本發(fā)明屬于電力周波環(huán)境下的時間同步技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力周波時間同步系統(tǒng)及其時間同步方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)行的時間同步方式主要有：硬對時同步脈沖，如脈沖節(jié)點PPS、PPM、PPH；軟對時串行信息，如串口報文；編碼對時，如IRIG-B)；網(wǎng)絡(luò)授時。對時接口主要有：RS-232串口輸出，R-485輸出、IRIG-B輸出、分脈沖輸出、秒脈沖輸出等。脈沖對時和串行口對時各有優(yōu)缺點，前者精度高但是無法直接提供時間信息：而后者對時精度比較低，尤其是多個子系統(tǒng)的時候，時間精度受串口通信時延的影響尤為突出。B碼對時兼顧了兩者的優(yōu)點，是一種精度很高并且又含有標(biāo)準(zhǔn)的時間信息的對時方式，但B碼對時需要專有的傳輸通道進(jìn)行信號傳輸。網(wǎng)絡(luò)授時，分為NTP授時和PTP兩種授時方式。NTP授時式的優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)特性，通過豐富的以太網(wǎng)資源，能將時間同步信號傳送到任何一個存在網(wǎng)絡(luò)的角落；網(wǎng)絡(luò)擴展方便、廉價；實現(xiàn)簡單，但是實現(xiàn)高級精度很困難。PTP協(xié)議IEEE 1588(PTP)協(xié)議用于分組交換網(wǎng)的時鐘同步系統(tǒng)，可以提供納秒級的時鐘同步精度，最高可以達(dá)到低于10納秒的同步精度，也是目前基于Ethernet的最高精度時間同步技術(shù)；但需要傳輸通道都需要支持PTP協(xié)議，需要對專用的時間傳輸通道。

現(xiàn)有時間同步技術(shù)方法，都有一定的局限性；利用通用數(shù)據(jù)傳輸通道，時間同步精度低；架設(shè)專用的時間傳輸通道，可以實現(xiàn)高精確時間同步，成本造價高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種電力周波時間同步系統(tǒng)及其時間同步方法，利用電力周波完成時間同步，在同一電力周波環(huán)境中，無需專用時間傳遞通道，實現(xiàn)設(shè)備之間的時間同步，準(zhǔn)確性高，性能穩(wěn)定。

按照本發(fā)明所提供的設(shè)計方案， 一種電力周波時間同步系統(tǒng)，包含電源模塊、授時源、數(shù)據(jù)傳輸模塊及授時端，授時源包含周波整形模塊、時鐘模塊、周波測量與標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，

周波整形模塊，通過周波整形電路對電力周波進(jìn)行周波整形；時鐘模塊，負(fù)責(zé)時間信息生成并轉(zhuǎn)發(fā)；周波測量與標(biāo)定模塊，利用時間信息，測量電力周波的頻率并標(biāo)定周波對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將電力周波頻率及對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)報文通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至授時端；

授時端包含周波整形單元，周波測量與標(biāo)定單元，數(shù)據(jù)接收模塊，偏差計算與調(diào)整模塊，及時鐘模塊單元，

時鐘單元負(fù)責(zé)時間信息生成及校正，周波整形單元，通過周波整形電路對電力周波進(jìn)行周波整形；周波測量與標(biāo)定單元，利用時間信息，測量電力周波頻率并標(biāo)定周波對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收模塊，接收授時源數(shù)據(jù)報文并解析，獲取授時源的電力周波頻率及對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)；偏差計算與調(diào)整模塊，將周波整形單元測量得到的電力周波頻率及時標(biāo)數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)接收模塊獲取的電力周波頻率及對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)，兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，比較電力周波頻率對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)，得到時鐘偏差，并對授時端進(jìn)行時鐘校正。

上述的，周波整形模塊及周波整形單元，均是通過周波整形電路對電力周波進(jìn)行整形，形成方波。

上述的，周波測量與標(biāo)定模塊，對連續(xù)的電力周波頻率進(jìn)行測量，并完成時間標(biāo)定，得到含有電力周波頻率和對應(yīng)時標(biāo)信息的數(shù)列，將其組幀通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送給授時端；周波測量與標(biāo)定單元，對連續(xù)電力周波進(jìn)行頻率測量和時間標(biāo)定，得到相應(yīng)的含有電力周波頻率和對應(yīng)時標(biāo)信息的數(shù)列。

優(yōu)選的，偏差計算與調(diào)整模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊接收到的電力周波頻率，與周波測量與標(biāo)定單元測量得到的電力周波頻率，進(jìn)行匹配比對，得到數(shù)列中頻率相等的匹配位置k，根據(jù)匹配位置k，將數(shù)據(jù)接收模塊接收到的數(shù)據(jù)報文的時標(biāo)數(shù)據(jù)，與周波測量與標(biāo)定單元的時標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計算，獲得時間偏差，根據(jù)時間偏差調(diào)整時鐘單元，使時間偏差趨近于0。

