和采样脉冲相位偏差耦合作用，偏差存在不足1个采样时钟CLK的小数部分。

进一步的，偏差补偿时，对偏差整数部分和小数部分分别处理，计算每次采样脉冲需要补偿的CLK数，通过均匀插值法将补偿量均匀分布在单位时间内。

优选的，单位时间为一整秒。

设置误差累加器的值，秒脉冲开始时清零，确定每一个采样周期，当误差累加器的值大于等于采样率数值时，对应的采样脉冲进行1个CLK的周期调整，不断累加。

一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿***，包括：

测量单元，被配置为测量GPS秒脉冲周期；

时间偏差计算单元，被配置为根据测量的实际秒脉冲周期与设定的秒脉冲理想周期，计算晶体引起时间偏差；

相位偏差计算单元，被配置为记录测量的实际秒脉冲的相位差，与设定相位差比较得到相位偏差；

补偿单元，被配置为累加时间偏差与相位偏差，并依据累加值进行偏差补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明对GPS秒脉冲周期和相位差进行滤波处理，使偏差数值更精确，这是决定采样同步精度最关键因素。

2、本发明对时间偏差的补偿分多次均匀补偿，小数部分也做了处理，实现全精度补偿。

3、本发明在保证精度的前提下，占用资源少，软硬件开销成本低，易于工程实现。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是监测终端时间偏差计算及补偿流程图；

图2补偿位置示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，包括如下步骤：

步骤一、测量GPS秒脉冲PPS的周期t₀。

步骤二、计算晶体引起时间偏差e₁。

步骤三、计算采样脉冲与秒脉冲相位偏差e₂。

步骤四、计算总的偏差值e＝e₁+e₂。

步骤五、对计算出的偏差进行补偿。

完成分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿。

其中，步骤一主要是测量GPS秒脉冲周期(以采样时钟CLK为单位)。采样时钟晶振选用较高精度器件，频率在短期内相对稳定，这是误差测量的前提条件。具体计算方法为：设备同步后，通过计数器测得秒脉冲周期。通过滤波算法根据当前n个秒脉冲周期值求得GPS秒脉冲周期t₀，其中t₀含有小数部分。

其中，步骤二是计算晶体引起时间偏差(CLK为单位)，主要是晶体短期稳定偏差。计算偏差的具体方法为：设备同步后，通过步骤一测得实际秒脉冲周期t₀，秒脉冲理想周期为t_s，晶体短期稳定偏差e₁＝t₀-t_S，e₁含有小数部分。

其中，步骤三偏差e₂主要由采样脉冲与秒脉冲的相位差决定。具体方法为：记录秒脉冲上升沿与第1个采样脉冲上升沿相位差，通过滤波算法根据多组数据计算相位差，与设定相位差比较得到偏差e₂，e₂含有小数部分。

其中，步骤四总偏差为晶体短期稳定偏差和采样脉冲相位偏差耦合作用的结果，即e＝e₁+e₂，e含有小数部分。

其中，步骤五结合步骤四的偏差进行补偿。具体方法为：依据软件算法对偏差中整数部分和小数部分分别处理，计算每次采样脉冲需要补偿的CLK数，通过均匀插值法将补偿量均匀分布在1整秒内。

结合图1对具体实施方式作说明，数据组长度此处用16，CLK＝50MHz，采样率SR＝1000000。为此设置2个计数器：一个是采样周期计数器scount，计数值从0计数到49，每循环一次产生一个采样脉冲；另一个是采样脉冲计数器pcount，计数值从0计数到999999，每个采样脉冲加1，秒脉冲使其清零。

