一种智能变电站频域时延优化的时间同步方法与流程

本发明属于智能变电站时间同步技术领域，尤其涉及一种智能变电站频域时延优化的时间同步方法。

背景技术：

智能变电站作为智能电网重要组成部分和关键环节，是构建智能电网的重要基础和支撑。随着电力系统的快速发展，智能变电站各智能设备对时间同步的要求日益迫切。智能变电站多采用IEC61588时间同步协议(以下简称IEC61588协议)实现站内同步时钟控制。时钟同步系统是实现智能变电站的测量和控制，保护的重要基础和支撑，其精度将直接影响智能变电站的控制精度和性能。

在现有的时间同步策略中，未能充分考虑智能变电站环境下路径时延波动引起的时间同步精度降低的问题。因此在实际变电站同步过程中可能出现主从时钟时延波动而引起的同步误差问题。针对时延波动导致同步精度下降问题，本发明通过频域动态时延波动低通滤波修正模型，对时延波动值进行低通滤波修正，得到主从时钟时延最佳估计，实现同步误差优化的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能变电站频域时延优化的时间同步方法，该方法包括以下步骤：

S1.获取智能变电站中主从时钟时延值构造主从时钟时延时间序列。

设当前为No.k同步周期，以含当前No.k同步周期在内的前n个同步周期为时延统计周期T，其中n的取值为3~5。每个同步周期按照等时间间隔在主从时钟间进行m次时延统计操作，其中m的取值为6~12。每次时延统计操作是首先主时钟向从时钟发送 “同步时延Req”消息，从时钟接收到消息后向主时钟返回 “同步时延ACK”消息，由此主时钟获取来自从时钟的主从时钟时延值；若i为时延统计时刻序号，则记录No.i统计时刻主从时钟时延值为d(i)，将所记录的主从时钟时延值构成主从时钟时延时间序列{d(i)}(i=1,…,m*n)。

S2.构造动态时延低通滤波修正模型。

在原始数据中的一个时延统计周期T内，选择不含当前No.k同步周期在内的前n-1个同步周期内时延值构造动态时延滤波修正模型时域序列{fd(j)}(j=1,…,m*(n-1))；对该时域序列进行傅里叶变换获取动态时延滤波修正模型频域序列包络波形FD(f)，其中f为频率变量；取频域序列包络波形FD(f)第一过零点中间的频率部分为时延修正模型的通频带范围，构造通频带幅值为1的低通滤波器作为当前No.k同步周期的时延低通滤波修正模型。

S3.采用时延估计优化低通滤波实现异常值的数据平滑。

在原始数据中的一个时延统计周期T内，选择当前No.k同步周期内时延值构造新的序列nd(p)(p=1,…,m)，计算序列nd(p)的均值ave=E[nd(p)]，设定阈值α；设置信区间为[ave-α, ave+α]，将在置信区间外的值nd(p)选择为序列异常值；将该序列通过动态时延低通滤波修正模型，进行低通滤波，获得滤波序列{yd(p)}(p=1,…,m)；滤波后，设异常值序列号为i，则用yd(p=i)的值替换nd(p=i)的值，非异常的值保持不变，实现异常值的数据平滑，获得数据平滑后的时延序列{ad(q)}(q=1,…,m)。

S4.数据平滑序列的主从时钟时延最佳估计。

在当前No.k同步周期中，对数据平滑的时延序列{ad(q)}(q=1,…,m)，按照以下公式求序列的最佳时延估计值：，其中q为时延统计时刻序号，即当前No.k同步周期，主从时钟时延的最佳估计值为optAd(k)。

S5.以时延最佳估计值修正从时钟实现时间同步优化。

在当前No.k同步周期，采用主从时钟时延的最佳估计值optAd(k)，按照IEC61588协议从时钟同步修正公式：，计算主从时钟之间的时间偏差，其中，为主时钟向从时钟发送消息的时刻，为从时钟接收到主时钟发来的消息的时刻；然后按照调整从时钟的时间值，则实现No.k同步周期的从时钟与主时钟的同步。

所述的智能变电站频域时延优化的时间同步方法针对的是采用IEC61588时间同步协议进行时间同步的智能变电站。

与一般技术相比，本发明智能变电站频域时延优化的时间同步方法，针对现行时间同步策略未能充分考虑智能变电站环境下路径时延波动引起的时间同步精度降低问题，充分考虑电力信号的动态特性，在IEC61588时间同步协议框架的基础上，按照频域动态滤波修正模型进行同步优化，达到同步误差优化效果。克服了传统方法未考虑时延波动而引起的时间同步精度下降问题，提高了同步精度。

附图说明

图1为本发明方法整体流程图。

图2为主从时钟时延值同步过程示意图。

图3为主从时钟时延时间序列示意图。

图4为动态时延低通滤波修正模型示意图。

图5为数据平滑过程示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的方法流程图，以下结合具体实施例对本发明的方法进行进一步说明：

