电力授时方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力授时领域，更具体地，涉及电力授时方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国国民经济的发展，电能的需求量不断增加，尤其近年来，智能电网的建立 及快速发展，对电网、电能质量以及供电可靠性的要求越来越高。智能电网的运行及数字化 电网的实现，需要全网时间同步的紧密支持。随着智能电网建设的逐步推进，对系统时间的 可靠性及精度将会提出更高的要求。国家电网公司发布的《智能电网技术标准体系》和《智 能电网关键设备（系统)研制规划》要求2015年前建成包括电力市场交易运营系统、节能发 电调度系统、电力应急处理、继电保护运行管理系统等在内的智能电网调度系统，届时需要 在北京市电网系统内实现微秒量级或者更加精确的时间同步，实现故障行波测距、广域相 角一致、差动保护等关键技术。因此研制并建立高可靠性、高准确性、多冗余的智能电网时 间传递系统是非常必要的。
[0003] 电力系统主要的授时方式有脉冲对时、串口报文对时、网络授时和卫星系统授时 等。传统的脉冲对时和串口报文对时方式精度仅为1秒，不能满足智能电网建设和运行的要 求。网络授时受网络波动的影响，消息传输延迟相差可能性很大，也就是引入了很大的非对 称性误差，严重影响同步精度，授时精度不高，不适合在智能电网大规模使用。利用卫星对 电力系统授时，有着精度高、受环境干扰小、实时性好等优点。电力系统目前普遍采用GPS卫 星系统授时，不同装置设备单独配置独立的GPS接收机的授时模式，接收机采取单向授时模 式，接收GPS卫星广播电文信号，自主获得本地时间（时钟）与GPS系统时间的钟差，以GPS时 间为主基准实现时间同步，时间同步精度取决于GPS时钟信号的精度，一般单向授时的精度 为 100ns。
[0004] 但是在实际卫星传播信道中，常有许多建筑群、障碍物等造成传输路径的时延不 同，各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化， 由此引起合成波场的随机变化，多径效应非常明显。特别是对于分散建设在市区、郊区中的 电力变电站、调度中心等，多径效应是影响时间传递误差的重要因素。由于多径效应等因素 的影响，卫星系统授时的精度在特定区域、特定角度或者特定时间内可能会大大远于 100ns，导致整体误差达不到智能电网的运行要求。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了一种能够实现精确可靠的电力授时的方法。
[0006] 根据本发明的一方面，提出了一种电力授时方法，该方法包括：当接收的第一GNSS 卫星导航信号（例如位于电力部门本地的GNSS接收机接收的卫星导航信号）的信噪比大于 第一阈值时，基于从第一GNSS卫星导航信号得到的秒脉冲信号修正本地原子钟的频率；当 接收的第一 GNSS卫星导航信号的信噪比不大于第一阈值时，基于从远程标准原子钟得到的 秒脉冲信号修正本地原子钟的频率。
[0007] 根据本发明的另一方面，提出了一种电力授时方法，该方法包括：当接收的第一 GNSS卫星导航信号的信噪比大于第一阈值时，基于从第一 GNSS卫星导航信号得到的秒脉冲 信号修正本地原子钟的频率;当接收的第一GNSS卫星导航信号的信噪比不大于第一阈值并 且不小于第二阈值时，基于从远程标准原子钟得到的秒脉冲信号修正本地原子钟的频率， 第二阈值小于第一阈值；当接收的第一GNSS卫星导航信号的信噪比小于第二阈值时，基于 下列预估模型修正本地原子钟的频率，所述第二阈值小于所述第一阈值：
[0008] y = D*(t-to)+yo,
[0009] 其中，D和yo是基于历史数据确定的常数参数，to表示历史数据的起始时刻，t表示 预估时刻，y表示在预估时刻t本地原子钟相对于标准时间的预估频率偏差。
[0010] 本发明的各个方面通过采用多系统的本地原子钟时间频率修正手段，实现了精确 可靠的电力授时。
【附图说明】
[0011] 通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其 它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号 通常代表相同部件。
[0012] 图1示出了根据本发明的一个具体示例的用于修正本地原子钟的频率的示意图。
[0013] 图2示出了根据本发明的一个具体示例的基于远程标准原子钟修正本地原子钟的 频率的系统的不意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明 的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方 式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的 范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0015] 实施例1
[0016] 本发明公开了一种电力授时方法。该方法可以包括：