一種基于上述的電力周波時間同步系統(tǒng)的時間同步方法，具體包含如下步驟：

步驟1、電力周波通過周波整形模塊，形成方波，周波測量與標(biāo)定模塊利用時鐘信息，連續(xù)測量電力周波的頻率F并完成對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)T標(biāo)定，組成數(shù)列(F，T)；

步驟2、數(shù)列(F，T)組幀，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至授時端的數(shù)據(jù)接收模塊；

步驟3、周波整形單元，及周波測量與標(biāo)定單元，同樣分別對連續(xù)電力周波進(jìn)行相應(yīng)的周波整形，及頻率F`測量和對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)T`標(biāo)定，得到數(shù)列(F`，T`)；同時，數(shù)據(jù)接收模塊解析接收到的數(shù)據(jù)，得到(F，T)；

步驟4、授時端將接收得到的頻率F與自身測量得到的頻率F`進(jìn)行匹配比對，找出授時端匹配位置，得到數(shù)據(jù)序列中與數(shù)據(jù)報文頻率相等的頻率位置k；

步驟5、根據(jù)頻率位置k，將對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)T與授時端自身的時標(biāo)信息T`進(jìn)行差值計算，獲取時間偏差△T；

步驟6、根據(jù)時間偏差△T，調(diào)整授時端時鐘，使△T趨近于0，完成授時同步過程。

上述的，步驟4中的匹配比對，具體是指：接收得到的頻率F與自身測量得到的頻率F`的差值滿足預(yù)先設(shè)定的測量誤差△f。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明授時源與授時端通過數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行時間傳遞，通過周波測量與標(biāo)定，及偏差計算與調(diào)整模塊，完成時間同步，在同一電力周波環(huán)境中，無需專用時間傳遞通道，實現(xiàn)設(shè)備之間的時間同步，準(zhǔn)確性高，性能穩(wěn)定。

2、本發(fā)明授時端通過將接收到的頻率測量值與自身測量得到的頻率值進(jìn)行比對，進(jìn)行相應(yīng)的時標(biāo)信息差值計算，根據(jù)時標(biāo)信息差值，校準(zhǔn)授時端時間，完成授時同步過程，無需專門的數(shù)據(jù)傳遞通道，有效保證時鐘同步，提高時鐘同步精度，且適用性強，造價成本低，穩(wěn)定可靠。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明的授時源示意圖；

圖3為本發(fā)明的授時端示意圖；

圖4為本發(fā)明的方法流程示意圖；

圖5為本發(fā)明的授時源授時處理示意圖；

圖6為本發(fā)明的授時端授時處理示意圖；

圖7為實施例三中授時源數(shù)列示意圖；

圖8為實施例三中授時端數(shù)列示意圖；

圖9為實施例三中授時源與授時端數(shù)列比對示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，并通過優(yōu)選的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。

實施例一，參見圖1~3所示，一種電力周波時間同步系統(tǒng)，包含電源模塊、授時源、數(shù)據(jù)傳輸模塊及授時端，授時源包含周波整形模塊、時鐘模塊、周波測量與標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，

周波整形模塊，通過周波整形電路對電力周波進(jìn)行周波整形；時鐘模塊，負(fù)責(zé)時間信息生成并轉(zhuǎn)發(fā)；周波測量與標(biāo)定模塊，利用時間信息，測量電力周波的頻率并標(biāo)定周波對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，將電力周波頻率及對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)報文通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至授時端；

授時端包含周波整形單元，周波測量與標(biāo)定單元，數(shù)據(jù)接收模塊，偏差計算與調(diào)整模塊，及時鐘模塊單元，

時鐘單元負(fù)責(zé)時間信息生成及校正，周波整形單元，通過周波整形電路對電力周波進(jìn)行周波整形；周波測量與標(biāo)定單元，利用時間信息，測量電力周波頻率并標(biāo)定周波對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收模塊，接收授時源數(shù)據(jù)報文并解析，獲取授時源的電力周波頻率及對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)；偏差計算與調(diào)整模塊，將周波整形單元測量得到的電力周波頻率及時標(biāo)數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)接收模塊獲取的電力周波頻率及對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)，兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，比較電力周波頻率對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)，得到時鐘偏差，并對授時端進(jìn)行時鐘校正。

授時源與授時端通過數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行時間傳遞，通過周波測量與標(biāo)定，及偏差計算與調(diào)整模塊，完成時間同步，在同一電力周波環(huán)境中，無需專用時間傳遞通道，實現(xiàn)設(shè)備之間的時間同步，準(zhǔn)確性高，性能穩(wěn)定。

實施例二，與實施例一基本相同，不同之處在于：周波整形模塊及周波整形單元，均是通過周波整形電路對電力周波進(jìn)行整形，形成方波。

上述的，周波測量與標(biāo)定模塊，對連續(xù)的電力周波頻率進(jìn)行測量，并完成時間標(biāo)定，得到含有電力周波頻率和對應(yīng)時標(biāo)信息的數(shù)列，將其組幀通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送給授時端；周波測量與標(biāo)定單元，對連續(xù)電力周波進(jìn)行頻率測量和時間標(biāo)定，得到相應(yīng)的含有電力周波頻率和對應(yīng)時標(biāo)信息的數(shù)列。

