基于Kalman滤波与神经网络的高精度同步时钟算法

大规模分布式电源、储能与电动汽车的接入对配电网状态监测与运行控制带来了挑战。基于配电网同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)的广域量测系统被认为是解决这一问题的有效方式。然而,采用低成本晶振时,现有的同步时钟算法难以满足配电网PMU对同步时钟高精度、高稳定性、低成本的要求。为满足配电网PMU应用的需求,提出一种基于Kalman滤波器与BP神经网络的授时/守时算法。基于卫星信号误差与晶振频率数学模型,利用Kalman滤波器对卫星信号的随机误差进行滤除,提高授时精度,并提供准确的晶振状态数据。利用此数据训练BP神经网络模型,刻画出晶振频率的老化规律,提高守时性能。在卫星信号正常接入与失锁场景下,基于实际时钟装置量测数据进行测试验证。测试结果显示,文中所提算法在不提高现有硬件成本的基础上,有效提高了同步时钟的算法性能。     

通用高精度时钟同步单元的设计方案

根据对时钟同步装置守时误差的分析,提出了一种通过降低测量误差进一步提高守时精度的同步时钟装置设计方案。该方案利用时钟内插方法降低全球定位系统(GPS)秒脉冲周期测量误差,对秒脉冲均值进行余数补偿消除均值计算中的引入误差,从而提高同步时钟装置的守时精度。根据所提方案设计了基于AMBA APB总线的通用高精度同步时钟知识产权(IP)核,并利用ARM Cortex-M0内核在现场可编程门阵列(FPGA)中构建了具有高精度同步时钟IP的片上系统(SoC)进行测试验证。测试结果表明,基于所提方案设计的通用高精度同步时钟IP核所生成的同步时钟精度在20 ns以内,守时误差在每小时300 ns以内。     

一种基于多授时源多授时方式的电力系统同步授时方案

电力系统中自动化设备及监控系统日益复杂,为电力系统提供足够精度的同步时钟信号成为了提高设备运行稳健度和监控系统准确度的关键因素。设计了一种基于GPS/北斗系统双授时源同步守时钟电路,可以对双授时源时钟信号进行有效的跟踪。在卫星及守时钟电路时钟信号的基础上,利用时间间隔测量技术设计了一种高稳定度晶振本地时钟结构,可在一定时间内保持较高的精度。在此基础上,提出了一种基于多授时源、多授时方式的电力系统同步授时方案。方案中多个时钟源互为备用,可根据不同的被授时装置选择相应的授时方式,提高了电力系统授时的稳定可靠性、经济性。     

满足IEC61850要求的站用时钟服务器

基于IEC61850标准体系的数字化变电站,要求时钟提供SNTP软件授时和光脉冲硬件对时.提出了利用GPS接收器与FPGA+CPU微机系统实现时钟服务器方案.其中FPGA实现脉冲信号硬件对时,CPU系统实现SNTP协议软件授时,CPU与FPGA间通过数据总线联系,传递显示时间、IRIG-B码数据和同步状态等信息.详细介绍了时钟的授时原理、硬件设计、软件实现以及守时功能.该时钟服务器满足了IEC61850的要求,守时精度达到晶振稳定度水平.     

用于智能电网建设的北斗/GPS高精度授时方案关键技术

为有效保障智能电网全网时间基准的精度,并逐渐摆脱电网运行对全球定位系统(global positioning system,GPS)的依赖性,提出了可用于智能电网建设的基于北斗一代系统、北斗二代系统、GPS系统的三模双通道高精度授时方案,提出了该授时系统的SOC芯片实现方案,不但可以消除安全隐患,而且可以有效解决产品成本和体积的问题。从硬件实现的角度分析了高精度授时方案的可行性、先进性及其在智能电网中的应用前景。该授时方案针对北斗卫星导航系统运行现状和电力系统复杂的应用环境,采用较成熟的北斗一代作为主时钟源,同时兼容北斗二代和GPS,可实现北斗一代系统、北斗二代系统和GPS系统独立授时的双通道运行方式,且各通道授时时基可实现组合解算,授时精度最高可达15 ns(1),守时精度可达1 s/h,完全可以满足智能电网建设的需求。     

