CN109756288A - 一种配电网广域测量时间同步*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种配电网广域测量时间同步***,包括时间同步管理单元、WIA对时网关、WIA对时模块和IEEE‑1588从钟模块。所述时间同步管理单元接收卫星授时信号,通过光纤以太网与各个IEEE‑1588从钟模块同步;所述WIA对时网关安装在光纤覆盖区域,通过IEEE‑1588协议从时间同步管理单元获取同步时间信息,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源,进而实现无光纤覆盖区域的PMU时间同步。该***利用WIA无线网络实现单点分散的PMU对时,是对有线对时方式的柔性补充,将有线对时和无线对时相融合,可有效解决复杂配电网地域环境下大规模部署PMU的全网时间同步问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力***时间同步技术领域,尤其涉及一种面向配电网广域测量的时间同步***。
背景技术
随着分布式电源和电动汽车等规模化发展,使得配电网可观可控问题更加突出,基于同步相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的配电网广域测量技术,是提升配电网可量测性的重要手段,对于智能配电网的建设具有重要意义。
目前,PMU的时间同步一般是采用GPS和IEEE-1588协议相结合的方式实现,但是在配电网运行环境中,由于其网络结构复杂,地域环境差异大,测量点众多且分散,致使在某些特定区域内光纤敷设困难且GPS信号不稳定,无法使用现有技术手段实现时间同步,严重影响PMU在配电网中的大规模部署应用,阻碍了配电网可观测性的提升。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足,提供了一种基于工业无线网络WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)和IEEE-1588技术的有线和无线混合网络时间同步***,利用WIA无线网络实现单点分散的PMU对时,是对IEEE-1588对时方式的柔性补充,将有线对时和无线对时相融合,可有效解决复杂配电网地域环境下大规模部署PMU的全网时间同步问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种配电网广域测量时间同步***,包括时间同步管理单元、WIA对时网关、WIA对时模块和IEEE-1588从钟模块。
所述时间同步管理单元,用于接收北斗卫星或GPS卫星传递的授时信号,转换成IEEE-1588协议的同步时间信息,通过光纤以太网与网络内的各个IEEE-1588从钟模块同步;
所述WIA对时网关安装在光纤覆盖区域,通过IEEE-1588协议从时间同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源,通过WIA无线网络与各个WIA对时模块同步;
所述WIA对时模块与PMU相连,通过WIA无线网络与WIA对时网关同步,将获取的WIA无线网络的同步时间信息转换为时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU,实现无光纤覆盖区域的时间同步;其中,PPS(pulse per second)为秒脉冲。
所述IEEE-1588从钟模块与PMU相连,通过光纤以太网与时间同步管理单元同步,将获取的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU,实现有光纤覆盖区域的时间同步。
进一步地,所述时间同步管理单元,包括GPS/BDS授时模块,用于接收北斗卫星或GPS卫星的授时信号;铷原子钟守时模块,用于当接收不到北斗或GPS授时信号时,依靠铷原子钟进行守时,使时间同步管理单元输出的时间同步信号仍能保持很高的精度;IEEE-1588时钟模块,用于将接收到的北斗卫星或GPS卫星授时信号,由处理器模块控制,转换成符合IEEE-1588协议的时间信息输出;处理器模块,与其余各个模块连接,用于管理各个功能模块协调配合运行;热备份电源模块,用于在外接电源断开的情况仍能保证时间同步管理单元正常运行。其中,BDS(BeiDou Navigation Satellite System)为北斗卫星导航***。
更进一步地,时间同步管理单元中的IEEE-1588时钟模块工作在主钟模式。
进一步地,所述WIA对时网关,包括WIA无线通信模块,由处理器模块控制,管理WIA无线网络实现网络内WIA对时模块节点的高精度时间同步;铷原子钟守时模块,用于在失去IEEE-1588时钟时,依靠铷原子钟进行守时,保持无线网络的高精度时间同步信号;IEEE-1588时钟模块,用于从时钟同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息,然后由处理器模块控制,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源;处理器模块,与其余各个模块连接,用于管理各个功能模块协调配合运行;热备份电源模块,用于在外接电源断开的情况仍能保证WIA对时网关正常运行。
更进一步地,WIA对时网关中的IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式。
进一步地,所述WIA对时模块,包括WIA无线通信模块、微处理器模块和时间输出接口模块。
