本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的配電自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及配電網(wǎng)中主站和配電終端的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)和時(shí)鐘同步。

背景技術(shù)：

國家電網(wǎng)公司對(duì)配電網(wǎng)的投資逐漸加大，目前已經(jīng)投運(yùn)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，終端分布廣。主站與配電終端間的通信一般借助移動(dòng)公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，由于GPRS通信具備投資小，覆蓋范圍廣、便于施工等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已建的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，通信大多以GPRS通信為主。

主站和配電終端與GPRS模塊使用串口或網(wǎng)口連接，GPRS模塊只是作為主站與分布在各處的配電終端間通信的橋梁，為透?jìng)鞯耐ㄐ沤橘|(zhì)，主站通過GPRS無線模塊與配電終端，利用101規(guī)約完成各種數(shù)據(jù)的交互和對(duì)時(shí)命令。

由于電力網(wǎng)絡(luò)的特殊性，要求主站和配電終端之間的時(shí)鐘保持一致。主站一般通過GPS或北斗衛(wèi)星對(duì)時(shí)裝置獲得準(zhǔn)確的時(shí)鐘，因此全網(wǎng)中，主站的時(shí)間是一致的。配電終端的時(shí)間是通過主站周期性下發(fā)的對(duì)時(shí)命令獲得，但是由于GPRS無線通信數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較差，且具有不確定的延時(shí)特性，造成主站與終端間的對(duì)時(shí)延時(shí)不確定，導(dǎo)致配電系統(tǒng)中各個(gè)終端之間、終端與主站間的時(shí)鐘存在不確定的偏差。數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有GPRS通信的配電系統(tǒng)的對(duì)時(shí)機(jī)制存在數(shù)秒的誤差。電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)，要求故障發(fā)生時(shí)間和錄波啟動(dòng)時(shí)間的時(shí)間偏差不大于20ms。配電網(wǎng)故障后，帶有時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)的配電終端記錄如SOE、COS、故障記錄等，由于時(shí)間誤差很大，不具備參考意義。

由于衛(wèi)星對(duì)時(shí)裝置價(jià)格較高，配電終端安裝比較分散，數(shù)量較大，無法在每個(gè)終端配置衛(wèi)星對(duì)時(shí)裝置，目前只能采用主站通過GPRS無線通信方式發(fā)送對(duì)時(shí)命令給配電終端的方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高配電終端的對(duì)時(shí)精度，提出了本發(fā)明。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種帶有授時(shí)模塊的無線通信終端，包括電源模塊、CPU，CPU連接存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、串行接口模塊、無線通信模塊，關(guān)鍵在于：CPU還連接授時(shí)模塊和RTC模塊。

進(jìn)一步的，CPU通過串口連接授時(shí)模塊，授時(shí)模塊的秒脈沖輸出連接到CPU的捕獲管腳；所述授時(shí)模塊為GPS模塊或北斗模塊。

一種配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)，主站和配電終端通過網(wǎng)絡(luò)接口或串口連接無線通信終端，經(jīng)無線通信終端進(jìn)行通信，配電終端連接的無線通信終端為帶有授時(shí)模塊的無線通信終端。

一種提高對(duì)時(shí)精度的方法，基于權(quán)利要求5所述的配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，其特征在于包括以下步驟：

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端自身對(duì)時(shí)步驟；

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端為配電終端的對(duì)時(shí)步驟；

其中，帶有授時(shí)模塊的無線通信終端自身對(duì)時(shí)步驟包括：

步驟1-1：設(shè)置授時(shí)模塊丟失標(biāo)志；設(shè)置在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器；

步驟1-2：授時(shí)模塊丟失標(biāo)志置1，在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器分別清0；

步驟1-3：在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)；

步驟1-4：CPU捕獲到授時(shí)模塊的秒脈沖，CPU中斷處理程序從授時(shí)模塊獲取系統(tǒng)時(shí)間；將授時(shí)模塊丟失標(biāo)志置0；丟失計(jì)時(shí)器清0，重新開始計(jì)時(shí)；

步驟1-5：如果丟失計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)大于等于T2，執(zhí)行步驟1-2；如果在線計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)大于等于T1，執(zhí)行步驟1-6；

步驟1-6：將系統(tǒng)時(shí)間寫入RTC，執(zhí)行步驟1-2。

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端為配電終端的對(duì)時(shí)步驟包括：

步驟2-1：收到主站命令，分析命令內(nèi)容，非對(duì)時(shí)命令直接，執(zhí)行步驟2-2；如果是對(duì)時(shí)命令，執(zhí)行步驟2-3；

步驟2-2：轉(zhuǎn)發(fā)給配電終端，結(jié)束；

步驟2-3：獲取當(dāng)前時(shí)間；

步驟2-4：重新生成對(duì)時(shí)命令，發(fā)送給配電終端，幀數(shù)據(jù)中的時(shí)間為步驟2-3獲得的當(dāng)前時(shí)間。