满足IEC61850要求的站用时钟服务器

基于IEC61850标准体系的数字化变电站,要求时钟提供SNTP软件授时和光脉冲硬件对时。提出了利用GPS接收器与FPGA+CPU微机系统实现时钟服务器方案。其中FPGA实现脉冲信号硬件对时,CPU系统实现SNTP协议软件授时,CPU与FPGA间通过数据总线联系,传递显示时间、IRIG-B码数据和同步状态等信息。详细介绍了时钟的授时原理、硬件设计、软件实现以及守时功能。该时钟服务器满足了IEC61850的要求,守时精度达到晶振稳定度水平。     

基于GPS同步时钟载波电源的分布式同步测量系统

提出一种基于全球定位系统(GPS)同步时钟载波电源的分布式同步测量系统(DSMS)的结构方案,它由GPS同步时钟载波电源模块、现场信息同步测量单元(SMU)以及连接二者的载波电源传输线3部分构成.其主要特点是监控终端子站(变电站、电厂等)内各SMU的工作电源和高精度同步时钟信号由一独立的被加载了GPS时钟信号的同步时钟载波电源模块统一提供,简化了SMU的结构;现场SMU中设计了定时间间隔采样和自适应采样2种模式以供选择,并且实现了同步时标的自由设定.     

基于全数字锁相环的电力系统高精度同步时钟

提出了一种基于全数字锁相环的电力系统高精度同步时钟实现方法。该方法基于卫星时钟与晶振时钟授时误差互补的特点,在卫星时钟工作正常时,利用全数字锁相环使晶振时钟跟踪卫星时钟秒脉冲的相位波动,实时消除晶振时钟的累积误差;当卫星时钟失效时,利用失效前记录的历史分频数据辨识优化分频控制参数,预测修正晶振时钟的累积误差。仿真实验结果表明,该方法实现的同步时钟具有随机误差小且累积误差小的优点,在卫星时钟失效一段时间内仍可保持较高的授时精度,可为电力系统提供精确时间同步信号。     

基于FPGA的电力系统时钟同步技术实现

提出了GPS授时和基于PTP协议的网络时钟同步相结合的时钟同步方案.GPS授时能够提供广域范围的时钟同步,节点采用LEA-4H模块实现了GPS授时功能.基于PTP协议的网络时钟同步单元由FPGA实现,提供了局域网络内的时钟同步功能.     

北斗／GPS卫星同步授时系统在焦作电厂的应用

北斗卫星导航授时系统是我国完全自主的．继美国GPS和俄罗斯GLONASS后的全球第3个卫星导航授时系统,具有优异的授时体制,授时性能优于GPS。北斗／GPS系统卫星基准源采用北斗和GPS卫星双系统互为备份,同时接收北斗和GPS系统卫星信号,提供高精度的脉冲信号、时间码信号．串行时间信息和网络授时服务,较好地满足电力时间同步系统高精度、高可靠性的需要。     

高性能GPS时间同步装置研制

介绍了一种新型的基于全球定位系统GPS（Global Positioning System)的时间同步装置，论述了该装置各单元的工作原理和特点，提出了应用精确倍频，高性能恒温晶振OCXO（Over Controlled Crystals Oscillator)及误差实时补偿使装置具有高精度和高可靠性的方法，给出了在GPS信号失效情况下仍保持较长时间高精度输出的对策，该时间同步装置为实现电力系统精确可靠的状态实时监测提供了重要依据，还适用于各种高精度的同步采样系统等工业应用场合。     

基于GPS的电网状态监测系统

由于电力系统地域辽阔,要实现对电力系统的实时监测,需要一个高精度的时间基准。ＧＰＳ的出现为此提供了条件。本系统利用基于ＧＰＳ的时间同步装置,对湖南省电网重要节点的电压相量。发电机的功角和输出功率进行实时测量和处理,并将结果传送到省电力调度中心,可实现对全省电网运行状况的监测。     

火力发电厂时间同步系统设计初探

随着火力发电厂自动化水平的不断提高,计算机控制、保护及自动装置对时间同步的要求也越来越高.目前投产的电厂的时间同步大多采用各控制(保护)系统分别设置的配置方式,使得运行管理复杂,且各系统之间的同步精度较低.打破时间同步系统各自为政的设计方式,建立1个统一的时间同步系统,是今后电厂时间同步系统设计的趋势.本文通过对火力发电厂时间同步需求及GPS时间同步装置功能的分析,提出了时间同步系统的配置方案.     

