用于智能电网建设的北斗_GPS高精度授时方案关键技术_赵东艳
第37卷第9期电网技术V ol. 37 No. 9 2013年9月Power System Technology Sep. 2013 文章编号：1000-3673（2013）09-2621-05 中图分类号：TM 734 文献标志码：A 学科代码：470·4054
用于智能电网建设的北斗/GPS
高精度授时方案关键技术
赵东艳，原义栋，石磊，张海峰
（北京南瑞智芯微电子科技有限公司，北京市海淀区 100192）
Key Technology in Beidou/GPS High-Precision Time Service Scheme for
Smart Grid Construction
ZHAO Dongyan, YUAN Yidong, SHI Lei, ZHANG Haifeng
(Beijing NARI Smart Chip Microelectronics Co., Ltd., Haidian District, Bejing 100192, China)
ABSTRACT: To effectively ensure the precision of time reference of the whole grid and gradually gets rid of the dependence of smart grid operation on global positioning system (GPS), based on GPS, the first and the second generation of Beidou navigation system a tri-mode dual-channel high-precision time service scheme that can be used to the construction of smart grids is proposed, and the SOC chip implementation for the proposed time service scheme is put forward, by which not only the potential safety hazard can be eliminated, but also the troubles in product volume and cost can be effectively resolved. In the viewpoint of hardware implementation, the feasibility and advancement of the proposed high-precision time service scheme as well as the prospect of applying it in smart grids are analyzed. According to present operation situation of the second generation of Beidou system and complex application environment of power grids, in the proposed time service scheme the relatively matured first generation of Beidou navigation system is used as the main clock source, meanwhile it is compatible with GPS and the second generation of Beidou navigation system, therefore the dual-channel time service mode, by which the time service by GPS and the first and the second generation of Beidou navigation system can be independently performed, is implemented, and the time base of time service in the two channels can be combined and resolved. The time service accuracy of the proposed scheme can reach up to 15ns, namely 1σ, and the time accuracy can reach up to 1μs/h, and thus the proposed high-precision time service scheme can completely satisfy the demand of smart grid construction.
KEY WORDS: smart grid; Beidou navigation system; GPS; time service
摘要：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(1σ)，守时精度可达1 μs/h，完全可以满足智能电网建设的需求。
关键词：智能电网；北斗系统；GPS；授时
0 引言
随着电网系统的大区域互联[1]和广域动态测量系统(wide area measurement system，WAMS)[2]的逐步建立，基于广域同步采样数据可切实提高继电保护装置、故障测距装置、变电站一次设备状态监测装置、安全稳定控制系统、WAMS系统算法的准确性和应用的广泛性[3]。而同步相量测量装置(phasor measurement unit，PMU)[4]作为广域动态测量系统的核心终端装置，测量精度较高，并且其采样基于广域同步时钟，要求各类装置和系统基于统一的时间基准运行，以确保线路故障测距以及电网事故分析和稳定控制水平，提高运行效率及其可靠性[5-6]。
随着北斗卫星导航系统的建设与完善，基于北斗系统开展在电力系统授时方面的应用已是大势所趋。目前在电力应用领域中的授时产品主要以全球定位系统(global positioning system，GPS)[7]和北斗一代系统为主。GPS系统由美国军方控制，对于国家安全存在巨大隐患；北斗一代系统虽然可实现
DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2013.09.006
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双向授时，授时精度可达20 ns，但其用户容量受到极大限制[8]，不利于授时系统的大范围推广。北斗二代系统可实现单向授时，授时精度为100 ns，可满足电力领域大多数的应用需求[9]，但对于时间精度要求较高的应用无法满足，而且目前该类应用方案主要以分立元件搭建的系统为主，实现成本高，体积大，应用受限。
本文提出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。该方案可实现北斗一代系统+北斗二代系统、北斗一代系统+GPS的双通道运行模式，且各通道授时时基可实现组合解算，大大提高了系统授时的精度。此外，还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。该授时方案的应用可保证授时终端即使处于恶劣环境或受遮挡环境下也能输出精确稳定的时钟信号，对于建设坚强智能电网，保障电网安全稳定运行具有重要意义。
1 北斗和GPS系统概述
GPS是目前世界上最成熟的全球定位系统，由36颗空间卫星、分布全球的地面站和数目庞大的用户终端组成。除了现有美国军方负责管理的卫星和地面监测系统，卫星定位增强系统也遍布美国本土和国际热点区域。世界各大机场、港口等导航应用热点地区的GPS辅助定位设施也在保障其安全和可靠的运行。
