專利名稱：智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于智能化電網領域，涉及智能電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方 法，特別是具有高精度標準時鐘的基準時鐘主機對局域分機進行時鐘重復性修正來保證 同步性的智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法。
背景技術：
目前國內正在大力發(fā)展智能電網，智能電網的一個特點就是模擬信號數(shù)字化， 這就對數(shù)字化信號的同步性提出了一定的要求局域網內各局域分機的采樣時刻在10分 鐘內誤差小于4微秒?，F(xiàn)有技術中采用大型FPGA技術完成局域分機同步采集和輸出采樣脈沖信號， 采用FPGA的方法雖然能達到系統(tǒng)要求，但是成本太高，結構復雜，且容易受到干擾； 另外FPGA與CPU之間的信息共享不方便。綜上，為了達到全站乃至全網對電壓、電流的采樣時間的統(tǒng)一，在達到數(shù)字化 信號的同步性要求的指標的同時，又不得不顧及成本造價、結構簡單、信息共享及局域 分機間的干擾信號這些方面的問題，迫切地要求新的解決方案的提出。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決了局域分機的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)同步的難題，達到局域分機設備具有保 持采樣時刻在10分鐘內誤差小于4微秒的能力，且系統(tǒng)結構簡單，實現(xiàn)了低成本、易實 施的效果。本發(fā)明為實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術方案是智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步 采樣的方法，上述方法基于局域中由基準時鐘主機與局域分機建立主從關系以及信息交 換通道的基礎上實現(xiàn)的，所述的方法包括如下步驟①以局域網中基準時鐘主機的時鐘代碼為標準時序碼，基準時鐘主機按照管理 程序設定的時間間隔ΔT發(fā)送標準時序碼至局域分機；②在局域分機中設置接收標準時序碼、即時校準本地時鐘時序碼和隨機補償采 樣點時差的處理單元，處理單元依據(jù)標準時序碼對分機的時序校對，并記錄等時間間隔 內局域分機時鐘與基準時鐘主機時鐘的即時誤差值、存儲于專用存儲器內，計算出專用 存儲器中所存儲的即時誤差值的算術平均值、更新、存儲在中間存儲器中；③處理單元依據(jù)最新修訂的平均誤差值對局域分機在下一個等時間間隔之內發(fā) 出的采樣指令時刻的時序誤差進行隨機修正。本發(fā)明實現(xiàn)的有益效果是局域內所有分機的時鐘同步只依靠基準時鐘主機的 一顆CPU，不僅使成本大大降低，且結構完全依賴于硬件使得結構更加簡單、也不易受 到干擾；另外，利用本發(fā)明方法由外部高精度時鐘時序重復修正分機內部時鐘時序，使 修正更加自然和連續(xù)；還實現(xiàn)了當標準時序信號消失，局域分機具有保持采樣時刻在10 分鐘內誤差小于4微秒的能力，實際檢測結果達到10分鐘1.5微秒的守時能力；再者平均值計算對尾數(shù)的處理，在保證了準確度的同時使精度更加精準。
具體實施例方式智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，上述方法基于局域中由基準時 鐘主機與局域分機建立主從關系以及信息交換通道的基礎上實現(xiàn)的，所述的方法包括如 下步驟①以局域網中基準時鐘主機的時鐘代碼為標準時序碼，基準時鐘主機按照管理 程序設定的時間間隔ΔT發(fā)送標準時序碼至局域分機；②在局域分機中設置接收標準時序碼、即時校準本地時鐘時序碼和隨機補償采 樣點時差的處理單元，處理單元依據(jù)標準時序碼對分機的時序校對，并記錄等時間間隔 內局域分機時鐘與基準時鐘主機時鐘的即時誤差值、存儲于專用存儲器內，計算出專用 存儲器中所存儲的即時誤差值的算術平均值、更新、存儲在中間存儲器中；③處理單元依據(jù)最新修訂的平均誤差值對局域分機在下一個等時間間隔之內發(fā) 出的采樣指令時刻的時序誤差進行隨機修正。