一种用于配电网的时钟同步方法及系统与流程

本发明涉及同步测量，并且更具体地，涉及一种用于配电网的时钟同步方法及系统。

背景技术：

1、随着技术的发展，电能质量的监测需求越来越高，传统的配电网同步测量系统已无法满足当今的检测精度需求。当前使用最广泛的基于秒脉冲(pulse per second,pps)信号的同步相量测量装置，由于受时间分辨率的固有限制，在高精度采样的情况下，可能在每个采样点产生误差堆积，导致采样间隔间的精度不足。

2、pps信号的时间分辨率，决定了其不适于高精度同步采样。其次，若采用硬件高精度时间源作为基准时钟则会导致同步测量系统的建设与维护成本高昂。外部锁相环(phaselock loop,pll)、高精度原子时钟(chip-scale atomic clock,csac)与双炉控制振荡器(double oven controlled oscillator,doco)需要定期维护与校准测量设备，以确保其性能和准确性，给设计带来了复杂性，增加了维护成本，这对于运营和维护团队制造了更大的人工压力要求。

3、高精度设备的部署会导致能源消耗增加，增加配电系统的压力。再者，由于处理pps信号所需的极环路带宽限制，使用pll可能导致系统响应时间可能变得缓慢，从而影响同步精度的提升效果。此外，可变采样间隔与工作频率监测(variable sampling intervalcontrol with operating frequency monitoring,vsi-ofm)方法虽然能有效地解决相角误差中的“锯齿”模式等问题，并减少由stes引起的频率误差中的dc偏移和尖峰，但这种方法需要与模数转换器(analog-to-digital converter,adc)直接交互，使采样过程复杂化，限制了它的应用范围。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种用于配电网的时钟同步方法，包括：

2、确定配电网中本地数控振荡器时钟信号与全球卫星导航系统gnss时钟信号的相位误差；

3、基于比例积分算法，根据所述相位误差，输出调节信号，根据所述调节信号，调整配电网本地数控振荡器的输出频率；

4、基于调节频率控制字，根据所述输出频率，计算出所述本地数控振荡器的时钟信号频率；

5、基于所述时钟信号频率，对所述本地数控振荡器时钟信号进行调整，以使调整后的本地数控振荡器时钟信号与gnss时钟信号保持同步。

6、可选的，在本地数控振荡器时钟信号与gnss时钟信号保持同步时，针对配电网的待测量信号进行同步测量。

7、可选的，相位误差的计算公式如下：

8、e(t)＝φnco(t)-φgnss(t)

9、其中，e(t)为相位误差，φnco(t)为本地数控振荡器时钟信号的在t时刻的相位，φgnss(t)为gnss时钟信号在t时刻的相位。

10、可选的，调节信号的计算公式如下：

11、

12、其中，u(t)为在t时刻的调节信号，kp和ki分别为本地控制器的比例增益和积分增益，e(t)为相位误差，e(τ)为相位误差，τ为相位误差监测误差时刻。

13、可选的，输出频率与调节频率控制字的关系式为：

14、

15、其中，fout为本地数控振荡器的输出频率，fcw为调节频率控制字，fclk为本地数控振荡器的时钟信号频率，n为本地数控振荡器的相位累加器中的位数；

16、根据输出频率与调节频率控制字的关系式，计算出本地数控振荡器的时钟信号频率。

17、再一方面，本发明还提出了一种用于配电网的时钟同步系统，包括：

18、计算单元，用于确定配电网中本地数控振荡器时钟信号与全球卫星导航系统gnss时钟信号的相位误差，基于比例积分算法，根据所述相位误差，输出调节信号，根据所述调节信号，调整配电网本地数控振荡器的输出频率，基于调节频率控制字，根据所述输出频率，计算出所述本地数控振荡器的时钟信号频率；

19、时钟同步单元，用于基于所述时钟信号频率，对所述本地数控振荡器时钟信号进行调整，以使调整后的本地数控振荡器时钟信号与gnss时钟信号保持同步。

20、可选的，时钟同步单元还用于：在本地数控振荡器时钟信号与gnss时钟信号保持同步时，针对配电网的待测量信号进行同步测量。

21、可选的，相位误差的计算公式如下：

22、e(t)＝φnco(t)-φgnss(t)

23、其中，e(t)为相位误差，φnco(t)为本地数控振荡器时钟信号的在t时刻的相位，φgnss(t)为gnss时钟信号在t时刻的相位。

24、可选的，调节信号的计算公式如下：

25、

26、其中，u(t)为在t时刻的调节信号，kp和ki分别为本地控制器的比例增益和积分增益，e(t)为相位误差，e(τ)为相位误差，τ为相位误差监测误差时刻。

27、可选的，输出频率与调节频率控制字的关系式为：

28、

29、其中，fout为本地数控振荡器的输出频率，fcw为调节频率控制字，fclk为本地数控振荡器的时钟信号频率，n为本地数控振荡器的相位累加器中的位数；

30、根据输出频率与调节频率控制字的关系式，计算出本地数控振荡器的时钟信号频率。

31、再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

32、处理器，用于执行一个或多个程序；

33、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的方法。

34、再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的方法。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

36、本发明提供了一种用于配电网的时钟同步方法，包括：确定配电网中本地数控振荡器时钟信号与全球卫星导航系统gnss时钟信号的相位误差；基于比例积分算法，根据所述相位误差，输出调节信号，根据所述调节信号，调整配电网本地数控振荡器的输出频率；基于调节频率控制字，根据所述输出频率，计算出所述本地数控振荡器的时钟信号频率；基于所述时钟信号频率，对所述本地数控振荡器时钟信号进行调整，以使调整后的本地数控振荡器时钟信号与gnss时钟信号保持同步。本发明通过计算出的本地数控振荡器的时钟信号频率，进行时钟信号的调整，能够使本地数控振荡器时钟信号与gnss时钟信号保持同步，在时钟信号同步的前提下，使配电网信号采样的精度得到了提高。

技术特征：

1.一种用于配电网的时钟同步方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述相位误差的计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述调节信号的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的时钟同步方法，其特征在于，所述输出频率与调节频率控制字的关系式为：

6.一种用于配电网的时钟同步系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的时钟同步系统，其特征在于，所述时钟同步单元，还用于：

8.根据权利要求6所述的时钟同步系统，其特征在于，所述相位误差的计算公式如下：

9.根据权利要求6所述的时钟同步系统，其特征在于，所述调节信号的计算公式如下：

10.根据权利要求6所述的时钟同步系统，其特征在于，所述输出频率与调节频率控制字的关系式为：

11.一种计算机设备，其特征在于，包括：

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种用于配电网的时钟同步方法及系统，属于同步测量技术领域。本发明，包括：确定配电网中本地数控振荡器时钟信号与全球卫星导航系统GNSS时钟信号的相位误差；调整配电网本地数控振荡器的输出频率；基于调节频率控制字，根据所述输出频率，计算出所述本地数控振荡器的时钟信号频率；基于所述时钟信号频率，对所述本地数控振荡器时钟信号进行调整，以使调整后的本地数控振荡器时钟信号与GNSS时钟信号保持同步。本发明通过使本地数控振荡器时钟信号与GNSS时钟信号保持同步，进而提升了对配电网信号采样的精度。

技术研发人员：余佶成,梁思远,岳长喜,刘俊杰,周峰,殷小东,雷民,姚力,刘炜,王朝亮
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14