北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗系统由空间段、地面段和用户段3部分组成：空间段包括5颗静止轨道卫星(geostationary orbit，GEO)和30颗非静止轨道卫星(倾斜地球同步轨道IGSO和中高地球轨道MEO)；地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站；用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。北斗卫星导航系统分为卫星无线电测定系统(radio determination satellite system，RDSS)和卫星无线电导航系统(radio navigation satellite system，RNSS) 2种模式[10]。
RDSS采用主动定位方式，先由用户终端主动向地面控制中心发出定位请求(入站)，地面控制中心根据用户请求信号测量并计算出用户到2颗卫星的距离，并根据中心存储的数字高程地图或用户请求中所带的测高信息算出用户到地心的距离，再由这3个距离按3球交会测量原理进行定位解算，然后将解算结果上星广播(出站)由该用户终端接收，这样就完成了与GPS精度相当的快速实时定位过程。通过这种出入站信号的传输和信息转发，北斗系统还实现了其每次多达100个以上汉字的简短数字报文通信和几十纳秒级精度的精密授时功能。RNSS采用无源定位方式，通过地面运控系统监测整个导航系统的卫星位置并同步卫星时钟，从而保证卫星星历的信息准确。该方式与美国GPS系统以及欧洲Galileo系统的原理相同，最大的特点是系统的容量理论上不受限，隐蔽性强。
随着北斗卫星导航系统完成了在亚太区组网并正式提供服务，北斗芯片、终端及上下游软硬件等产业链环节研发和产业化取得积极进展，这些都为北斗卫星导航系统在行业领域应用推广奠定了坚实的基础。目前，除了在军用系统中的使用以外，我国的智能电网、道路交通管理、铁路智能交通、海运、水运、航空、特殊货物运输监管、应急救援、气象服务、精细农业、精密授时等领域的北斗应用示范都在抓紧建设实施。
2 北斗/GPS卫星授时方案
2.1 北斗/GPS高精度授时总体方案
目前多数授时产品采用的授时方案是基于国外厂商成熟的GPS模块与北斗一代单向授时模块进行组合，2个模块独立解算，通过某种方法选择一个系统的授时信息和1PPS(秒脉冲)信号输出[11]。该模式不同源的观测数据不能共用，在城市峡谷地区或部分天空被遮蔽出现卫星数少和几何因子差等情况时，其可用性和可靠性就可能受到影响，而且数据不能共用，也就不能充分发挥2个导航系统的优势来进行完好性监测。此外，在出现外界故意或无意干扰、故意降低服务精度、卫星健康状况等情况时，其可靠性、安全性无法得到保障。
为实现高精度的授时方案，并有效提高授时系统的安全性和可靠性，本文针对电力系统典型的授时应用需求，基于GPS系统、北斗一代系统和北斗二代系统，提出北斗/GPS高精度授时与同步技术总体方案，如图1所示。
总体方案包括省级调度中心，市级调度中心和电网终端3部分，高精度的授时主要基于其中的电力系统时间同步服务器，时间同步实时监测系统以及北斗/GPS卫星授时系统。利用该授时方案可大大提高电力系统广域同步采样的可靠性。
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GPS 卫星
图1 北斗/GPS 高精度授时方案
Fig. 1 Beidou/GPS high-precision time service solution
2.2 北斗/GPS 高精度授时芯片技术方案
针对电力系统复杂的应用环境，结合北斗卫星导航系统运行的现状，选择多通道和多模式的高精度授时技术方案，可以保证授时终端即使处于恶劣的野外环境或受遮挡环境下也能稳定输出精确的时钟信号，有效提高授时的可靠性。
图2所示为本文提出的北斗/GPS 高精度授时芯片技术实现方案。方案采用较为成熟的北斗一代作为主要授时源，同时兼容北斗二代/GPS 实现了双通道授时(北斗一代、北斗二代双通道或北斗一代、GPS 双通道)技术方案。
方案中，通道一通过天线(2.48 GHz)接收北斗一代卫星信号，并通过射频电路实现前端放大、下混频、模数转换后输出包含时间、延时等状态信息的数字信号供数字基带电路处理。数字基带电路通过硬件算法恢复出标准时间信息及延时信息等关键信息后，随即输出标准时间、通道授时状态等信息。
图2 北斗/GPS 高精度授时芯片技术方案
Fig. 2 Chip solution of Beidou/GPS high-precision
time service
通道二通过天线(1.22 GHz)接收北斗二
代(BD2)/GPS 卫星信号，BD2和GPS 射频载波频率较
为接近，可采用相同的射频放大及下混频电路。基带滤波电路可以通过寄存器配置，将射频前端电路配置成BD2或者GPS 射频前端。数字基带也可配置成GPS 或BD2的基带处理协议，并使用BD2/GPS 相应的相关码计算出准确的时间信息，并输出授时设备状态等信息。
3 北斗/GPS 高精度授时芯片关键技术
3.1 北斗一代高精度授时关键技术
“北斗一号”系统是我国自行研制和建立的一种区域卫星导航定位通信系统，结构如图3所示。“北斗一号”导航系统拥有快速定位、间断通信和精密授时3大主要功能。
中心站系统电离层卫星轨道误差多普勒效应
北斗卫星
图3 北斗导航系统
Fig. 3 Beidou navigation system
授时功能提供单向和双向2种授时方式，使用授时终端，可与北斗导航系统实现时间和频率的同步，授时精度为100 ns(单向授时)和20 ns(双向授时)。在单向授时模式下，授时终端无需与地面中心站通信，根据终端的精密坐标计算卫星信号的传输延时，修正接收的时间信息得到精确时间。传输延时主要有中心站到卫星的上行传输延时、卫星到用户端的下行延时及由对流层、电离层等引入的其他延时等。用户机通过接收导航电文及相关延时信息自主计算
出标准时间，并使本地时间和北斗时间同步。
北斗一代射频前端电路由低噪声放大器(low
noise amplifier ，LNA)、下混频器、基带滤波、放大电路及模数转换器构成，如图4所示。LNA 将天线上的微弱射频信号放大，由于该放大器在射频电
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北斗一代射频前端
图4北斗一代射频前端电路
Fig. 4 RF front-end circuit of Beidou compass
路的最前端，其噪声会在后级被放大，故对该放大器的噪声系数要求较高。混频器将经过放大的信号和本地精准时钟混频，将调制在射频信号上的有用信号混频到较低频率。滤波器抑制有用信号带外的杂波，AD转换器将有用信号量化成数字信号，供数字基带电路(见图5)进行协议解析。
图5北斗一代数字基带电路
Fig. 5 Digital base-band circuit of Beidou compass
北斗一代卫星信号采用码分多址(code division multiple access，CDMA)的直接序列扩频信号。为了解调出卫星信号所包含的数据，必须在接收端对接收的数字信号进行一系列处理。在扩频系统中，同步存在2类不确定，即码相位和载波频率的不确定。针对这2类不确定性，数字基带需要首先对AD输出的数字信号进行解扩和解调。实现同步包含捕获和跟踪2步，信号经过跟踪模块后恢复出卫星信号，授时处理模块结合位置信息计算出精确时间。
3.2 北斗二代/GPS高精度授时关键技术
GPS时是全球卫星定位系统专用的时间系统，它由GPS主控站的一组高精度原子钟所控制。GPS 时也属于原子时系统，其秒长与协调世界时(coordinated universal time，UTC)相同。GPS时与UTC是一种相关的时间系统，其偏差已包含在导航电文中，用户接收机接收到导航电文后修正该偏差。输出时间是同步到UTC后的结果。GPS授时设备常用的授时方法有单站法、飞跃法、单星共视法、多星共视法和多星跟踪法。GPS授时精度和授时方法有关，误差范围是1~100 ns。