進(jìn)一步的，步驟2-3中，獲取當(dāng)前時(shí)間包括以下步驟：

步驟2-3-1：向配電終端發(fā)送招測(cè)命令，并記錄發(fā)送時(shí)間t1；

步驟2-3-2：接收配電終端的回復(fù)，并記錄收到時(shí)間t2；

步驟2-3-3：計(jì)算?t=(t2-t1)/2；

步驟2-3-4：從授時(shí)模塊或RTC模塊中獲取系統(tǒng)時(shí)間；

步驟2-3-4：當(dāng)前時(shí)間=系統(tǒng)時(shí)間+?t。

在無線通信終端中增加授時(shí)模塊，使無線通信終端本身具有獲得準(zhǔn)確時(shí)間的能力，市面上的授時(shí)模塊，如GPS模塊和北斗模塊，成本都很低；增加RTC模塊，可以將從授時(shí)終端獲得的時(shí)間寫入RTC模塊，由于RTC本身的特性，在授時(shí)模塊失效時(shí)也能提供準(zhǔn)確的時(shí)間。

無線通信終端與配電終端配套使用，無線通信終端可以將得到的時(shí)間傳給配電終端。

無線通信終端自身對(duì)時(shí)，可以保證RTC中的時(shí)間與授時(shí)模塊上的時(shí)間保持同步；實(shí)時(shí)檢測(cè)授時(shí)模塊的在線情況，可以防止授時(shí)模塊信號(hào)不好時(shí)，獲取錯(cuò)誤的時(shí)間；收到主站的對(duì)時(shí)命令后向配電終端發(fā)送對(duì)時(shí)命令，可以保證系統(tǒng)對(duì)時(shí)命令的時(shí)效性；無線通信終端重新生成對(duì)是命令，把幀數(shù)據(jù)中的時(shí)間置換成從本地獲取的當(dāng)前時(shí)間，可以消除由于網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)不定造成的時(shí)間誤差；進(jìn)一步地，將無線通信終端和配電終端之間的通信時(shí)間加在當(dāng)前時(shí)間上，使對(duì)時(shí)命令到達(dá)配電終端時(shí)，實(shí)際的時(shí)間與命令幀數(shù)據(jù)中的時(shí)間誤差更小。

采用本發(fā)明，可以在不增加太大成本的前提下，將對(duì)時(shí)誤差提高到2毫秒以內(nèi)，完全符合配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的要求。

附圖說明

圖1是帶有授時(shí)模塊的無線通信終端的組成示意圖，

圖2是帶有授時(shí)模塊的無線通信終端自身對(duì)時(shí)的流程圖，

圖3是帶有授時(shí)模塊的無線通信終端為配電終端的對(duì)時(shí)流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明由三部分組成：

一、一種帶有授時(shí)模塊的無線通信終端，包括電源模塊、CPU，CPU連接存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、串行接口模塊、無線通信模塊，CPU還連接授時(shí)模塊和RTC模塊。

CPU通過串口連接授時(shí)模塊，授時(shí)模塊的秒脈沖輸出連接到CPU的捕獲管腳；所述授時(shí)模塊為GPS模塊或北斗模塊。本實(shí)施例中，授時(shí)模塊采用GPS模塊，將GPS的秒脈沖輸出引到CPU的捕獲引腳，中斷中處理時(shí)鐘能將時(shí)間精度提高到微妙級(jí)。

無線通信模塊通過串口連接CPU；所述無線通信模塊為Wifi模塊或手機(jī)模塊。本實(shí)施例中，無線通信模塊為手機(jī)模塊，尤其是支持GPRS通信的手機(jī)模塊。

CPU通過I2C接口連接RTC模塊，RTC模塊的PPS信號(hào)連接到CPU的捕獲管腳。

二、一種配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)，主站和配電終端通過網(wǎng)絡(luò)接口或串口連接無線通信終端，經(jīng)無線通信終端進(jìn)行通信，配電終端連接的無線通信終端為帶有授時(shí)模塊的無線通信終端。由于主站都有授時(shí)裝置，主站可以配備具有通信功能的無線通信模塊。

三、一種提高對(duì)時(shí)精度的方法，基于配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，包括兩個(gè)主要步驟：

1、帶有授時(shí)模塊的無線通信終端自身對(duì)時(shí)步驟；和

2、帶有授時(shí)模塊的無線通信終端為配電終端的對(duì)時(shí)步驟；

其中，帶有授時(shí)模塊的無線通信終端自身對(duì)時(shí)步驟包括：

步驟1-1：設(shè)置授時(shí)模塊丟失標(biāo)志；設(shè)置在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器；

