電力授時方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力授時領域，更具體地，涉及電力授時方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國國民經濟的發展，電能的需求量不斷增加，尤其近年來，智能電網的建立 及快速發展，對電網、電能質量以及供電可靠性的要求越來越高。智能電網的運行及數字化 電網的實現，需要全網時間同步的緊密支持。隨著智能電網建設的逐步推進，對系統時間的 可靠性及精度將會提出更高的要求。國家電網公司發布的《智能電網技術標準體系》和《智 能電網關鍵設備（系統)研制規劃》要求2015年前建成包括電力市場交易運營系統、節能發 電調度系統、電力應急處理、繼電保護運行管理系統等在內的智能電網調度系統，屆時需要 在北京市電網系統內實現微秒量級或者更加精確的時間同步，實現故障行波測距、廣域相 角一致、差動保護等關鍵技術。因此研制并建立高可靠性、高準確性、多冗余的智能電網時 間傳遞系統是非常必要的。
[0003] 電力系統主要的授時方式有脈沖對時、串口報文對時、網絡授時和衛星系統授時 等。傳統的脈沖對時和串口報文對時方式精度僅為1秒，不能滿足智能電網建設和運行的要 求。網絡授時受網絡波動的影響，消息傳輸延遲相差可能性很大，也就是引入了很大的非對 稱性誤差，嚴重影響同步精度，授時精度不高，不適合在智能電網大規模使用。利用衛星對 電力系統授時，有著精度高、受環境干擾小、實時性好等優點。電力系統目前普遍采用GPS衛 星系統授時，不同裝置設備單獨配置獨立的GPS接收機的授時模式，接收機采取單向授時模 式，接收GPS衛星廣播電文信號，自主獲得本地時間（時鐘）與GPS系統時間的鐘差，以GPS時 間為主基準實現時間同步，時間同步精度取決于GPS時鐘信號的精度，一般單向授時的精度 為 100ns。
[0004] 但是在實際衛星傳播信道中，常有許多建筑群、障礙物等造成傳輸路徑的時延不 同，各條傳播路徑會隨時間變化，參與干涉的各分量場之間的相互關系也就隨時間而變化， 由此引起合成波場的隨機變化，多徑效應非常明顯。特別是對于分散建設在市區、郊區中的 電力變電站、調度中心等，多徑效應是影響時間傳遞誤差的重要因素。由于多徑效應等因素 的影響，衛星系統授時的精度在特定區域、特定角度或者特定時間內可能會大大遠于 100ns，導致整體誤差達不到智能電網的運行要求。

【發明內容】

[0005] 本發明提出了一種能夠實現精確可靠的電力授時的方法。
[0006] 根據本發明的一方面，提出了一種電力授時方法，該方法包括：當接收的第一GNSS 衛星導航信號（例如位于電力部門本地的GNSS接收機接收的衛星導航信號）的信噪比大于 第一閾值時，基于從第一GNSS衛星導航信號得到的秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率；當 接收的第一 GNSS衛星導航信號的信噪比不大于第一閾值時，基于從遠程標準原子鐘得到的 秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率。
[0007] 根據本發明的另一方面，提出了一種電力授時方法，該方法包括：當接收的第一 GNSS衛星導航信號的信噪比大于第一閾值時，基于從第一 GNSS衛星導航信號得到的秒脈沖 信號修正本地原子鐘的頻率;當接收的第一GNSS衛星導航信號的信噪比不大于第一閾值并 且不小于第二閾值時，基于從遠程標準原子鐘得到的秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率， 第二閾值小于第一閾值；當接收的第一GNSS衛星導航信號的信噪比小于第二閾值時，基于 下列預估模型修正本地原子鐘的頻率，所述第二閾值小于所述第一閾值：
[0008] y = D*(t-to)+yo,
[0009] 其中，D和yo是基于歷史數據確定的常數參數，to表示歷史數據的起始時刻，t表示 預估時刻，y表示在預估時刻t本地原子鐘相對于標準時間的預估頻率偏差。
[0010] 本發明的各個方面通過采用多系統的本地原子鐘時間頻率修正手段，實現了精確 可靠的電力授時。
【附圖說明】
[0011] 通過結合附圖對本發明示例性實施方式進行更詳細的描述，本發明的上述以及其 它目的、特征和優勢將變得更加明顯，其中，在本發明示例性實施方式中，相同的參考標號 通常代表相同部件。
[0012] 圖1示出了根據本發明的一個具體示例的用于修正本地原子鐘的頻率的示意圖。
[0013] 圖2示出了根據本發明的一個具體示例的基于遠程標準原子鐘修正本地原子鐘的 頻率的系統的不意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面將參照附圖更詳細地描述本發明的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本發明 的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這里闡述的實施方 式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本發明更加透徹和完整，并且能夠將本發明的 范圍完整地傳達給本領域的技術人員。