北斗二代授时机制与GPS相似，部分载波频率也有重叠，其授时精度低于50 ns。
北斗二代/GPS授时芯片实现方案中，BD2/GPS 射频前端采用零/低中频结构，见图6，信号经过低噪声放大器后分为I/Q 2路。经过相位差90?的本振混频后产生I/Q信号，通过I/Q校准消除混频器等
I
Q
图6北斗二代/GPS射频前端电路
Fig. 6 RF front-end circuit of Beidou compass II
引入的I/Q失配。I/Q信号经过放大后经AD采样送到数字基带部分输入端。
BD2/GPS的AD采样速率典型为PRN基码速率的
8~12倍。采样值送至数字接收机通道中处理，一共有N个(5~12)并行通道，以同时跟踪来自N颗卫星的载频和码。每个通道包含码跟踪环和载波跟踪环，以完成码和载波的相位测量和导航电文的解调。解调后的电文经授时控制模块处理即能产生所需时钟信号。如图7所示。
图7北斗二代/GPS数字基带电路
Fig. 7 Digital base-band circuit of Beidou compass II
4 高精度授时方案在智能电网中的应用前景
基于北斗一代系统、北斗二代系统、GPS系统的高精度授时方案在智能电网建设过程中具有广泛的应用前景。
1）北斗卫星导航系统是我国自主知识产权、自主建设的独立系统。开展北斗高精度授时技术在智能电网中的应用，一方面可以摆脱对GPS系统的技术依赖，另一方面可以提升北斗卫星系统在国际授时应用领域的技术水平和地位。
2）目前大量电力业务(系统)需要准确的时间基准，而且不同业务的要求不尽相同(见表1)。为有效保障电力系统运行的安全性和稳定性，需要引入高精度的授时基准[12-13]。
表1电力业务对时间同步的需求
Tab. 1 Power business requirement of time
synchronization
业务(系统)名称时间同步准确度/s 线路行波故障测距装置1?10-6
雷电定位系统1?10-6
功角测量系统4?10-5
故障录波系统1?10-3
时间顺序记录装置1?10-3
微机保护装置1?10-3
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3）同步时间信号的精度是保证PMU进行同步采样的关键[14-15]，本文提出的北斗/GPS高精度授时方案，其精度完全可以满足电力应用需求。测试结果显示，通道一授时精度可达15 ns(1σ)，通道二授时精度可达20 ns(1σ)，守时精度可达1 μs/h，可保持12 h。
4）北斗卫星系统具有转发和收发双向数字报文的通信能力，而GPS系统本身不具备通信能力，北斗系统在数据测量点和主站的数据通信方面将会具有独特的优势。
5）采用北斗卫星系统授时方案作为GPS系统授时的备选方案，一方面可以提升整体系统的授时精度，从而保障全电网系统的时基统一性；另一方面可以依靠自主系统实现高可靠性和高安全性，大幅提升智能电网的坚强性。
5 结语
随着智能电网的建设和自动化水平的逐步提升，统一的时间基准成为智能电网建设中不可忽视的重要课题。建设基于我国自主知识产权的北斗卫星系统的授时方案是电力技术发展和智能电网建设的迫切需求。
本文提出了基于北斗卫星系统和GPS的三模双通道高精度授时方案，并从硬件实现的角度分析了该技术方案的可行性和先进性，在电力高精度授时方面具有优势。高精度授时方案的建设可以实现自主掌握授时技术，提升电力系统授时基准精度，有效保障电力系统运行的安全性和稳定性，具有广阔的应用前景。
北斗授时行业应用尚处于初步发展阶段，成本普遍较高，且智能电网各系统对授时精度的需求不尽相同。成本和需求限制了北斗/GPS授时系统的推广，降低授时系统的成本并结合电网设备的授时需求建设差异化授时方案是今后要深入研究的内容。参考文献
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收稿日期：2013-06-14。
作者简介：
赵东艳(1970)，女，硕士，高级工程师，研究方
向为电力系统自动化，E-m ai l：zha odon gyan
@https://www.360docs.net/doc/bf6839823.html,；
原义栋(1980)，男，硕士，研究方向为模拟IC
设计，E-mail：yuanyidong@https://www.360docs.net/doc/bf6839823.html,；
石磊(1982)，男，博士，研究方向为数字IC
设赵东艳
计，E-mail：shilei@https://www.360docs.net/doc/bf6839823.html,；
张海峰(1978)，男，本科，专业为微电子学与固体电子学。
（责任编辑李兰欣）
北斗校时服务器装置介绍
北斗校时服务器装置介绍 在科技的发展下，人们对于时间精度的要求也越来越高，所以一些简单的机械式时钟就会被精度更高的时钟所代替，为达到更高的时间精度，时钟的授时方式和种类就需要改变，比如北斗校时服务器、CDMA时钟服务器、GPS时钟服务器。其中北斗校时服务器装置是指接收中国北斗卫星导航系统，进行授时的时间服务器。 北斗校时服务器装置以北斗卫星信号作为标准时间源的，北斗校时服务器装置内置卫星接收机，可以接收卫星时间信号，然后将卫星信号通过网络传输给终端设备，并对终端设备的时间进行校准，使局域网内终端设备和北斗校时服务器装置的时间同步，达到终端设备和卫星时间一致。北斗校时服务器内置高精度恒温晶振，恒温晶振具有守时功能，在卫星失锁或时间服务器断电的情况下，也不用担心时间错误，保证了场所内的时间精确。北斗校时服务器具体工作原理如；授时天线接收卫星信号后由同轴电缆传递到时间服务器，时间服务器
接收到卫星信号后，通过网口输出将卫星时间传递给终端设备。 目前西安同步电子科技有限公司，所生产的北斗校时服务器，如SYN2151型NTP时间同步服务器，内置GPS北斗卫星信号接收机，定时精度≤30ns、跟踪灵敏度≤-160dBm。时间同步服务器网络输出为10M/100M/1000M自适应、网络授时精度0.5-10ms。支持Web管理软件监控管理。SYN2151NTP时间同步服务器还具有，防火墙保护 SYN-flood防御，软硬件看门狗设计，QoS功能，中英文选择功能，监控NTP网络授时运行状态，网络诊断等多种功能，可用于各个行业满足各种客户需求。 北斗校时服务器装置目前市场上的供应商居多，但对于北斗校时服务器装置的功能来说，一般的授时功能都是可以满足的，但在特殊要求或功能的条件下，有的供应商就不能满足了。西安同步电子科技有限公司的北斗校时服务器装置增加其他功能和许多选件，比如天线放大器，天馈线避雷器，高精度授时接收机，双电源，铷原子钟、驯
北斗卫星时间同步系统的重要性
北斗卫星时间同步系统的重要性 概述 电脑时间走时不准时常有的事，不准确的电脑时钟对时网络结构以及其中的应用程序的安全性会产生较大的影响，尤其是那些对没有实现网络同步而导致的问题比较敏感的网络质量或应用程序。 要得到最佳的网络表现，就得向系统提供标准的时间信息，这时可以选用北斗卫星时间同步系统来实现时间统一，千万不要等到出了问题才认识到时间同步的重要性。如果没有时间同步，网络指令是没法正常运行的，时间同步直接影响网络指令的领域有：记录文件安全、审核和监控、网络错误检查和复原、文件时间戳目录服务、文件及指令存取安全与确认、分散式计算、预设操作、真实世界世界值等等。 北斗授时 北斗授时是通信网络安全组网的根本保证就同步网而言，我国的频率同步网采用的是多基准混合同步方式，即全网部署多个1级基准时钟设备，并且需配置高性能的卫星授时接收机，以保证全网的定时性能。我国的时间同步网则采用分布式组网方式，即在每个时间同步设备上均需配置高性能的卫星授时接收机，以保证全网的时间精度。 就移动通信网络而言，CDMA基站、CDMA2000基站、TD-SCDMA基站等均需要高精度的时间同步，目前是在每个基站上配置GPS授时模块。如果基站与基站之间的时间同步不能达到一定要求，将可能导致在选择器中发生指令不匹配，从而导致通话连接不能正常建立，影响无线业务的接续质量。 北斗授时性能可以满足通信网络的需求，基于北斗/GPS双模的授时设备最早在2003年进入通信领域，在2008年之前主要提供频率同步服务，此后可同时提供时间同步和频率同步服务。根据近十年的多次测试情况，可以看出北斗设备在正常情况下可以满足通信网中对频率同步和时间同步的要求，尤其是2008年以后生产的北斗设备其性能普遍达到了GPS卫星接收机设备的水平，完全可以满足通信网中各种通信设备对频率同步和时间同步的需求。 北斗卫星同步时间的意义 利用北斗卫星，才可在全球范围内用超短波传播时号；用超短波传播时号不