處理單元依據(jù)標準時序碼對局域分機的時序校對是借助CPU內部定時器實現(xiàn) 的，步驟如下A處理單元接收基準時鐘主機發(fā)送過來的標準時序碼、直接用來校準當?shù)貢r鐘 時序、消除與主機時鐘的在一個Δ T積累誤差At1，并把該誤差值作為一個Δ T時間內的 即時誤差記錄在專用存儲器中；B局域分機的處理單元對專用存儲器中的積累誤差At1轉換為計算秒時鐘的脈沖 個數(shù)、用Δ T做秒平均處理找出秒時鐘加法器中進位脈沖個數(shù)誤差值Δ P，用ΔΡ中的整 數(shù)部分直接修正秒時鐘加法器中的進位值，處理結果、ΔΡ和ΔΡ的尾數(shù)AP1儲存至中間 存儲器中；C在下一個校準時刻時循環(huán)執(zhí)行步驟Α-Β，對局域分機的時序重復修正、以逼 近基準時鐘主機的標準時序。所述的積累誤差At1是該時刻之前1-20次，包括本次，記錄的累計誤差的求平 均值。所述尾數(shù)AP1作為下一個標準時序校準信號到達之前的補償系數(shù)，在此間隔 時間中的采樣時序按照本地時鐘時序加上補償時序計算，秒進位脈沖補償?shù)臄?shù)值dt = ΔΡ,Χ /η, t為采樣點距離本次標準時序碼信號到達時刻的時間差，η為秒時鐘加法器 中進位脈沖個數(shù)。對平均值尾數(shù)的處理，在保證了同步采樣準確度的同時使精度更加精 準。所述的步驟還包括用中間存儲器中所存儲的數(shù)值與對應記錄的時刻為坐標， 確立平均誤差值隨時間變化的函數(shù)關系，作為局域分機時序自我校正下的經驗修正函 數(shù)。如果有基準時鐘主機發(fā)送的標準時序碼信號丟失的突發(fā)事件發(fā)生，局域分機時序可 以根據(jù)此經驗修正函數(shù)進行自我校正。本發(fā)明在具體實施時，以局域網中基準時鐘主機的時鐘代碼為標準時序碼，基 準時鐘主機按照管理程序設定的時間間隔△ T發(fā)送標準時序碼至局域分機；在局域分機 中設置接收標準時序碼、即時校準本地時鐘時序碼和隨機補償采樣點時差的處理單元，處理單元依據(jù)標準時序碼對分機的時序校對，并記錄等時間間隔內局域分機時鐘與基準 時鐘主機時鐘的即時誤差值、存儲于專用存儲器內，計算出專用存儲器中所存儲的即時 誤差值的算術平均值、更新、存儲在中間存儲器中；處理單元依據(jù)最新修訂的平均誤差 值對局域分機在下一個等時間間隔之內發(fā)出的采樣指令時刻的時序誤差進行隨機修正。 處理單元依據(jù)標準時序碼對局域分機的時序校對的詳細過程為首先，處理單元接收基 準時鐘主機發(fā)送過來的標準時序碼、直接用來校準當?shù)貢r鐘時序、消除與主機時鐘的在 一個ΔΤ積累誤差At1，并把該誤差值作為一個ΔΤ時間內的即時誤差記錄在專用存儲器 中；然后，局域分機的處理單元對專用存儲器中的積累誤差At1R換為計算秒時鐘的脈 沖個數(shù)、用Δ T做秒平均處理找出秒時鐘加法器中進位脈沖個數(shù)誤差值Δ P，用ΔΡ中的 整數(shù)部分直接修正秒時鐘加法器中的進位值，處理結果、ΔΡ和ΔΡ的尾數(shù)八巧儲存至中 間存儲器中；最后，在下一個校準時刻時循環(huán)執(zhí)行步驟Α-Β，對局域分機的時序重復修 正、以逼近基準時鐘主機的標準時序。其中，所述的積累誤差At1是該時刻之前5次， 包括本次，記錄的累計誤差的平均值。所述尾數(shù)Δ P1作為下一個標準時序校準信號到達 之前的補償系數(shù)，在此間隔時間中的采樣時序按照本地時鐘時序加上補償時序計算，秒 進位脈沖補償?shù)臄?shù)值dt= ΔΡ,Χ /η，t為采樣點距離本次標準時序碼信號到達時刻的時間 差，η為秒時鐘加法器中進位脈沖個數(shù)。對平均值尾數(shù)的處理，在保證了同步采樣準確 度的同時使精度更加精準。另外，用中間存儲器中所存儲的數(shù)值與對應記錄的時刻為坐 標，確立平均誤差值隨時間變化的函數(shù)關系，作為局域分機時序自我校正下的經驗修正 函數(shù)。如果有基準時鐘主機發(fā)送的標準時序碼信號丟失的突發(fā)事件發(fā)生，局域分機時序 可以根據(jù)此經驗修正函數(shù)進行自我校正。本發(fā)明方法，以基準時鐘主機重復修正局域網 內所有分機的內部時鐘，其結構簡單，修正自然、連續(xù)；實現(xiàn)了即使基準時鐘主機的標 準時序碼信號丟失，局域分機的采樣時刻也已達到10分鐘1.5微秒的守時能力。
