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基于北斗/GPS双模授时的电力系统时间同步技术研究

作　者: 郭彬
导　师: 肖昌炎
学　校: 湖南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 北斗系统 GPS系统 时间同步 IRIG-B码
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 497次
引　用: 5次
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内容摘要


现代电力系统覆盖范围广，各种系统和自动化装置如调度自动化系统、微机继电保护装置、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网等都要求严格的时间同步。目前应用于我国电网中的时间同步技术主要是基于美国全球定位系统(GPS)的卫星授时，对于电力系统这样关系到国计民生的分布式网络采用GPS作为授时基准是存在安全隐患的。从电网的安全性、稳定性出发，本文根据电力系统时间同步技术规范，对基于北斗/GPS双模授时的电力系统时间同步技术进行了研究。本文首先阐述了卫星双模授时技术的原理，并对北斗和GPS系统的授时精度进行了测试。通过分析测试数据，验证了北斗和GPS系统的时钟用作电力系统和自动化装置时间同步源的可行性。接着，本文利用北斗接收机、GPS接收机和外部IRIG-B码作为系统的外同步信号，互为热备用。采用多同步源自适应同步技术，保证了北斗/GPS双模同步系统的可靠性和稳定性。然后，本文采用了基于数字移相技术的时间间隔测量方法和PI控制算法，完成了本地晶振的频率校准。通过对IRIG-B码编码方式的研究，完成了IRIG-B码的解码与编码。采用模块化设计，实现了可满足IEEE STD 1344-1995标准的IRIG-B (DC)码、时间报文(RS-232)、SNTP网络授时、光纤和告警等多种信息的输出接口。研制的北斗/GPS双模同步系统已经通过“国家电网公司自动化设备电磁兼容实验室”和“电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心”的检验，表明系统的时间同步精度优于±0.1μs，守时精度优于1μs/min,符合电网时间同步系统技术要求，具有一定的实用价值和推广应用价值。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 电力系统的时间同步  11-14
    1.2.1 时间同步的应用  11-12
    1.2.2 电力系统对时间同步的需求  12-13
    1.2.3 电力自动化设备(系统)的对时方式  13-14
  1.3 课题研究意义  14-15
  1.4 论文的主要工作及结构安排  15-17
    1.4.1 本文所做工作  15-16
    1.4.2 论文的内容安排  16-17
第2章 北斗/GPS双模授时技术  17-31
  2.1 GPS系统基本原理  17-22
    2.1.1 GPS系统组成  17-18
    2.1.2 GPS定位原理  18-19
    2.1.3 GPS授时原理  19-22
  2.2 北斗卫星系统基本原理  22-27
    2.2.1 北斗卫星系统组成  23
    2.2.2 北斗卫星系统定位原理  23-24
    2.2.3 北斗卫星系统授时原理  24-27
    2.2.4 单向授时和双向授时的比较  27
  2.3 北斗/GPS双模授时  27-28
  2.4 北斗/GPS授时精度测试  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章 北斗/GPS双模同步系统的总体设计  31-39
  3.1 系统总体设计  31-33
  3.2 软件总体设计  33-38
    3.2.1 FPGA设计流程  33-36
    3.2.2 软件设计流程  36-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章 时间同步方法的研究与实现  39-62
  4.1 主控制器  39-42
  4.2 IRIG-B码的解码  42-48
    4.2.1 IRIG-B码简介  42-44
    4.2.2 IRIG-B码解码的实现  44-48
  4.3 晶振驯服  48-55
    4.3.1 晶振驯服的硬件设计  48-49
    4.3.2 模式选择与完好性判别  49-50
    4.3.3 时间间隔测量  50-53
    4.3.4 晶振驯服的实现  53-55
  4.4 时间同步方法  55-61
    4.4.1 IRIG-B码  56-57
    4.4.2 串口时间报文  57-59
    4.4.3 SNTP网络授时  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章 各接口模块的设计与实现  62-70
  5.1 接收模块  62-64
    5.1.1 GPS接收机模块  62-63
    5.1.2 北斗接收机模块  63-64
  5.2 IRIG-B(DC)时码输出模块  64-66
  5.3 时间报文输出模块  66-67
  5.4 光纤输出模块  67-68
  5.5 告警输出  68-69
  5.6 本章小结  69-70
第6章 实验结果及数据分析  70-75
  6.1 IRIG-B时码输出  71-72
  6.2 时间报文输出  72-73
  6.3 SNTP网络授时  73-75
结论  75-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
附录A 攻读学位期间所发表的论文和参与的课题  81

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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