[0015] 實施例1
[0016] 本發明公開了一種電力授時方法。該方法可以包括：
[0017]步驟101，當接收的第一GNSS衛星導航信號(例如位于電力部門本地的GNSS接收機 接收的衛星導航信號）的信噪比大于第一閾值時，基于從第一GNSS衛星導航信號得到的秒 脈沖信號修正本地原子鐘的頻率；
[0018] 步驟102,當接收的第一GNSS衛星導航信號的信噪比不大于第一閾值時，基于從遠 程標準原子鐘得到的秒脈沖信號修正本地原子鐘的頻率。
[0019] 本實施例中，當衛星導航信道的傳輸質量較好時，可直接基于衛星導航信號對本 地原子鐘授時，而當受諸如多徑干擾等因素影響導致信道傳輸質量不理想時，可基于遠程 標準原子鐘的標準時間對本地原子鐘授時，從而即便在衛星導航系統本身的授時精度較差 時仍可以實現對本地原子鐘的精確授時。
[0020] 上述本地原子鐘可以是銣鐘，上述遠程標準原子鐘可以是銫鐘。銫鐘具有很高的 頻率準確度和穩定度，例如國家計量部門通常可采用銫鐘得到國家時間基準UTC(NM)，也 可稱其為標準時間。銫鐘的價格昂貴，所以諸如電力公司等可采用銣鐘作為本地原子鐘，其 價格便宜但頻率準確度和穩定度遜于銫鐘。
[0021] GNSS衛星導航系統可包括國外的GPS系統、GLONASS系統、Galileo系統和我過的北 斗衛星導航系統。國外的衛星導航系統的可用性和授時精度受制于該國的政策，廣泛使用 會對我國電力安全、國家安全帶來巨大隱患。北斗衛星導航系統是我國自行開發研制的衛 星導航系統，于1994年啟動，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可 靠定位、導航、授時服務，并具備短報文通信能力，現已初步具備區域導航、定位和授時能 力，授時精度為l〇ns。
[0022]但是，僅采用單一的北斗衛星導航系統的衛星授時可能也存在著較大的風險。一 是北斗系統建成時間不長，其時間穩定性還有待考評。二是衛星導航系統最主要的應用是 在國防領域，在非常時期，根據國家安全需要，任何一個衛星導航系統都存在突然加密、降 級直至關閉的可能和風險。因此，根據本發明，用于接收第一GNSS衛星導航信號的接收機可 以包括北斗衛星導航信號接收模塊，還可以包括下面中的至少一者:GPS衛星導航信號接收 模塊、GLONASS衛星導航信號接收模塊或Galileo衛星導航信號接收模塊，這有利于進一步 提高電力授時的可靠性。
[0023]為確保本地原子鐘的準確度，可按照一定頻率(例如每16min-次)本地原子鐘進 行授時。
[0024]在一個示例中，在步驟101中的，可以得到從第一GNSS衛星導航信號得到的秒脈沖 信號tsat和從本地原子鐘得到的秒脈沖信號tlcic；al之間的差值，并可以基于 在不同時刻得到的一系列差值At來修正本地原子鐘的頻率，i = l，2，...N。獲取相鄰A 的時間間隔可以是預定的。
[0025] 例如，可基于下式計算本地原子鐘的頻率調整量A f:
[0027] 其中cv可以表示本地原子鐘的鐘速率，鐘速率通常指某一原子鐘的輸出頻率相對 于標稱頻率的平均頻率偏差，可表示為
At可以表示在AT的時間長度內得到 的所有A^的算術平均值。
[0028] 在計算頻率調整量A f前，可先對該一系列A ti進行時間擴展處理以及卡爾曼濾 波處理。通過時間擴展處理可提高對數據差異的分辨率，通過卡爾曼濾波處理可對數據進 行平滑濾波，減小噪聲和干擾的影響。
[0029] 發明人經過長期觀察發現諸如銣鐘的本地原子鐘的頻率穩定度在某一時間段內 較高，在該時間段后其頻率穩定度可能出現不同程度的惡化。可基于本地原子鐘的頻率穩 定度來確定A T的取值，以得到更為準確的頻率調整量A f。進一步地，GNSS衛星導航信號的 頻率穩定度在經過一定時間后才能滿足預期，考慮本地原子鐘的頻率穩定度并結合GNSS衛 星導航信號的頻率穩定度，當本地原子鐘的頻率穩定度大于5E_12(即5xl(T 12)時，可設置A T = 3600s;當本地原子鐘的頻率穩定度不大于5E-12時，可設置AT = 5000s，經驗證應用該 A T值能夠得到精確的頻率調整量A f。頻率穩定度是決定原子鐘性能的主要指標，指原子 鐘頻率信號的平均頻率隨機起伏的程度。
[0030] 圖1示出了根據本發明的一個具體示例的基于GNSS衛星導航信號修正本地原子鐘 的頻率的不意圖。
[0031] GNSS衛星導航接收機201可接收第一 GNSS衛星導航信號。時間間隔測量模塊203可 分別從GNSS衛星導航接收機201和本地原子鐘202(例如銣鐘）獲取1PPS，然后可得到其差值 A ti。在不同時刻得到的一系列A ti可被送入時間間隔擴展模塊204以被擴展，i = 1，2， ...N，然后再送入卡爾曼濾波器205以被平滑濾波，最后在頻率調整量計算單元207中計算 本地原子鐘的頻率調整量△ f。此外，可選地，每隔較長的時間間隔，例如半年或者一年，可 由頻率穩定度測量模塊206測量經卡爾曼濾波后的A ^的穩定度，并基于其衡量本地原子 鐘的頻率穩定度，并據此調整A T的取值。
[0032]在一個示例中，在步驟102中，可得到從第一GNSS衛星導航信號（例如位于電力部 門本地的GNSS接收機接收的衛星導航信號)得到的秒脈沖信號和從本地原子鐘得到的秒脈 沖信號之間的差值A tb，還可得到從第二GNSS衛星導航信號中（例如位于遠程計量單位的 G