步驟1-2：授時(shí)模塊丟失標(biāo)志置1，在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器分別清0；

步驟1-3：在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)；

步驟1-4：CPU捕獲到授時(shí)模塊的秒脈沖，CPU中斷處理程序從授時(shí)模塊獲取系統(tǒng)時(shí)間；將授時(shí)模塊丟失標(biāo)志置0；丟失計(jì)時(shí)器清0，重新開始計(jì)時(shí)；

步驟1-5：如果丟失計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)大于等于T2，執(zhí)行步驟1-2；如果在線計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)大于等于T1，執(zhí)行步驟1-6；

步驟1-6：將系統(tǒng)時(shí)間寫入RTC，執(zhí)行步驟1-2。

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端為配電終端的對(duì)時(shí)步驟包括：

步驟2-1：收到主站命令，分析命令內(nèi)容，非對(duì)時(shí)命令直接，執(zhí)行步驟2-2；如果是對(duì)時(shí)命令，執(zhí)行步驟2-3；

步驟2-2：轉(zhuǎn)發(fā)給配電終端，結(jié)束；

步驟2-3：獲取當(dāng)前時(shí)間；

步驟2-4：重新生成對(duì)時(shí)命令，發(fā)送給配電終端，幀數(shù)據(jù)中的時(shí)間為步驟2-3獲得的當(dāng)前時(shí)間。

上述步驟1-5中，所述T1和T2根據(jù)所選器件的性能、對(duì)時(shí)精度要求來選擇，本實(shí)施例中，T1和T2都設(shè)定為1分鐘。

由于無線通信終端發(fā)送命令給配電終端需要時(shí)間，配電終端本身處理命令也需要時(shí)間，為了是對(duì)時(shí)更精確，需要把發(fā)送的時(shí)間也考慮進(jìn)去。

假定無線通信終端發(fā)送命令給配電終端的時(shí)間和反向發(fā)送命令的時(shí)間相同，這里采用以下方法獲取無線通信終端發(fā)送命令到配電終端的時(shí)間，并將該時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間相加：

步驟2-3中，獲取當(dāng)前時(shí)間包括以下步驟：

步驟2-3-1：向配電終端發(fā)送招測(cè)命令，如招測(cè)配電終端時(shí)鐘，并記錄發(fā)送時(shí)間t1；

步驟2-3-2：接收配電終端的回復(fù)，并記錄收到時(shí)間t2；

步驟2-3-3：計(jì)算?t=(t2-t1)/2；

步驟2-3-4：從授時(shí)模塊或RTC模塊中獲取系統(tǒng)時(shí)間；

步驟2-3-4：當(dāng)前時(shí)間=系統(tǒng)時(shí)間+?t。

無線通信終端中，有兩個(gè)模塊可以得到系統(tǒng)時(shí)間：授時(shí)模塊和RTC模塊。由于RTC模塊中的時(shí)間是從授時(shí)模塊獲得，從授時(shí)模塊獲得的時(shí)間更加精確。因此，優(yōu)先考慮從授時(shí)模塊中獲取系統(tǒng)時(shí)間。在步驟2-3-4中，從授時(shí)模塊或RTC模塊中獲取系統(tǒng)時(shí)間的方法為：檢測(cè)授時(shí)模塊狀態(tài)，如果在線，從授時(shí)模塊獲取系統(tǒng)時(shí)間；否則，從RTC模塊讀取系統(tǒng)時(shí)間。

CPU一直在響應(yīng)授時(shí)模塊的秒脈沖，檢測(cè)到后將授時(shí)模塊丟失標(biāo)志置0，檢測(cè)授時(shí)模塊在線的方法是判斷授時(shí)模塊丟失標(biāo)志的值，如果等于0，則授時(shí)模塊在線，否則，授時(shí)模塊丟失。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參看圖1，帶有授時(shí)模塊的無線通信終端中，為了滿足目前配電終端提供的24VDC的工作電源，及部分區(qū)域的48VDC電源，所以采用18-75VDC寬范圍的工作電源，這樣可以滿足配電終端的24、48VDC系統(tǒng)。DC模塊接受18-75V的直流輸入，變壓至5V為各模塊和芯片供電；CPU連接串行FLASH存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、串行接口模塊，手機(jī)模塊作為無線通信模塊連接CPU的UART1；作為授時(shí)模塊的GPS連接到CPU的UART2，GPS的秒脈沖輸出連接到CPU的捕獲管腳CAP2；CPU通過I2C接口連接RTC模塊，RTC模塊的PPS信號(hào)連接到CPU的捕獲管腳CAP1，另外，CPU的UART0作為設(shè)備的調(diào)試口。

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端一個(gè)串口或網(wǎng)口與配電終端的串口或網(wǎng)口相連，手機(jī)模塊與主站通過無線連接。