其中,WIA无线通信模块,用于与WIA对时网关通信,获取WIA无线网络的同步时间信息;时间输出接口模块,由微处理器模块控制,用于将获取到的WIA无线网络的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。其中,RMC(RecommendedMinimum Specific)为最简定位信息语句。
进一步地,所述IEEE-1588从钟模块,包括IEEE-1588时钟模块、微处理器模块和时间输出接口模块。
其中,IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式,用于通过光纤以太网与时间同步管理单元同步,获取IEEE-1588协议的同步时间信息;时间输出接口模块,由微处理器模块控制,用于将获取到的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果:
1、采用WIA无线网络结合光纤以太网的混合网络时间同步策略,有效解决光纤敷设困难且GPS/BDS信号不稳定区域的PMU对时问题。
2、该***成本低、易部署,便于推广,为PMU在配电网中大规模部署提供有利条件。
附图说明
图1是本发明实施例的***架构示意图;
图2是本发明实施例中时间同步管理单元组成框图;
图3是本发明实施例中WIA对时网关组成框图;
图4是本发明实施例中IEEE-1588从钟模块组成框图;
图5是本发明实施例中WIA对时模块组成框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1所示为***的总体架构框图,包括时间同步管理单元、WIA对时网关、多个WIA对时模块和多个IEEE-1588从钟模块。
对采用WIA无线网络结合光纤以太网IEEE-1588协议的混合网络时间同步***解释如下:
配电网网络结构复杂,地域环境差异大,测量点众多且分散,全部实现光纤覆盖非常困难,有许多单点分散的PMU节点分布在没有光线覆盖的区域。本发明实施例中,在有光纤覆盖的区域采用传统IEEE-1588时钟同步技术对时,时钟同步管理单元作为局域网内授时主时钟源,具备卫星授时和本地原子钟守时能力,从北斗卫星或GPS卫星获取授时信号,转换成IEEE-1588协议的同步时间信息,通过光纤以太网与局域网内的各个IEEE-1588从钟模块同步,IEEE-1588时间同步属于本领域技术人员的公知常识,本发明实施例在此不再赘述;
在无光纤覆盖的区域采用WIA无线网络对时,WIA网关安装在光纤以太网覆盖区域,内嵌有IEEE-1588从钟模块,通过光纤以太网按照IEEE-1588协议从时间同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源,然后通过WIA无线网络与网络内所有WIA对时模块节点同步,WIA技术是一种向工业自动化的高实时、高可靠无线通信技术,其协议标准中采用基于预测补偿的自适应时间同步技术,网络同步精度高于1us,WIA标准属于本领域人员公知常识,本发明实施例在此不再赘述。
其中,所述时间同步管理单元,如图2所示,包括GPS/BDS授时模块、铷原子钟守时模块、IEEE-1588时钟模块、处理器模块和热备份电源模块。GPS/BDS授时模块,支持同时接收北斗卫星和GPS卫星的授时信号,解算出可供IEEE-1588时钟模块使用的时间信息;铷原子钟守时模块,用于当接收不到北斗或GPS授时信号时,依靠铷原子钟进行守时,使时间同步管理单元输出的时间同步信号仍能保持很高的精度,铷原子钟守时模块的时钟准确度应优于5×10-9;IEEE-1588时钟模块工作在主钟模式,用于将接收到的卫星授时信号,转换成符合IEEE-1588协议标准的时间信息输出;处理器模块,与其余各个模块连接,用于管理各个功能模块协调配合运行;热备份电源模块,用于在外接电源断开的情况仍能保证设备正常运行,运行时间不少于5小时。
所述WIA对时网关,如图3所示,包括WIA无线通信模块、铷原子钟守时模块、IEEE-1588时钟模块、处理器模块和热备份电源模块。WIA无线通信模块,由处理器模块控制,管理WIA无线网络实现网络内WIA对时模块节点的高精度时间同步;铷原子钟守时模块,用于在失去IEEE-1588时钟时,依靠铷原子钟进行守时,保持无线网络的高精度时间同步信号,铷原子钟守时模块的时钟准确度应优于5×10-9;IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式,用于从时钟同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息,然后由处理器模块控制,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源;处理器模块,与其余各个模块连接,用于管理各个功能模块协调配合运行;热备份电源模块,用于在外接电源断开的情况仍能保证设备正常运行,运行时间不少于5小时。
所述IEEE-1588从钟模块,如图4所示,包括IEEE-1588时钟模块、微处理器模块和时间输出接口模块。IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式,用于通过光纤以太网与时间同步管理单元同步,获取IEEE-1588协议的同步时间信息;时间输出接口模块,包括RS232串口电路和TTL电平输出电路,由微处理器模块控制,用于将获取到的IEEE-1588协议的同步时间信息以RMC语句和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
IEEE-1588从钟模块与PMU相连,和时间同步管理单元配合实现有光纤覆盖的区域的PMU时间同步。