優(yōu)選的，偏差計算與調(diào)整模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)接收模塊接收到的電力周波頻率，與周波測量與標(biāo)定單元測量得到的電力周波頻率，進(jìn)行匹配比對，得到數(shù)列中頻率相等的匹配位置k，根據(jù)匹配位置k，將數(shù)據(jù)接收模塊接收到的數(shù)據(jù)報文的時標(biāo)數(shù)據(jù)，與周波測量與標(biāo)定單元的時標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計算，獲得時間偏差，根據(jù)時間偏差調(diào)整時鐘單元，使時間偏差趨近于0，完成授時同步過程。

實施例三，參見圖4~6所示，一種基于實施例一所述的電力周波時間同步系統(tǒng)的時間同步方法，具體包含如下步驟：

步驟1、電力周波通過周波整形模塊，形成方波，周波測量與標(biāo)定模塊利用時鐘信息，連續(xù)測量電力周波的頻率F并完成對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)T標(biāo)定，組成數(shù)列(F，T)；

步驟2、數(shù)列(F，T)組幀，通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至授時端的數(shù)據(jù)接收模塊；

步驟3、周波整形單元，及周波測量與標(biāo)定單元，同樣分別對連續(xù)電力周波進(jìn)行相應(yīng)的周波整形，及頻率F`測量和對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)T`標(biāo)定，得到數(shù)列(F`，T`)；同時，數(shù)據(jù)接收模塊解析接收到的數(shù)據(jù)，得到(F，T)；

步驟4、授時端將接收得到的頻率F與自身測量得到的頻率F`進(jìn)行匹配比對，找出授時端匹配位置，得到數(shù)據(jù)序列中與數(shù)據(jù)報文頻率相等的頻率位置k；

步驟5、根據(jù)頻率位置k，將對應(yīng)的時標(biāo)數(shù)據(jù)T與授時端自身的時標(biāo)信息T`進(jìn)行差值計算，獲取時間偏差△T；

步驟6、根據(jù)時間偏差△T，調(diào)整授時端時鐘，使△T趨近于0，完成授時同步過程。

步驟4中的匹配比對，具體是指：接收得到的頻率F與自身測量得到的頻率F`的差值滿足預(yù)先設(shè)定的測量誤差△f。

授時源具體流程如下：如圖5所示，完成n個連續(xù)周波頻率測量，并完成標(biāo)定n的時間標(biāo)定，得到一個，含有周波頻率和對應(yīng)時標(biāo)信息的數(shù)列，(F,T){F₀T₀，F(xiàn)₁T_1, F₂T_2…F_n-1T_n-1}；將n個周波頻率和對應(yīng)的時標(biāo)信息，組幀通過數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送給授時端，如圖7所示。

授時端具體流程如下：如圖6所示，對連續(xù)周波進(jìn)行頻率測量和時間標(biāo)定，得到一個含有周波頻率和對應(yīng)時標(biāo)信息的數(shù)列，(F`,T`){F`<sub>0</sub>T`₀，F(xiàn)`<sub>1</sub>T`_1, F`<sub>2</sub>T`_2…F`<sub>m-1</sub>T`_m-1}，如圖8所示；

頻率序列匹配：授時端將接收到的頻率測量值與自身測量的周波頻率測量序列進(jìn)行匹配比對，找出測量授時端匹配位置k，即找到頻率序列中與授時報文頻率相等的頻率位置。由于現(xiàn)實設(shè)備存在測量誤差△f，頻率匹配只要求近似等0，△f的取值等于測量誤差即可，頻率序列匹配，要求授時報文中的頻率值與授時端中的頻率相等，即：

(F`_k0- F₀)<= △f;

(F`_k+1- F₁) <=△f;

(F`_k+2- F₂) <=△f;

……;

(F`_kn-1- F_n-1) <=△f.

即可確定頻率序列中與授時報文頻率相等的頻率位置k，如圖9所示。

偏差計算：得到匹配位置k，將授時報文的時標(biāo)信息與本機時標(biāo)信息進(jìn)行差值計算（T`_k+x- T_x），獲得時間偏差△T；根據(jù)得到的△T調(diào)整授時端設(shè)備時鐘，校準(zhǔn)時間，使△T趨近于0，完成授時同步過程。

本發(fā)明授時端通過將接收到的頻率測量值與自身測量得到的頻率值進(jìn)行比對，進(jìn)行相應(yīng)的時標(biāo)信息差值計算，根據(jù)時標(biāo)信息差值，校準(zhǔn)授時端時間，完成授時同步過程，無需專門的數(shù)據(jù)傳遞通道，有效保證時鐘同步，提高時鐘同步精度，且適用性強，造價成本低，穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明不局限于上述具體實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或者類似的變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。