北斗授时
1.北斗授时工作机理 在现代卫星导航系统中，为了保证系统中各个钟的精确同步，需要一个准确、稳定和可靠的时间参考，这通常是以系统中的部分钟或全部的钟为基础。利用统计平均的方法建立一个系统时间来实现。星上通常以原子钟为参考钟。 系统时间与UTC之间协调方法，需要考虑国际标准时间到系统时间传递的各个环节，是提高授时准确度中的最重要一环。 系统钟的同步方法，主要涉及到系统中各个钟的精确数据的收集方法和控制方法，要研究相对论效应对星载钟同步的影响，比对测量和钟驾驭方法的研究是时钟同步的基础。 系统授时方法，包括卫星电文中的与时间有关的信息的制定与产生，用户终端定时技术涉及到接收、比对及控制技术等。 对用户来说，北斗的授时精度主要由授时模块来提供，通常20ns，由秒脉冲同步来保证。 2.为何要时间同步 对于一个进入信息社会的现代化大国，导航定位和授时系统是最重要、而且也是最关键的国家基础设施之一。现代武器实（试）验、战争需要它保障，智能化交通运输系统的建立和数字化地球的实现需要它支持。现代通信网和电力网建设也越来越增强了对精度时间和频率的依赖。为了提高民用定位定时的性能和可靠性、安全
性，利用这些卫星系统建立广域增强系统（Waas）美国、日本、欧洲和俄罗斯也在计划或研制之中。 这些系统导航定位的基本概念都是以精度时间测量为基础的。正如有人所指出的那样，我们人类生活在余割四维的世界（x、y、z、t）其中一维就是时间，而另外三维的精度确定，就今天而言，没有精确的定时也是难以实现的。 单从授时出发，不难理解系统发播时间的精确控制是不可缺少的。而对于导航定位，系统内部钟（星载钟和地面监测和控制台站的钟）的同步就极为关键。没有原子钟的支持，没有钟同步和保持技术的支持，实现星基导航和定位是不可能的。在完成精确时间的传递过程，需要对传播时延作精确修正，而这又需要知道用户的精确地理位置。 从以上分析可以看出，无论在系统概念、技术、装备或管理上，与其他通讯和卫星系统相比，导航定位卫星系统与高精度卫星授时系统有很好的兼容性和互补性，二者是相辅相成的。从资源共享和合理利用出发，先进的卫星系统应该成为一个导航授时一体化的高精度星基四维（x、y、z、t）信息源， GPS、北斗、Glonass和正在研制中的Galileo，无不把其授时功能提到仅次于导航定位的重要地位。以便满足个行各业对精度时间和频率日益增长的需求。 一般的电子设备晶振的精度为6~12ppm，亦即每秒有约9微秒（平均）的误差，1小时累积约32毫秒误差，1天累积约0.8秒误差，一个月累积约23秒误差，1年累积约280秒误差。可见日常工
北斗授时介绍
卫星授时介绍 1 概述 1.1 北斗系统介绍 “BD一号”系统是我国自行研制和建立的一种区域卫星导航定位通信系统，又称：“双星定位”系统或“BD一号”系统。主要是利用两颗地球同步卫星来测量地球表面和空中的各种用户的位置，并同时兼有双向报文通信和定时授时的功能。该系统集测量技术、定位技术、数字通信和扩频技术为一体，是一种全天候的覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星导航、定位、通信系统。随着2003年5月25日“BD一号”系统的第3颗卫星成功发射升空，将进一步完善“BD一号”系统工作的稳定性和可靠性。 “BD一号”系统主要由一个地面中心站、两颗地球同步卫星（目前3颗）、若干个专用测轨站和标校站，以及成千上万个各类用户机等部分组成。用户机是“BD一号”卫星导航定位通信系统的应用终端，可以应用于各种不同的载体之中。按应用的载体不同，用户机可以分为：手持（单兵携带）型、车载型、舰载型、机载型和弹载型等；按用途不同又分为指挥型、定位型、授时型、信息接收型和组合功能型等。与GPS、GLONASS卫星导航定位系统相比，具有我国自主知识产权的“BD一号”系统在国防军事领域的部队作战、训练、科研、武器装备等方面，在公安、武警和民用交通运输、地质、科考、探险、地形测绘等领域中将具有更加广泛和深入的应用前景，该系统的建立和应用不仅会对我国国防现代化建设和国民经济建设作出重大的贡献，而且对国民经济的发展也会带来巨大的社会经济效益。 1.2 工作原理概述 “BD一号”系统的工作原理是“三球交会测量原理”，即: 以位置已知的两颗地球同步卫星为两个球心，以它们分别到用户的距离（要完成的测量量）为半径可以作两个球面；以地球的球心为中心，以地球的半径加上用户的高程为半径作出第三个球面，三个球面的交会点排除其镜象点即为用户的位置。 “BD一号”系统的定位工作过程是: 首先由地面中心站向两颗地球同步卫星发送确定格式的询问信号，两颗地球同步卫星将询问信号广播转发给服务区域内的各种用户机。当用户机接收到一颗地球同步卫星转发的信号以后，自动搜索、捕获和稳定跟踪
多模GNSS高精度授时在电力系统中的应用分析
多模GNSS高精度授时在电力系统中的应用分析 孙晓波李冶天 （黑龙江电力调度通信中心，黑龙江哈尔滨150090）） 摘要:分析了电力系统对高精度同步时钟需求以及全球导航卫星系统（GNSS）应用的可行性, 给出多模GNSS授时装置的架构，举例分析GNSS高精度授时技术在电压相角测量、输电线路故障定位中的应用，其对于推动电力系统时间同步技术的发展具有重要的意义。 关键词:GNSS、电力系统、高精度、授时 Multi-Mode GNSS High Precision Time Service Device Application Analysis in Power System. SUN Xiaobo, LI Yetian (Heilongjiang Electric Power Dispatch Communication Center,Harbin 150090) Abstract:：The paper analyzed the need for high precision synchronous clock and the application feasibility of Global Navigation Satellite System in power system, gave the framework of Multi-mode time service device based on GNSS, analyzed the application of high precision time service in voltage phase measurement and fault location of transmission line, showed its signification in pushing development of time synchronization technique in power system. Keyword: GNSS, power system, high precision, time service 我国电力系统是以超高压输电、大机组和自动化为主要特征的现代化大电网。我国电力系统的运行实行分层控制，电力系统设备的运行往往要靠几十公里甚至数百公里外的调控中心指挥。电力系统运行瞬息万变，发生事故后更要及时处理，这些都需要统一的、精确的时间基准。为保证电网安全、经济运行，各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置广泛应用，如调度自动化系统、故障录波器、微机继电保护装置、事件顺序记录装置、变电站计算机监控系统、火电厂机组自动控制系统、雷电定位系统等等，这些自动化装置都需要统一的时间基准，这是保障设备安全运行和管理的重要基础。