所述WIA对时模块,如图5所示,包括WIA无线通信模块、微处理器模块和时间输出接口模块。WIA无线通信模块,用于与WIA对时网关通信,获取WIA无线网络的同步时间信息;时间输出接口模块,包括RS232串口电路和TTL电平输出电路,由微处理器模块控制,用于将获取到的WIA无线网络的同步时间信息以RMC语句和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
WIA对时模块与PMU相连,和WIA对时网关配合实现无光纤覆盖的区域的PMU时间同步。
从以上的描述中,可以看出,本发明实现了如下技术效果:配电网运行环境复杂,测量点众多且分散,不是每个安装PMU的节点都能通过有线网络进行对时,如果采用GPS/BDS卫星对时,也会存在信号不稳定情况,本发明实施例为解决此问题,只需将WIA对时网关安装在有光纤覆盖区域,即可通过无线技术实现光纤敷设困难且GPS/BDS信号不稳定区域的PMU对时,大大提高了PMU在配电网中的实用性。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:包括时间同步管理单元、WIA对时网关、WIA对时模块和IEEE-1588从钟模块;
所述时间同步管理单元,用于接收北斗卫星或GPS卫星传递的授时信号,转换成IEEE-1588协议的同步时间信息,通过光纤以太网与网络内的各个IEEE-1588从钟模块同步;
所述WIA对时网关安装在光纤覆盖区域,通过IEEE-1588协议从时间同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源,通过WIA无线网络与各个WIA对时模块同步;
所述WIA对时模块与PMU相连,通过WIA无线网络与WIA对时网关同步,将获取的WIA无线网络的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU,实现无光纤覆盖区域的时间同步;
所述IEEE-1588从钟模块与PMU相连,通过光纤以太网与时间同步管理单元同步,将获取的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号提供给PMU,实现有光纤覆盖区域的时间同步。
2.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:所述时间同步管理单元,包括:
GPS/BDS授时模块,用于接收北斗卫星或GPS卫星的授时信号;
铷原子钟守时模块,用于当接收不到北斗卫星或GPS卫星的授时信号时,依靠铷原子钟进行守时;
IEEE-1588时钟模块,用于将接收到的北斗卫星或GPS卫星的授时信号,由处理器模块控制,转换成符合IEEE-1588协议的时间信息输出;
处理器模块,与其余各个模块连接,用于管理各个功能模块协调配合运行;
热备份电源模块,用于在外接电源断开的情况仍能保证时间同步管理单元正常运行。
3.按照权利要求2所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:时间同步管理单元中的IEEE-1588时钟模块工作在主钟模式。
4.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:所述WIA对时网关,包括:
WIA无线通信模块,由处理器模块控制,管理WIA无线网络实现网络内WIA对时模块节点的时间同步;
铷原子钟守时模块,用于在失去IEEE-1588时钟时,依靠铷原子钟进行守时;
IEEE-1588时钟模块,用于从时钟同步管理单元获取IEEE-1588协议的同步时间信息,然后由处理器模块控制,转换成WIA无线网络的基准同步时钟源;
处理器模块,与其余各个模块连接,用于管理各个功能模块协调配合运行;
热备份电源模块,用于在外接电源断开的情况仍能保证WIA对时网关正常运行。
5.按照权利要求5所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:WIA对时网关中的IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式。
6.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:所述WIA对时模块,包括WIA无线通信模块、微处理器模块和时间输出接口模块;
其中,WIA无线通信模块,用于与WIA对时网关通信,获取WIA无线网络的同步时间信息;时间输出接口模块,由微处理器模块控制,用于将获取到的WIA无线网络的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
7.按照权利要求1所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:所述IEEE-1588从钟模块,包括IEEE-1588时钟模块、微处理器模块和时间输出接口模块;
其中,IEEE-1588时钟模块工作在从钟模式,用于通过光纤以太网与时间同步管理单元同步,获取IEEE-1588协议的同步时间信息;时间输出接口模块,由微处理器模块控制,用于将获取到的IEEE-1588协议的同步时间信息转换为RMC语句的时间信息和1PPS脉冲信号的形式传递给PMU。
8.按照权利要求6、7所述的一种配电网广域测量时间同步***,其特征在于:所述时间输出接口模块,包括RS232串口电路和TTL电平输出电路。
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