主站向配電終端發(fā)送的數(shù)據(jù)、指令，為下行數(shù)據(jù)，配電終端向主站發(fā)送數(shù)據(jù)為上行數(shù)據(jù)。帶有授時(shí)模塊的無線通信終端的CPU從連接手機(jī)模塊的串口UART1接收到一幀數(shù)據(jù)后，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，非對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)幀，直接通過串口或網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)給配電終端；帶有授時(shí)模塊的無線通信終端的CPU從串口或網(wǎng)口接收到數(shù)據(jù)幀，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，直接通過串口UART1發(fā)給手機(jī)模塊，無線發(fā)送給連接的主站。

針對(duì)主站下行的對(duì)時(shí)幀，帶有授時(shí)模塊的無線通信終端不直接轉(zhuǎn)發(fā)，而是在終端本身取得時(shí)間，重新生成對(duì)時(shí)幀轉(zhuǎn)發(fā)給配電終端。

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端上電運(yùn)行后，首先讀取串行FLASH中的配置參數(shù)，初始化各種運(yùn)行參數(shù)；

其次，讀取RTC時(shí)鐘數(shù)據(jù)，初始化內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)鐘參數(shù)和RTC的PPS輸出調(diào)整內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)；

第三，處理GPS數(shù)據(jù)，分析搜索到衛(wèi)星信息和時(shí)鐘數(shù)據(jù)，如果GPS數(shù)據(jù)正常，按照GPS的時(shí)鐘調(diào)整程序中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)；否則，以RTC中的時(shí)鐘數(shù)據(jù)為時(shí)基；

第四，CPU從手機(jī)模塊中收到的數(shù)據(jù)幀，如果不是對(duì)時(shí)幀，轉(zhuǎn)發(fā)給配置的配電終端串口或網(wǎng)口；如果是對(duì)時(shí)幀，按照規(guī)約格式把對(duì)時(shí)幀中的時(shí)間數(shù)據(jù)更替為帶有授時(shí)模塊的無線通信終端內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，重新組幀后轉(zhuǎn)發(fā)給配電終端串口或網(wǎng)口。

CPU接收配電終端的數(shù)據(jù)并發(fā)送給主站。

帶有授時(shí)模塊的無線通信終端有自身對(duì)時(shí)步驟，以保證自身的時(shí)鐘與授時(shí)模塊時(shí)鐘同步，本實(shí)施例中，授時(shí)模塊為GPS模塊，參看圖2：

終端上電后，設(shè)置GPS丟失標(biāo)志、在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器；

將GPS丟失標(biāo)志置1，在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器分別清0；

在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)；

CPU捕獲到GPS模塊的秒脈沖時(shí)，觸發(fā)CPU中斷，CPU中斷處理程序從GPS模塊獲取系統(tǒng)時(shí)間；將GPS丟失標(biāo)志置0；丟失計(jì)時(shí)器清0，重新開始計(jì)時(shí)；

如果丟失計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)大于等于1分鐘，則未找到GPS，將GPS丟失標(biāo)志置1，在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器分別清0，重新開始計(jì)時(shí)；

如果在線計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)大于等于1分鐘，則說明GPS連續(xù)在線時(shí)間超過或等于1分鐘，將系統(tǒng)時(shí)間寫入RTC，重新開始判斷GPS在線，既將GPS丟失標(biāo)志置1，在線計(jì)時(shí)器和丟失計(jì)時(shí)器分別清0，重新開始計(jì)時(shí)。

當(dāng)帶有授時(shí)模塊的無線通信終端收到主站對(duì)時(shí)命令時(shí)，需要從自身取得時(shí)間并向配電終端發(fā)送對(duì)時(shí)命令，參看圖3：

收到主站命令后，首先判斷是否對(duì)時(shí)命令，如果不是，則按照傳統(tǒng)的方式進(jìn)行處理，既轉(zhuǎn)發(fā)命令，接收回復(fù)并將回復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)給主站；

如果是對(duì)時(shí)命令，向配電終端發(fā)送招測(cè)命令，如招測(cè)配電終端時(shí)鐘，并記錄發(fā)送時(shí)間t1；

接收配電終端的回復(fù)，并記錄收到時(shí)間t2；

計(jì)算?t=(t2-t1)/2；

通過GPS丟失標(biāo)志判斷當(dāng)前GPS是否在線，如果在線，從GPS獲得系統(tǒng)時(shí)間，否則，從RTC獲得系統(tǒng)時(shí)間；

當(dāng)前時(shí)間=系統(tǒng)時(shí)間+?t；

生成對(duì)時(shí)命令，發(fā)送給配電終端，幀數(shù)據(jù)中的時(shí)間為上述的當(dāng)前時(shí)間。