这些装置的正常工作和作用的发挥，同样离不开统一的电力系统的时间基准。 1 电力系统对高精度同步时钟需求分析 随着电力系统规模的日益增大，电力系统的安全、稳定、可靠运行对时间的基准同一性、同步性及精度要求也在进一步提高，在电厂、变电站及调控中心等建立专用的时间同步系统已经显得十分迫切和必要。电网对时间同步的迫切需求主要体现在电网调度、电网故障判断等与电力生产直接相关的自动控制领域。同时，随着数字电网建设的加快,一些新的系统,如电网预决策分析系统对时间同步的需求更迫切。电力自动化设备(系统) 对时间同步精度有不同的等级要求 ,大致分为以下4 类[1-4]: 1) 时间同步准确度不大于1 μs :包括线路行波故障测距装置、同步相量测量装置、雷电定位系统、电子式互感器的合并单元等。 2) 时间同步准确度不大于 1 ms :包括故障录波器、SOE 装置、电气测控单元/ 远程终端装置(RTU) / 保护测控一体化装置等。 3) 时间同步准确度不大于10 ms :包括微机保护装置、安全自动装置、馈线终端装置( FTU) 、变压器终端装置( TTU) 、配电网自动化系统等。 4) 时间同步准确度不大于1 s :包括电能量采集装置、用电监控终端装置、电气设备在
北斗卫星授时介绍
北斗卫星授时介绍 北斗卫星授时介绍 1 概述 1.1 北斗系统介绍 “BD一号”系统是我国自行研制和建立的一种区域卫星导航定位通信系统，又称：“双星定位”系统或“BD一号”系统。主要是利用两颗地球同步卫星来测量地球表面和空中的各种用户的位置，并同时兼有双向报文通信和定时授时的功能。该系统集测量技术、定位技术、数字通信和扩频技术为一体，是一种全天候的覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星导航、定位、通信系统。随着2003年5月25日“BD一号”系统的第3颗卫星成功发射升空，将进一步完善“BD一号”系统工作的稳定性和可靠性。 “BD一号”系统主要由一个地面中心站、两颗地球同步卫星（目前3颗）、若干个专用测轨站和标校站，以及成千上万个各类用户机等部分组成。用户机是“BD一号”卫星导航定位通信系统的应用终端，可以应用于各种不同的载体之中。按应用的载体不同，用户机可以分为：手持（单兵携带）型、车载型、舰载型、机载型和弹载型等；按用途不同又分为指挥型、定位型、授时型、信息接收型和组合功能型等。与GPS、GLONASS卫星导航定位系统相比，具有我国自主知识产权的“BD一号”系统在国防军事领域的部队作战、训练、科研、武器装备等方面，在公安、武警和民用交通运输、地质、科考、探险、地形测绘等领域中将具有更加广泛和深入的应用前景，该系统的建立和应用不仅会对我国国防现代化建设和国民经济建设作出重大的贡献，而且对国民经济的发展也会带来巨大的社会经济效益。 1.2 工作原理概述 “BD一号”系统的工作原理是“三球交会测量原理”，即: 以位置已知的两颗地球同步卫星为两个球心，以它们分别到用户的距离（要完成的测量量）为半径可以作两个球面；以地球的球心为中心，以地球的半径加上用户的高程为半径作出第三个球面，三个球面的交会点排除其镜象点即为用户的位置。 “BD一号”系统的定位工作过程是: 首先由地面中心站向两颗地球同步卫星发送确定格式的询问信号，两颗地球同步卫星将询问信号广播转发给服务区域内的各种用户机。当用户机接收到一颗地球同步卫星转发的信号以后，自动搜索、捕获和稳定跟踪该卫星信号。经过一定的信息处理和时延后，再按确定的格式同时向两颗地球同步卫星播发自己的应答信号。两颗地球同步卫星将其应答信号转发到地面中心站。地面中心站接收到该应答信号以后，测量整个应答信号的往返总时延，并根据地面中心站至两颗同步卫星的距离、用户机的高度等数据信息，解算出该用户机（即载体）在地球表面或空中的当前位置。再由地面中心站经过地球同步卫星把该位置信息传送给用户机，在用户机的显示器上显示其当前地理坐标位置，完成了用户机的单收双发定位工作模式。如果用户机同时接收到两颗地球同步卫星的信号，并测量出两个询问信号的时差后，将该时差通过一颗地球同步卫星转发给地面中心站，地面中心站的计算机根据该时差值就可以解算出用户机（即载体）在地球表面或空中的当前位置，并发送给用户机，完成了双收单发的定位工作模式。 地面中心站发送广播询问信号的同时也可以传送通信电文。用户机可以通过自己的应答信号向地面中心站传送需要发送的通信信息，因而该系统具备双向通信功能。地面中心站所发送的广播询问信号中还可以发播标准时间信号，用户机应用这些信号可以进行校时，所以该系
北斗卫星在电力系统授时中的研究
2008 中国国际供电会议 1 北斗卫星在电力系统授时中的研究 陈炯聪1，张道杰2，高新华1 1. 广东电网公司电力科学研究院，广州，510600； 2. 深圳市双合电脑系统股份有限公司 摘 要：利用卫星进行授时，有着精度高、受环境干扰小、实时性好等优点，其在授时研究和应用领域有着广泛和美好的前景。 GPS 是目前应用最为广泛的卫星定位授时系统，但仅仅依靠GPS 授时会存在两方面问题，一是手段单一，再则我国没有自主控制权。我国从80年代开始就着手研究双星定位系统，己于2003年成功完成“北斗一号”卫星定位系统的构建工作。 本文在对北斗卫星系统简介的基础上，分析北斗卫星时间同步系统在我国电力系统中应用的必要性和可行性。介绍了结合北斗卫星时钟信号和OCXO 特性 的1PPS 提供给电力授时的理论和实现方法。并设计实现了一种基于单片机和北斗卫星OEM 板的卫星同步时钟装置。它由北斗OEM 接收机、中央处理单元和输出接口组成。利用OEM 接收机提供的北斗卫星标准时间信号，通过中央处理单元对数据的处理驯服OCXO ，使输出的1PPS 具有良好的长稳、短稳特性。输出 的1PPS 秒脉冲信号可同步电网内运行的各时钟，保证电网内所有时钟的高精度同步运行。这种新的时钟同步方法具有实现手段简单、范围大、精度高、不受地理和气候条件限制等诸多优点，是理想的时钟同步方法。 利用北斗卫星同步时钟装置，对所属范围各厂站的保护系统、故障录波系统进行统一的随时的时钟校对，该课题对电网自动化水平的提高，特别是对事故分析、故障测距、稳定判断与控制技术的发展有重要的意义。 关键词：单片机；北斗；电力系统；同步时钟 1. 北斗卫星简介 北斗导航定位系统是由中国自主建设的卫星系统，1994年正式立项，2003年双星导航定位系统正式投入使用。北斗导航定位系统由空间卫星、地面中心控制系统和用户终端组成。 1.1 空间部分 空间部分由两颗地球同步的导航卫星和一颗在轨备用卫星组成。3颗卫星距地面约36000km ，分别位于赤道面东经80度、140度和110.5度(备份卫星)。空间卫星的任务是完成中心控制系统和用户收发机之间的双向无线电信号转发。卫星上主要载荷是变频转发器、S 波段天线(两个波束)和L 波段天线(两个波束)。 1.2 地面中心 地面中心控制系统由一个中心控制站、若干卫星定轨标校站、差分定位标校站和测高标校站组成。地面中心控制系统是北斗定位导航系统的控制和管理中心，是北斗导航定位系统的中枢，它由信号收发分系统、信息处理分系统、时间分系统、监控分系统和信道监控分系统等组成。 1.3 用户终端 用户终端由信号接收天线、混频和放大电路、发射装置、信息输入键盘和显示器等组成。根据执行任务的不同用户终端分为:通信终端、卫星测轨终端、差分定位标校终 端、和授时终端等。 2. 分析北斗卫星时间同步系统在我国电力系统 应用的必要性和可行性 高精度时间频率传递在国民经济中的地位十分突出，其在通信网的时间同步、电力系统调控等许多方面有着无可替代的重大作用。近年来，随着国防和空间技术的发展，对高精度时间和频率传递又提出了更高的要求，空中目标的探测与拦截、无线电导航系统的时钟基准等技术对时间同步精度要求都达到纳秒量级。因此开展高精度授时技术应用研究，对解决国民经济和国防建设事业对高精度时间同步的需求具有重要的意义。 GPS 授时是典型的利用卫星进行时间传递和比对的方法，工作范围覆盖全球，并且时间传递的准确度高，目前，GPS 授时精度已经达到10~20ns 。 但仅仅依靠GPS 授时会存在两方面问题，一是手段单一，再则我国没有自主控制权。我国从80年代开始就着手研究双星定位系统，己于2003年成功完成“北斗一号”卫星定位系统的构建工作。北斗导航系统又称双星快速定位通讯系统，它是星基区域双向主动式无线电导航系统，具有全天候、高精度、连续、实时、快速的导航定位和多功能、多用途、高可靠性的特点。 随着国民经济的不断发展，人们对电力的质量、需求
