高精度时间同步装置的设计与实现

要 电力系统时间同步装置对实时分析电网状态及保障电网运行安全具有十分重要的意义。由时间同步装置构成的时间同步网络为我国电网的各级调度机构、发电厂（变电站）提供统一的时间基准，以满足各种设备和系统对时间同步的需求，保证实时数据采集的一致性，提高相量和功角动态监测、线路故障测距等的准确性，从而增强电力系统故障分析和稳定控制的能力。 论文的主要工作是设计与实现高精度的时间同步装置。论文首先介绍了时间同步网和时间同步系统的概念，分析了高精度时间同步装置的功能需求和性能指标。根据晶振秒脉冲随机误差小以及 斗秒脉冲误差没有累积的特点， 提出了一种基于误差互补的高精度秒脉冲生成算法。在系统总体结构设计的基础上，采用分模块设计的思想，将装置按功能划分为接收模块、时钟模块、配置与显示模块、网络时间服务器模块以及 纤等接口模块。在此基础上，详细阐述了系统各模块的软硬件设计与实现。最后，对所设计的装置进行系统联调，并给出了系统的各项性能测试指标。 经过需求分析、系统方案制定、芯片选型、原理图设计、 图设计、软硬件调试等阶段，最终研制出的高精度时间同步装置具有以下特点：可连接四种外部时间基准源，包括 斗无线时间基准信号和两路 C)有线时间基准信号；拥有多种时间同步方式，分别是脉冲同步、串口同步、编码同步以及网络同步；能输出精度优于 100秒脉冲，且守时精度优于 准规定。该装置已设计完成，经测试，各项性能达到国家对电网时间同步装置的要求。 关键词： 电力系统，时间同步，秒脉冲，精度，晶振， of of of In to of in a of to of to of of so to of by a at s of a At of by 009, an of a of By is of a PS is 00is L/T s. 录 第一章 绪论 .题的研究背景 .力系统时间同步技术的国内外研究现状 . 卫星时钟的发展及应用 . 时间同步精度的研究现状 . 时间同步方式的发展现状 .题主要工作 .文组织结构 .二章 高精度时间同步装置的总体设计方案 .力系统时间同步网络与时间同步系统 . 时间同步网络 . 时间同步系统 .置的功能需求与性能指标 . 装置的功能需求 . 装置的技术指标 .键技术分析与仿真 . 高精度秒脉冲的生成方案 .脉冲误差分析 .精度秒脉冲的生成方案 .真与验证 . 守时方案 .置的总体结构 .置的硬件设计 .三章 接收模块的设计与实现 .收模块的整体设计 .斗配置与解码模块设计 . 块 . 句解码模块 . 配置模块 .流 B 码光纤接收电路设计 .C)秒脉冲提取与解码模块设计 . 秒准时沿提取电路 . 时延补偿电路 . 解码电路 .四章 时钟模块的设计与实现 .钟模块的整体设计 .部时钟频率源选型 .精度秒脉冲生成模块设计 . 相位比较电路 . 启动电路 . 分频系数控制电路 . 分频电路 . 高精度秒脉冲生成模块的功能仿真 .号选择模块设计 .时时间计数器模块设计 .C)编码模块设计 .流 B 码光纤发送电路设计 .C)编码模块设计 . D/A 芯片选型 . C)数字调制电路 .五章 配置与显示模块的设计与实现 .置与显示模块的硬件设计 . 单片机选型 . 口电路设计 . 单片机与 口电路设计 . 其接口电路设计 .置与显示模块的软件设计 . 外围器件驱动设计 .5043 驱动设计 .动设计 .动设计 .助运算 .频系数的统计值计算 .期数计算 . 菜单设计 .六章 网络时间服务器的设计与实现 .络时间服务器的整体设计 .络时间服务器的硬件设计 . 处理器选型 . 型 . 程序和数据存储器电路设计 . 以太网接口电路设计 . 复位电路设计 . 电源电路设计 .务的实现 . 法流程 . 考时钟接口设计 . 嵌入式系统的移植 .七章 系统调试与测试结果 .小系统调试 .单片机接口调试 .电转换电路调试 .时信号功能调试 .精度时间同步装置的测试结果 . 装置输出性能测试 . 装置守时性能测试 . 网络时间服务器的本地时钟精度测试 . 电磁兼容测试 .八章 总结与展望 .考文献 . 谢 .学期间的研究成果及发表的学术论文 .录 1 图 .录 2 装置实物图 .图 时间同步网络 . 基本式时间同步系统 . 主从式时间同步系统 . 主备式时间同步系统 . 高精度秒脉冲的生成方案 . 斗秒脉冲的随机误差 . 一次线性滤波后输出秒脉冲的误差 . 二阶线性滤波后输出秒脉冲的误差， k1=. 二阶线性滤波后输出秒脉冲的误差， . 时间同步装置的系统结构框图 . 时间同步装置的数据流图 . 装置前视图 . 装置后视图 . 时间同步装置的机械结构框图 . 总线板结构框图 . 同步时钟板结构框图 . 同步时钟板硬件设计框图 . 接收模块的整体设计 . 置与解码模块结构 . 北斗配置与解码模块结构 . 块结构 . 接收模块状态转移图 . 收电路功能仿真图 . 句解码电路功能仿真图 . 光纤接收电路 . C)码的 3 种码元 . 每帧的信息 . C)秒脉冲提取和解码结构 . 秒准时沿的产生原理 . 时延补偿模块结构 .间信息提取流程图 . 时钟模块的整体设计 . 高精度秒脉冲生成模块的结构 . 相位比较电路波形图 . 高精度秒脉冲生成模块的功能仿真图 . 信号选择模块的部分接口信号 . 时间置位的流程 . C)编码模块的功