一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，包括如下步骤：

步骤一、测量GPS秒脉冲周期CLK数t₀。

步骤二、计算晶体引起时间偏差e₁。

步骤三、计算采样脉冲与秒脉冲相位偏差e₂。

步骤四、根据各种时间偏差计算总的偏差值e。

步骤五、对计算出的偏差进行补偿。

完成分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿。

其中，步骤一主要是测量GPS秒脉冲周期CLK数，具体计算方法为：设备同步后，每个秒脉冲的上升沿获得一次上一个秒周期的测量值。本算法需要当前16个数值，依次计为t₁、t₂……t₁₆，t₁₆为最新数值，每产生一个新数据都要推入一个新数据，推出一个旧数据。运算模块根据公式对数据流进行均值计算，从第16秒开始每一个秒脉冲过后都要输出一次t₀。t₀的输出形式表示为26位整数部分和4位余数部分，余数部分不清零，要加到下一次t₀中继续使用。

其中，步骤二求出晶体稳定偏差e₁，计算偏差的具体方法为：设备同步后，通过步骤一获得实际秒脉冲周期t₀，则e＝t₀-t_s。t_s为秒周期的标准值49999999，它表示无晶体偏差时的秒周期计数值。这里e₁为有符号数。

其中，步骤三计算采样脉冲与秒脉冲相位偏差e₂，具体计算方法为：设备同步后，每个秒脉冲的上升沿采样第0号采样脉冲的相位值T₀，然后与理想相位数值T_S求出偏差e₂＝T₀-T_S。这里e₂为有符号数。

其中，步骤四总偏差为晶体稳定偏差和相位偏差耦合作用的结果，即e＝e₁+e₂。

其中，步骤五根据计算的总偏差进行补偿，具体方法为：依据软件算法对偏差中整数部分和小数部分分别处理，通过均匀插值法把e均匀分布在1整秒内。设置误差累加器E，秒脉冲开始时清零，每一个采样周期当E≥采样率数值SR时，对应的采样脉冲进行1个CLK的周期调整(通过调整scount实现)。同时通过公式E＝E-SR，重新累加，重复上述过程。如果e为正值，需要延长周期，对应的采样周期会增加一个CLK，反之会减少一个CLK。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：包括以下步骤：

测量监测终端设备同步后的GPS秒脉冲周期；

根据测量的实际秒脉冲周期与设定的秒脉冲理想周期，计算晶体引起时间偏差；

记录测量的实际采样脉冲与秒脉冲的相位差，与设定相位差比较得到相位偏差；

累加时间偏差与相位偏差，并依据累加值进行偏差补偿。

2.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：以采样时钟CLK为单位，在各个分布式行波监测终端同步后，通过计数器测得秒脉冲周期。

3.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：通过滤波算法根据当前n个秒脉冲周期值求得GPS秒脉冲周期。

4.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：利用测得实际秒脉冲周期减去秒脉冲理想周期，得到晶体短期稳定偏差，偏差存在不足1个采样时钟CLK的小数部分。

5.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：记录秒脉冲上升沿与第1个采样脉冲上升沿相位差，通过滤波算法根据多组数据计算相位差，与设定相位差比较得到相位偏差，偏差存在不足1个采样时钟CLK的小数部分。

6.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：累加偏差为晶体短期稳定偏差和采样脉冲相位偏差耦合作用，偏差存在不足1个采样时钟CLK的小数部分。

7.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：偏差补偿时，依据软件算法对偏差中整数部分和小数部分分别处理，计算每次采样脉冲需要补偿的CLK数，通过均匀插值法将补偿量均匀分布在单位时间内。

8.如权利要求7所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：单位时间为一整秒。

9.如权利要求1所述的一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿方法，其特征是：设置误差累加器的值，秒脉冲开始时清零，确定每一个采样周期，当误差累加器的值大于等于采样率数值时，对应的采样脉冲进行1个CLK的周期调整，不断累加。

10.一种分布式行波监测终端时间偏差计算及补偿***，其特征是：包括：

测量单元，被配置为测量GPS秒脉冲周期；

时间偏差计算单元，被配置为根据测量的实际秒脉冲周期与设定的秒脉冲理想周期，计算晶体引起时间偏差；

相位偏差计算单元，被配置为记录测量的实际秒脉冲的相位差，与设定相位差比较得到相位偏差；

补偿单元，被配置为累加时间偏差与相位偏差，并依据累加值进行偏差补偿。