GPS授时精度
GPS授时系统编辑 GPS授时系统是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品，GPS授时产品它从GPS卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU），这样就可以达到整个系统的时间同步。 中文名GPS授时系统 外文名GPS time transfer system 设备计算机、保护装置 机组分散控制系统(DCS) 目录 1前言 2简介 1前言 编辑 随着计算机和网络通信技术的飞速发展，火电厂热工自动化系统数字化、网络化的时代已经到来。这一方面为各控制和信息系统之间的数据交换、分析和应用提供了更好的平台、另一方面对各种实时和历史数据时间标签的准确性也提出了更高的要求。 使用价格并不昂贵的GPS时钟来统一全厂各种系统的时钟，已是目前火电厂设计中采用的标准做法。电厂内的机组分散控制系统(DCS)、辅助系统可编程控制器(PLC)、厂级监控信息系统(SIS)、电厂管理信息系统(MIS)等的主时钟通过合适的GPS时钟信号接口，得到标准的TOD(年月日时分秒)时间，然后按各自的时钟同步机制，将系统内的从时钟偏差限定在足够小的范围内，从而达到全厂的时钟同步。 2简介 编辑 一、GPS时钟及输出 1.1 GPS时钟
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)由一组美国国防部在1978年开始陆续发射的卫星所组成，共有24颗卫星运行在6个地心轨道平面内，根据时间和地点，地球上可见的卫星数量一直在4颗至11颗之间变化。 GPS时钟是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间的接受装置。为获得准确的GPS时间，GPS时钟必须先接受到至少4颗GPS卫星的信号，计算出自己所在的三维位置。在已经得出具体位置后，GPS时钟只要接受到1颗GPS 卫星信号就能保证时钟的走时准确性。 作为火电厂的标准时钟，我们对GPS时钟的基本要求是：至少能同时跟踪8颗卫星，有尽可能短的冷、热启动时间，配有后备电池，有高精度、可灵活配置的时钟输出信号。 1.2 GPS时钟信号输出 目前，电厂用到的GPS时钟输出信号主要有以下三种类型： 1.2.1 1PPS/1PPM输出 此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲。显然，时钟脉冲输出不含具体时间信息。 1.2.2 IRIG-B输出 IRIG(美国the Inter-Range Instrumentation Group)共有A、B、D、E、G、H几种编码标准(IRIG Standard 200-98)。其中在时钟同步应用中使用最多的是IRIG-B编码，有bc电平偏移(DC码)、1kHz正弦载波调幅(AC码)等格式。IRIG-B信号每秒输出一帧(1fps)，每帧长为一秒。一帧共有100个码元(100pps)，每个码元宽10ms，由不同正脉冲宽度的码元来代表二进制0、1和位置标志位(P)，见图1.2.2-1。 为便于理解，图1.2.2-2给出了某个IRIG-B时间帧的输出例子。其中的秒、分、时、天(自当年1月1日起天数)用BCD码表示，控制功能码(Control Functions，CF)和标准二进制当天秒数码(Straight Binary Seconds Time of Day，SBS)则以一串二进制“0”填充(CF和SBS可选用，本例未采用)。 1.2.3 RS-232/RS-422/RS-485输出 此时钟输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文，每秒输出一次。时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断信息等。此输出目前无标准格式，下图为一个用17个字节发送标准时间的实例： 1.3电力自动化系统GPS时钟的应用
北斗授时终端现状概述
北斗授时终端现状概述 近些年来，北斗卫星导航系统的逐渐崛起使得北斗授时终端应时而生。毫无疑问，北斗授时终端相关产业和方向的研究也必将会成为一大热门。 一、北斗授时终端简介 授时技术一般来说主要包括短波授时、长波授时、网络授时和卫星授时。其中卫星导航授时因为其具有精度高、覆盖范围广、全天时、全天候和设备成本低等诸多优点，越来越受到各类用户的青睐。 利用所接收导航信号解算的高精度时间信息综合实现了NTP、B码、PTP和串口等的高精度授时服务的设备即为授时终端。 电力、金融、电信是与国家安全和人民利益息息相关的重要领域，它们对时间系统的同步性往往都有着很高的要求。之前我国在这些领域使用的都是美国GPS授时技术，不但受制于人，还存在着极大的安全隐患。但是随着我国北斗卫星导航系统（BDS）和北斗授时技术的快速发展，北斗授时产品目前正在逐步替代着GPS授时产品。 二、北斗授时原理 北斗授时根据其授时方式的不同，大致可以分为单向授时和双向授时两种。 1、单向授时 单向授时是由授时终端接收卫星信号，解算出基本观测量信息和导航电文信息，进而获得钟差修正本地时间，使得本地时间与UTC同步。当然，单向授时细分之下也可分为RNSS 单向授时与RDSS单向授时两种模式。鉴于文章篇幅原因，这里不再赘述。 简单来说，单向授时是北斗授时终端可以自主实现的一种定时功能。 2、双向授时 相对于单向授时而言，双向授时具有较高的授时精度。 首先，双向授时设备具备出站信号接收和应答发射入站信号的能力。它通过与地面中心站进行往返测量，由中心站获得授时终端与地面中心站的时间差值。这样它就可以避免授时终端天线位置误差、电离层/对流层改造残差等诸多不确定因素引起的单向授时偏差。 授时终端发起授时申请，与地面中心站进行交互，向地面中心站发送定时申请，地面中心站计算其与授时终端的时间差，并通过出站信号播发给该授时终端，授时终端返回的正向传播时延信息T正向及出站电文获得的RDSS系统时间与UTC时间差值?T(GNT-UTC)，修正本地时间使其与UTC时间同步完成双向授时。?TJST-UTC=T测量-T正向-T接收零值+?TGNT-UTC（5）。
四创电子北斗单向授时型模块说明书
目 次 1 背景 (1) 2 模块简介 (1) 3 功能特点和技术指标 (2) 3.1 模块功能特点 (2) 3.2 模块性能指标 (2) 4 接口规范 (4) 4.1 外形尺寸 (4) 4.2 引脚定义 (4) 4.3 软件接口 (5) 5 连接说明 (6)
1 背景 “北斗一号”系统是我国自行研制和建立的一种区域卫星导航定位通信系统，又称“双星定位”系统或“北斗一号”系统。该系统集测量技术、定位技术、数字通信和扩频技术为一体，是一种全天候的覆盖我国及周边国家和地区的区域性卫星定位、授时、通信系统。 随着北斗卫星系统的不断成熟和终端技术的不断发展，实现北斗授时同步已成为我国卫星授时应用的发展趋势。其终端模块的应用可减少对国外卫星系统的依赖性，这将为我国通信、电力等重点行业授时应用提供可靠技术保障。 2 模块简介 在北斗应用早期，由于“北斗一号”系统固有的局限，用户机实现授时定位通信等功能必须通过有源发射，因此现有的北斗用户机设备普遍存在体积大、成本高、系统容量小的缺点。四创公司通过多年在北斗领域的研发攻关，推出具备无源授时功能的“北斗一号”单向授时产品（模块外观示意图如图2-1所示）。 图2-1 北斗单向授时模块实物图