權利要求
1.智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，上述方法基于局域中由基準時鐘 主機與局域分機建立主從關系以及信息交換通道的基礎上實現(xiàn)的，其特征在于所述的 方法包括如下步驟①以局域網中基準時鐘主機的時鐘代碼為標準時序碼，基準時鐘主機按照管理程序 設定的時間間隔ΔT發(fā)送標準時序碼至局域分機；②在局域分機中設置接收標準時序碼、即時校準本地時鐘時序碼和隨機補償采樣點 時差的處理單元，處理單元依據(jù)標準時序碼對分機的時序校對，并記錄等時間間隔內局 域分機時鐘與基準時鐘主機時鐘的即時誤差值、存儲于專用存儲器內，計算出專用存儲 器中所存儲的即時誤差值的算術平均值、更新、存儲在中間存儲器中；③處理單元依據(jù)最新修訂的平均誤差值對局域分機在下一個等時間間隔之內發(fā)出的 采樣指令時刻的時序誤差進行隨機修正。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，其特征在 于處理單元依據(jù)標準時序碼對局域分機的時序校對是借助CPU內部定時器實現(xiàn)的，步 驟如下A處理單元接收基準時鐘主機發(fā)送過來的標準時序碼、直接用來校準當?shù)貢r鐘時 序、消除與主機時鐘在一個Δ T的積累誤差At1，并把該誤差值作為一個Δ T時間內的即 時誤差記錄在專用存儲器中；B局域分機的處理單元對專用存儲器中的積累誤差At1轉換為計算秒時鐘的脈沖個 數(shù)、用Δ T做秒平均處理找出秒時鐘加法器中進位脈沖個數(shù)誤差值Δ P，用Δ P中的整數(shù) 部分直接修正秒時鐘加法器中的進位值，處理結果、ΔΡ和ΔΡ的尾數(shù)AP1儲存至中間存 儲器中；C在下一個校準時刻時循環(huán)執(zhí)行步驟Α-Β，對局域分機的時序重復修正、以逼近基 準時鐘主機的標準時序。
3.根據(jù)權利要求2所述的智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，其特征在 于所述的積累誤差At1是該時刻之前1-20次，包括本次，記錄的累計誤差的求平均值。
4.根據(jù)權利要求2所述的智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，其特征在 于所述尾數(shù)ΔP1作為下一個標準時序校準信號到達之前的補償系數(shù)，在此間隔時間中 的采樣時序按照本地時鐘時序加上補償時序計算，秒進位脈沖補償?shù)臄?shù)值dt= APiXt/ n, t為采樣點距離本次標準時序碼信號到達時刻的時間差，η為秒時鐘加法器中進位脈沖 個數(shù)。
5.根據(jù)權利要求2所述的智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，其特征在 于所述的步驟還包括用中間存儲器中所存儲的數(shù)值與對應記錄的時刻為坐標，確立 平均誤差值隨時間變化的函數(shù)關系，作為局域分機時序自我校正下的經驗修正函數(shù)。
全文摘要
智能化電網中同局域分機實現(xiàn)同步采樣的方法，以局域網中基準時鐘主機的時鐘代碼為標準時序碼，基準時鐘主機按照時間間隔ΔT發(fā)送標準時序碼至局域分機；在局域分機中設置接收標準時序碼、即時校準本地時鐘時序碼和隨機補償采樣點時差的處理單元，處理單元依據(jù)標準時序碼對分機的時序校對，并記錄等時間間隔內局域分機時鐘與基準時鐘主機時鐘的即時誤差值、存儲于專用存儲器內，計算即時誤差值的算術平均值、更新在中間存儲器中；處理單元依據(jù)最新的平均誤差值對局域分機在下一個等時間間隔之內發(fā)出的采樣指令時刻的時序誤差進行隨機修正。本發(fā)明實現(xiàn)時鐘同步只依靠基準時鐘主機的一顆CPU時鐘，不僅使成本大大降低，且結構更加簡單、也不易受到干擾。
文檔編號H04J3/06GK102013933SQ201010540609
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者劉海濤, 呂燕石, 周彥紅, 孔江濤, 屈國旺, 李玉峰, 王強, 王欣, 陳洪雨, 陳賀, 靳偉敬 申請人:石家莊科林自動化有限公司