[0017]步骤101，当接收的第一GNSS卫星导航信号(例如位于电力部门本地的GNSS接收机 接收的卫星导航信号）的信噪比大于第一阈值时，基于从第一GNSS卫星导航信号得到的秒 脉冲信号修正本地原子钟的频率；
[0018] 步骤102,当接收的第一GNSS卫星导航信号的信噪比不大于第一阈值时，基于从远 程标准原子钟得到的秒脉冲信号修正本地原子钟的频率。
[0019] 本实施例中，当卫星导航信道的传输质量较好时，可直接基于卫星导航信号对本 地原子钟授时，而当受诸如多径干扰等因素影响导致信道传输质量不理想时，可基于远程 标准原子钟的标准时间对本地原子钟授时，从而即便在卫星导航系统本身的授时精度较差 时仍可以实现对本地原子钟的精确授时。
[0020] 上述本地原子钟可以是铷钟，上述远程标准原子钟可以是铯钟。铯钟具有很高的 频率准确度和稳定度，例如国家计量部门通常可采用铯钟得到国家时间基准UTC(NM)，也 可称其为标准时间。铯钟的价格昂贵，所以诸如电力公司等可采用铷钟作为本地原子钟，其 价格便宜但频率准确度和稳定度逊于铯钟。
[0021] GNSS卫星导航系统可包括国外的GPS系统、GLONASS系统、Galileo系统和我过的北 斗卫星导航系统。国外的卫星导航系统的可用性和授时精度受制于该国的政策，广泛使用 会对我国电力安全、国家安全带来巨大隐患。北斗卫星导航系统是我国自行开发研制的卫 星导航系统，于1994年启动，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可 靠定位、导航、授时服务，并具备短报文通信能力，现已初步具备区域导航、定位和授时能 力，授时精度为l〇ns。
[0022]但是，仅采用单一的北斗卫星导航系统的卫星授时可能也存在着较大的风险。一 是北斗系统建成时间不长，其时间稳定性还有待考评。二是卫星导航系统最主要的应用是 在国防领域，在非常时期，根据国家安全需要，任何一个卫星导航系统都存在突然加密、降 级直至关闭的可能和风险。因此，根据本发明，用于接收第一GNSS卫星导航信号的接收机可 以包括北斗卫星导航信号接收模块，还可以包括下面中的至少一者:GPS卫星导航信号接收 模块、GLONASS卫星导航信号接收模块或Galileo卫星导航信号接收模块，这有利于进一步 提高电力授时的可靠性。
[0023]为确保本地原子钟的准确度，可按照一定频率(例如每16min-次)本地原子钟进 行授时。
[0024]在一个示例中，在步骤101中的，可以得到从第一GNSS卫星导航信号得到的秒脉冲 信号tsat和从本地原子钟得到的秒脉冲信号tlcic；al之间的差值，并可以基于 在不同时刻得到的一系列差值At来修正本地原子钟的频率，i = l，2，...N。获取相邻A 的时间间隔可以是预定的。
[0025] 例如，可基于下式计算本地原子钟的频率调整量A f:
[0027] 其中cv可以表示本地原子钟的钟速率，钟速率通常指某一原子钟的输出频率相对 于标称频率的平均频率偏差，可表示为
At可以表示在AT的时间长度内得到 的所有A^的算术平均值。
[0028] 在计算频率调整量A f前，可先对该一系列A ti进行时间扩展处理以及卡尔曼滤 波处理。通过时间扩展处理可提高对数据差异的分辨率，通过卡尔曼滤波处理可对数据进 行平滑滤波，减小噪声和干扰的影响。
[0029] 发明人经过长期观察发现诸如铷钟的本地原子钟的频率稳定度在某一时间段内 较高，在该时间段后其频率稳定度可能出现不同程度的恶化。可基于本地原子钟的频率稳 定度来确定A T的取值，以得到更为准确的频率调整量A f。进一步地，GNSS卫星导航信号的 频率稳定度在经过一定时间后才能满足预期，考虑本地原子钟的频率稳定度并结合GNSS卫 星导航信号的频率稳定度，当本地原子钟的频率稳定度大于5E_12(即5xl(T 12)时，可设置A T = 3600s;当本地原子钟的频率稳定度不大于5E-12时，可设置AT = 5000s，经验证应用该 A T值能够得到精确的频率调整量A f。频率稳定度是决定原子钟性能的主要指标，指原子 钟频率信号的平均频率随机起伏的程度。
[0030] 图1示出了根据本发明的一个具体示例的基于GNSS卫星导航信号修正本地原子钟 的频率的不意图。
[0031] GNSS卫星导航接收机201可接收第一 GNSS卫星导航信号。时间间隔测量模块203可 分别从GNSS卫星导航接收机201和本地原子钟202(例如铷钟）获取1PPS，然后可得到其差值 A ti。在不同时刻得到的一系列A ti可被送入时间间隔扩展模块204以被扩展，i = 1，2， ...N，然后再送入卡尔曼滤波器205以被平滑滤波，最后在频率调整量计算单元207中计算 本地原子钟的频率调整量△ f。此外，可选地，每隔较长的时间间隔，例如半年或者一年，可 由频率稳定度测量模块206测量经卡尔曼滤波后的A ^的稳定度，并基于其衡量本地原子 钟的频率稳定度，并据此调整A T的取值。
[0032]在一个示例中，在步骤102中，可得到从第一GNSS卫星导航信号（例如位于电力部 门本地的GNSS接收机接收的卫星导航信号)得到的秒脉冲信号和从本地原子钟得到的秒脉 冲信号之间的差值A tb，还可得到从第二GNSS卫星导航信号中（例如位于远程计量单位的 G