北斗单向授时模块是一款通过无源方式实现授时功能的核心处理板，该产品可同时接收“北斗一号” 三通道信号，北斗授时功能通过跟踪现有的三颗北斗卫星和通过外输入高程值而快速实现。授时模块功耗小，数据更新率1Hz。北斗单向授时模块从硬件和软件上都易于使用，非常适合系统集成应用。模块产品主要面向军队、电力、通信、金融、广电等需要时间同步的系统应用客户。 3 功能特点和技术指标 3.1 模块功能特点 ?同时跟踪三颗北斗卫星； ?具备北斗授时功能、提供UTC时间输出； ?提供高精度1PPS 输出； ?支持本地串口进行参数配置； ?支持天线开短路检测和保护功能。 3.2 模块性能指标 表3-1北斗单向授时模块性能指标 接收器结构●3个并行通道 跟踪能力●同时跟踪3颗卫星 基本特征 接收信号灵敏度●-157.6dBW 秒脉冲（1PPS）●误差≤100 ns（初始化精确位置信息，1σ） ●脉冲宽度：500ms ●前沿宽度：<10ns ●首帧串口信息与 1PPS上升沿的同步精度：<10 ms ●幅度：≥3V（LVCMOS电平） ●极性：正极性，前沿为正 ●输出阻抗：50? 性能特点 锁定时间●时钟（1PPS）锁定时间小于3分钟
北斗+GPS光纤拉远授时系统
GPS/北斗光纤拉远授时系统有效解决TD-SCDMA基站选址难题 中国移动建设运营的第三代移动通信TD-SCDMA-SCDMA网络是严格要求同步的 TD-SCDMAD系统，目前基站的时间同步由单一GPS授时系统实现。传统GPS授时系统， 由于拉远距离、工程施工和抗干扰能力等受限因素，限制了TD-SCDMA系统采用BBU+RRU 光纤拉远分布式基站的优势发挥，在TD-SCDMA站址选择日益困难的现状下，进一步加剧 基站选址的难度，已经成为TD-SCDMA站址选址的瓶颈。 在TD-SCDMA网络工程建设中，TD-SCDMA站址选择成为基站建设的重点问题，需主 要克服以下几点：首先，GPS天线与基站BBU侧的接收机通过射频馈线连接，射频馈线较 粗而且韧性差不易弯曲，其工程施工的难度限制了BBU与天面的拉远距离，极大地降低了BBU机房选址的灵活性；其次，射频馈线的信号衰减性限制了GPS射频信号的传输距离，拉远距离为百米之外就需要增加线路补偿放大器，加装放大器既增加了故障维护点又加大了施工难度，进一步加大新增站址的BBU机房选址灵活性；另外，GPS卫星系统属于美国军方，将使TD-SCDMA系统的正常运行受制于人，非常情况下，卫星系统一旦关闭或受干扰，TD-SCDMA系统将工作紊乱和瘫痪，整网安全存在很大隐患。 在TD-SCDMA网络建设过程中，GPS授时系统的替代解决方案一直是中国移动研究的 课题之一，大唐移动与中国移动持续加强创新合作，面对网络工程建设中的实际问题，推出了GPS/北斗双模一体化光纤拉远授时系统解决方案。该方案采用GPS/北斗双模一体化设计，相比传统GPS授时系统在拉远距离、工程实施、抗干扰能力、美化天面外观、安装维护便 捷性等方面有明显的优势，可实现TD-SCDMA系统天线和GPS/北斗天线的共抱杆安装，给GPS/北斗天线布放及基站选址提供了极大的灵活性，有效解决了网络建设中的基站选址难题，满足运营商快速建网的需求。 GPS/北斗光纤拉远授时系统解决工程施工难题 针对传统GPS单一授时系统普遍存在的传输距离受限、施工困难、易受干扰及安全隐 患的问题，为适应更广泛的布站场景，本方案采用GPS/北斗双模一体化设计，并且采用光 纤拉远的方法有效解决工程施工中传输距离受限和施工困难的难题。一体化GPS/北斗光纤 拉远授时系统方案，就是在天面部分将GPS/北斗天线与接收机进行一体化设计，接收机输 出的PPS与TOD信息通过光纤拉远的方法传输给基站机房内的BBU，BBU时钟恢复模块恢复PPS和TOD信息，并且传送到BBU需要同步的模块。基站设计不再需要考虑接收机的类型（GPS/北斗）、型号、厂家、尺寸等一系列问题，只需要基站和拉远接收机有相同的标 准接口和时间传输机制（如图1所示）。
北斗授时仪
中新创科北斗授时仪DNTS-84-OB 产品型号:DNTS-84-OB 产品尺寸:19英寸1U 4网口:恒温晶振高精度守时 产品概况 北京中新创科技有限公司研制开发的北斗授时仪DNTS-84-OB是一种高科技智能的、可独立工作的基于NTP/SNTP协议的高精度时钟同步服务器。DNTS-84-OB从北斗地球同步卫星上获取标准时钟信号信息，将这些信息在网络中传输，网络中需要时间信号的设备如计算机，控制器等设备就可以与标准时钟信号同步。当北斗接收机无信号时，DNTS-84-OB使用内置的恒温晶振守时，守时精度可达1E-9。北斗授时仪DNTS-84-OB使用标准的时钟信息通过TCP/IP网络传输，DNTS-84-OB支持多种流行的时间发布协议，如NTP,time/UDP,还可支持可设置的UDP端口的中新创科定义的时间广播数据包。NTP和time/UDP的端口号分别固定于RFC-123和RFC-37指定的123和37。北斗授时仪DNTS-84-OB同时支持SNTP协议的广播工作模式。 北斗授时仪DNTS-84-OB有4个10/100M自适应的以太网口，网口间物理相互隔离，完全保证数据安全性，可全设置同一个网段或者不同网段，具有冗余性，某个网口的故障将不会影响其他网口正常工作。每个以太口必须设置独立IP地址。
详细参数 授时精度1-10ms 支持协议NTP/SNTP V10,V20,V30,V40,SNMP,UDP,Telnet,IP,TCP 网口数量4个10/100M自适应以太网口 CPU双CPU同时工作，32位CPU为双核处理器，性能及大提高卫星接收机北斗2代接收机 守时功能恒温晶振精度可达1E-9,GJB2242-94 吞吐量可满足每秒每口2000次时间请求 授时记录保存最新50条 本地告警干接点告警 输出接口RS232/485,IRIG-B,10M,1PPS,支持GJB2911A-2008 规格描述 产品尺寸19英寸1U机架式 接收机北斗2代接收机 内置时钟内置恒温晶振，当卫星信号丢失情况下仍须输出标准时间信号 液晶显示 LCD液晶显示时间，2行每行20个字符，显示时间、卫星颗数及设备工作状态 LED分别指示电源，卫星锁定状态，保持工作状态，告警，NTP有效指示吞吐量可满足每秒每口2000次时间请求 本地告警支持SNMP告警,本地干接点告警输出，最大电流10A 输出接口RS232/485,IRIG-B,10M,1PPS, 10M正弦波输出,BNC接口 1PPS输出,BNC接口 IRIG-B码输出,BNC接口 IRIG-B码输入,BNC接口 RS232输出，支持TL1协议 输入接口串口输入，可人工设置时间，可做外部时钟源 守时功能当北斗信号丢失情况下仍须输出标准时间信号，恒温晶振精度达1E-9以上加密验证提供MD5加密验证功能
用于智能电网建设的北斗_GPS高精度授时方案关键技术_赵东艳
第37卷第9期电网技术V ol. 37 No. 9 2013年9月Power System Technology Sep. 2013 文章编号：1000-3673（2013）09-2621-05 中图分类号：TM 734 文献标志码：A 学科代码：470·4054 用于智能电网建设的北斗/GPS 高精度授时方案关键技术 赵东艳，原义栋，石磊，张海峰 （北京南瑞智芯微电子科技有限公司，北京市海淀区 100192） Key Technology in Beidou/GPS High-Precision Time Service Scheme for Smart Grid Construction ZHAO Dongyan, YUAN Yidong, SHI Lei, ZHANG Haifeng (Beijing NARI Smart Chip Microelectronics Co., Ltd., Haidian District, Bejing 100192, China) ABSTRACT: To effectively ensure the precision of time reference of the whole grid and gradually gets rid of the dependence of smart grid operation on global positioning