Real-Time Hierarchical Outdoor SLAM Based on Stereovision and GPS Fusion

This paper presents a new real-time hierarchical (topological/metric) simultaneous localization and mapping (SLAM) system. It can be applied to the robust localization of a vehicle in large-scale outdoor urban environments, improving the current vehicle navigation systems, most of which are only based on Global Positioning System (GPS). Then, it can be used on autonomous vehicle guidance with recurrent trajectories (bus journeys, theme park internal journeys, etc.). It is exclusively based on the information provided by both a low-cost, wide-angle stereo camera and a low-cost GPS. Our approach divides the whole map into local submaps identified by the so-called fingerprints (vehicle poses). In this submap level (low-level SLAM), a metric approach is carried out. There, a 3-D sequential mapping of visual natural landmarks and the vehicle location/orientation are obtained using a top-down Bayesian method to model the dynamic behavior. GPS measurements are integrated within this low-level improving vehicle positioning. A higher topological level (high-level SLAM) based on fingerprints and the multilevel relaxation (MLR) algorithm has been added to reduce the global error within the map, keeping real-time constraints. This level provides nearly consistent estimation, keeping a small degradation with GPS unavailability. Some experimental results for large-scale outdoor urban environments are presented, showing an almost constant processing time.     

电网区域时间中心系统的研究

Power GTS是通过电网现有的SDH光通信网络为主,以GPS或者北斗为补充的电网统一授时系统.文章从研发的角度出发介绍了Power GTS中区域时间中心系统的组成及其主要功能.通过已建立的Power GTS示范网的测试数据,说明这种授时网络的中心站可以保证20 ns的授时精度,而其传递到从站的时间精度可以达到微秒量...     

电网状态监测系统GPS同步时钟的稳定性研究

GPS接收机输出的秒脉冲信号在统计意义下与国际标准时间高度同步,具有相当高的精度,但是由于其误差服从正态分布,单个秒脉冲误差可能较大。为提高基于GPS的同步时钟的精度和稳定性,该文根据GPS时钟信号和晶振时钟信号精度互补的特点,提出了一种利用GPS时钟同步晶振时钟的新方法,实现了高精度、高稳定度的同步时钟。所设计的GPS同步时钟不受GPS信号短时失效的影响,具有较高的可靠性和实用性,能够满足电力系统电网状态监测的要求。     

220 kV变电站GPS时间同步系统实现技术

基于220 kV变电站全球定位系统(GPS)时间同步系统项目的实施经验,总结了实现时间同步系统需要考虑的关键技术和问题,主要从对时设计、运行监测、对时校验、对时误差等进行了分析探讨。要求在变电站内实现GPS统一对时,给出了一个典型的站内设备对时架构图,设计了单主钟和冗余互备等3种GPS时钟架构设计模式,并加以说明。为实现站内对时的运行监测,设计了基于时脉冲事件顺序记录的分析方法来计算对时误差。站内对时校验应依据GPS校验仪进行,介绍了校验原理和相应校验方法,并分析影响校验精度的主要因素。对站内对时误差出现的常见原因和解决方法进行了分析介绍,并针对软、硬协同对时误差问题提出了一种基于公式化分析的误差定量分析方法。     

三线阵立体测绘相机高精度时间同步设计方法

为保证图像定位精度,三线阵立体测绘相机需要具有高精度的时间同步功能,研究了一种时间同步设计方法。以 GPS硬件秒脉冲信号做为时间基准,结合总线广播的整秒时刻信息以及相机内部计时器数据来记录成像时刻。详细描述了时间信息产生链路上各部分的设计,通过这种硬件和软件相结合的办法,解决了时间基准和时间精度的问题,实现了三线阵立体测绘相机与整星的高精度时间同步,为图像后期地面处理提供了有力的保障。经过实验验证,三线阵立体测绘相机的时间同步精度为优于15μs,满足图像测绘精度的要求。     

基于卡尔曼滤波算法GPS校钟系统的设计

电网时间统一主站系统主要由铯钟源、GPS校钟系统、分频钟设备以及频标放大器和脉冲放大器等组成.其中GPS校钟设备测量GPS秒信号和分频钟秒信号的时差,并利用卡尔曼滤波算法对时差数据进行滤波平滑,调整分频钟的秒信号与GPS秒信号对齐,再经脉冲放大器输出作为主站系统的时间基准用来同步整个电网时间.文章给出了校钟设备的设计方...     

基于GPS的电网状态监测系统的设计与实现

介绍了一种新型的基于全球定位系统(GPS)的电网状态监测系统,该系统可对电网重要节点的电压相量、发电机功角和输出功率等运行变量进行实时测量和同步处理,并将结果送往电网调度中心,实现了全网运行状况的实时监测。