本发明提供的这种智能变电站频域时延优化的时间同步方法，针对的是采用IEC61588时间同步协议进行主从时间同步的智能变电站，包括如下步骤：

S1.获取智能变电站中主从时钟时延值构造主从时钟时延时间序列。

设当前为No.k同步周期，以含当前No.k同步周期在内的前n个同步周期为时延统计周期T。每个同步周期按照等时间间隔在主从时钟间进行m次同步时延统计操作；每次时延统计操作是首先主时钟向从时钟发送 “同步时延Req”消息，从时钟接收到消息后向主时钟返回 “同步时延ACK”消息，由此主时钟获取来自从时钟的主从时钟时延值；若i为时延统计时刻序号，则记录No.i统计时刻主从时钟时延值为d(i)，将所记录的主从时钟时延值构成主从时钟时延时间序列{d(i)}(i=1,…,m*n)。

实例中如图2，设当前为No.k同步周期，以含当前No.k同步周期在内的前n=3个同步周期为时延统计周期T。每个同步周期按照等时间间隔在主从时钟间进行m=8次同步时延统计操作；每次时延统计操作是首先主时钟向从时钟发送 “同步时延Req”消息，从时钟接收到消息后向主时钟返回 “同步时延ACK”消息，由此主时钟获取来自从时钟的主从时钟时延值；若i为时延统计时刻序号，则记录No.i统计时刻主从时钟时延值为d(i)，将所记录的主从时钟时延值构成主从时钟时延时间序列{d(i)}(i=1,…,m*n)，结果示意如图3所示。

S2. 构造动态时延低通滤波修正模型。

在原始数据中的一个时延统计周期T内，选择不含当前No.k同步周期在内的前n-1个同步周期内时延值构造动态时延滤波修正模型时域序列{fd(j)}(j=1,…,m*(n-1))；对该时域序列进行傅里叶变换获取动态时延滤波修正模型频域序列包络波形FD(f)，其中f为频率变量；取频域序列包络波形FD(f)第一过零点中间的频率部分为时延修正模型的通频带范围，构造通频带幅值为1的低通滤波器作为当前No.k同步周期的时延低通滤波修正模型。

实例中如图4，在原始数据中的一个时延统计周期T内，取n=3，选择不含当前No.k同步周期在内的前n-1个同步周期内时延值构造动态时延滤波修正模型时域序列{fd(j)}(j=1,…,8*(n-1))；对该时域序列进行傅里叶变换获取动态时延滤波修正模型频域序列包络波形FD(f)，其中f为频率变量；取频域序列包络波形FD(f)第一过零点中间的频率部分为时延修正模型的通频带范围，构造通频带幅值为1的低通滤波器作为当前No.k同步周期的时延低通滤波修正模型。

S3.采用时延估计优化低通滤波实现异常值的数据平滑。

在原始数据中的一个时延统计周期T内，选择当前No.k同步周期内时延值构造新的序列{nd(p)}(p=1,…,m)，计算序列nd(p)的均值ave=E[nd(p)]，设定阈值α；设置信区间为[ave-α, ave+α]，将在置信区间外的值nd(p)选择为序列异常值；将该序列通过动态时延低通滤波修正模型，进行低通滤波，获得滤波序列{yd(p)}(p=1,…,m)；滤波后，设异常值序列号为i，则用yd(p=i)的值替换nd(p=i)的值，非异常的值保持不变，实现异常值的数据平滑，获得数据平滑后的时延序列{ad(q)}(q=1,…,m)。

实例中如图5，在原始数据中的一个时延统计周期T内，取m=8，选择当前No.k同步周期内时延值构造新的序列nd(p) (p=1,…,m)，计算序列nd(p)的均值ave=E[nd(p)]，设定阈值α=0.1；设置信区间为[ave-α, ave+α]，将在置信区间外的值nd(p)选择为序列异常值；将该序列通过动态时延低通滤波修正模型，进行低通滤波，获得滤波序列{yd(p)}(p=1,…,m)；滤波后，设异常值序列号为i，则用yd(p=i)的值替换nd(p=i)的值，非异常的值保持不变，实现异常值的数据平滑，获得数据平滑后的时延序列{ad(q)}(q=1,…,m)。

S4. 数据平滑序列的主从时钟时延最佳估计。

在当前No.k同步周期中，对数据平滑的时延序列{ad(q)}(q=1,…,m)，按照以下公式求序列的最佳时延估计值：，其中q为时延统计时刻序号，即当前No.k同步周期，主从时钟时延的最佳估计值为optAd(k)。

实例中如图5所示，在当前No.k同步周期中，取m=8，对数据平滑的时延序列{ad(q)}(q=1,…,m)，按照以下公式求序列的最佳时延估计值：，其中m=8，q为时延统计时刻序号，即当前No.k同步周期，主从时钟时延的最佳估计值为optAd(k)。

S5.以时延最佳估计值修正从时钟实现时间同步优化。

在当前No.k同步周期，采用主从时钟时延的最佳估计值optAd(k)，按照IEC61588协议从时钟同步修正公式：，计算主从时钟之间的时间偏差，其中，为主时钟向从时钟发送消息的时刻，为从时钟接收到主时钟发来的消息的时刻；然后按照调整从时钟的时间值，则实现当前No.k同步周期的从时钟与主时钟的同步。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。