system (GPS), based on GPS, the first and the second generation of Beidou navigation system a tri-mode dual-channel high-precision time service scheme that can be used to the construction of smart grids is proposed, and the SOC chip implementation for the proposed time service scheme is put forward, by which not only the potential safety hazard can be eliminated, but also the troubles in product volume and cost can be effectively resolved. In the viewpoint of hardware implementation, the feasibility and advancement of the proposed high-precision time service scheme as well as the prospect of applying it in smart grids are analyzed. According to present operation situation of the second generation of Beidou system and complex application environment of power grids, in the proposed time service scheme the relatively matured first generation of Beidou navigation system is used as the main clock source, meanwhile it is compatible with GPS and the second generation of Beidou navigation system, therefore the dual-channel time service mode, by which the time service by GPS and the first and the second generation of Beidou navigation system can be independently performed, is implemented, and the time base of time service in the two channels can be combined and resolved. The time service accuracy of the proposed scheme can reach up to 15ns, namely 1σ, and the time accuracy can reach up to 1μs/h, and thus the proposed high-precision time service scheme can completely satisfy the demand of smart grid construction. KEY WORDS: smart grid; Beidou navigation system; GPS; time service 摘要：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(1σ)，守时精度可达1 μs/h，完全可以满足智能电网建设的需求。 关键词：智能电网；北斗系统；GPS；授时 0 引言 随着电网系统的大区域互联[1]和广域动态测量系统(wide area measurement system，WAMS)[2]的逐步建立，基于广域同步采样数据可切实提高继电保护装置、故障测距装置、变电站一次设备状态监测装置、安全稳定控制系统、WAMS系统算法的准确性和应用的广泛性[3]。而同步相量测量装置(phasor measurement unit，PMU)[4]作为广域动态测量系统的核心终端装置，测量精度较高，并且其采样基于广域同步时钟，要求各类装置和系统基于统一的时间基准运行，以确保线路故障测距以及电网事故分析和稳定控制水平，提高运行效率及其可靠性[5-6]。 随着北斗卫星导航系统的建设与完善，基于北斗系统开展在电力系统授时方面的应用已是大势所趋。目前在电力应用领域中的授时产品主要以全球定位系统(global positioning system，GPS)[7]和北斗一代系统为主。GPS系统由美国军方控制，对于国家安全存在巨大隐患；北斗一代系统虽然可实现 DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2013.09.006
北斗对时设备
北斗对时设备--北斗网络时钟--北斗授时装置 北斗对时设备是目前国内应用最为广泛的授时装置，基本工作原理就是接收北斗卫星定时信号，输出各种授时信号，同步其它设备的时钟设备。影响北斗授时器价格的因素主要由外部参考源选择，内部时钟源选择，输出授时信号种类，授时信号路数，授时精度等因素决定。 1、北斗对时设备外部参考源 北斗授时器一般都是接收北斗卫星信号，但是有些也是可以接收gps卫星授时信号，glonass卫星授时信号，增加这两个信号价格也会相应提高，如果使用gps北斗双模卫星授时，价格基本增加不多，如果选择三模卫星授时，那价格会增加比较多，一般都要增加几千元。另外外部参考源还有IRIG-B,1PPS,10MHZ,DCF77等，增加一种价格就会增加一点，最贵的就是全部功能都有，价格是最高的。 联系人：刘池 手机：189********qq:2563113967 公司：西安同步电子科技有限公司 2、北斗网络时钟内部时钟源
北斗授时器内置时钟源一般包括温补晶振，恒温晶振，铷钟等，温补晶振最便宜，恒温晶振会比温补晶振贵1000元左右，铷钟会比恒温晶振价格贵1-2万元。选择以上三种内置时钟源的区别主要是守时精度的不同，比如温补晶振一天就会误差几百毫秒，恒温晶振会误差几毫秒，铷钟一天就会误差几微妙，如果对守时精度没有要求可以选择性价比高的温补晶振，如果用户对守时精度有要求那就务必按照技术指标来选择。 3、北斗授时装置输出信号种类 北斗授时器熟悉信号种类主要包括1pps，串口tod，NTP,SNTP,PTP，IRIG-B 码等信号，1pps和串口tod相对比较便宜，如果增加NTP/SNTP一路价格会贵2000元左右，如果增加PTP价格会增加5000元左右，如果增加IRIG-B码价格会增加3000元左右，具体的输出信号要根据实际应用环境来选择，如果不是很懂可以咨询我们的售前技术工程师，他们都是长期工作在一线的技术工程师，技术经验丰富，可以提出合理的授时解决方案。 4、北斗授时设备出路数 在上面北斗授时器输出信号种类的基础上增加输出路数，价格也会有相应的区别，一般1pps和tod增加一路在几百元，增加一路ntp/sntp在2000元左右，增加一路PTP在5000元左右，路数的增加肯定带来硬件成本的增加和系统的复杂程度，所以价格肯定也会高一些，建议预算充足的用户可以预留一些备用接口，以防后期使用。 5、北斗授装置授时精度 北斗授权授时精度是最关键的影响价格的因素，一般北斗授时精度在30ns 左右，如果授时精度要提高到20ns，那么价格就会增加几千元，如果要提高到10ns，那么价格就会提高几万元，如果要提高到几个ns，那么价格就会很昂贵，具体的价格就要和厂家直接沟通才可以确定。 6、北斗授时设备厂家 西安同步电子科技有限公司研发生产的北斗授时设备采用厂家直销，不需要中间商，直接让利给用户，用户直接与厂家签订合同，售后保障无忧，价格更是有保障。