一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟

摘要

本申请公开了一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟，包括电能表检定装置本体，还包括：时码发生器及环路检测模块、时码解码器和时频终端模块；时码发生器及环路检测模块与时码解码器连接，用于生成时码信号；时码解码器还与时频终端模块连接，时码解码器用于接收并解码时码信号，生成时间信号；时频终端模块还与电能表检定装置本体连接，时频终端模块用于监控电能表检定装置本体。本申请实现了时间频率量值远程溯源在电力系统的落地应用，实现了溯源链路的统一，既保证了电力系统内电能表检定装置本体时间频率参考的量值统一，又提高了电能计量的精度，更有利于，结算的公平贸易和节能减耗。

说明书

技术领域

本申请涉及时间频率同步领域，具体涉及一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟。

背景技术

为了加快推进新型电力系统的构建，“源网荷储一体化”是一种可实现能源资源最大化利用的运行模式和技术，而统一精准的时间源是“源网荷储一体化”运行的前提。国网电力公司已建立溯源至国家时间频率计量基准的链路，并已传递至电力系统省级公司作为时间参考，可为终端时频应用提供保障。

当前电力系统省级公司都具有大量的电能表自动检测流水线，大多数采用标准时钟测试仪提供频率参考，存在着对时精度差、效率低、维护成本高的问题，在生产测试中不能实时溯源，不利于时频量值向下传递。迫切需要研究更经济、更有效的针对电能表检定装置本体中可替代标准时钟测试仪的装置。

研发一种可远程实时溯源到上级时间频率参考，并传递至电能表检定装置本体中的标准时钟，用于替代原有的标准时钟测试仪，以提高对时精度、提升工作效率、节约维护成本，显得尤为重要。

发明内容

本申请提供了一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟，将标准时间频率源的信号，通过光纤传输，在时频终端还原标准时间频率信号，可远程传输、实时溯源。标准时间频率源可通过卫星共视实现与上一级时间频率基准之间实时溯源，并形成完整的溯源链路。

为达到上述目的，本申请提供了以下方案：

一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟，包括电能表检定装置本体，还包括：时码发生器及环路检测模块、时码解码器和时频终端模块；

所述时码发生器及环路检测模块与所述时码解码器连接，所述时码发生器及环路检测模块用于生成时码信号；

所述时码解码器还与所述时频终端模块连接，所述时码解码器用于接收并解码所述时码信号，生成时间信号；

所述时频终端模块还与所述电能表检定装置本体连接，所述时频终端模块用于监控所述电能表检定装置本体。

优选的，所述时码发生器及环路检测模块用于接收标准时间频率源发出的秒脉冲信号、时间戳信息和频率信息；

所述时码发生器及环路检测模块还用于将所述秒脉冲信号和所述时间戳信息进行编码，得到所述时码信息。

优选的，所述时间信号包括：第一秒脉冲和第一时间戳。

优选的，所述时码解码器用于接收所述时码信号，并对所述时码信号进行解码，生成所述第一秒脉冲和所述第一时间戳。

优选的，所述时频终端模块包括：网络时间生成装置、频率生成装置、时间戳生成装置、时差测量装置和状态监测装置；

所述网络时间生成装置分别与所述时码解码器和所述电能表检定装置本体连接，所述网络时间生成装置用于提供对时信号；

所述频率生成装置分别与所述时码解码器和所述电能表检定装置本体连接，所述频率生成装置用于提供参考频率；

所述时间戳生成装置分别与所述时码解码器、所述时差测量装置和所述电能表检定装置本体连接，所述时间戳生成装置用于提供参考时间；

所述时差测量装置还分别与所述时码解码器和所述状态监测装置连接，所述时差测量装置用于提供精度监测数据；

所述状态监测装置还与所述电能表检定装置本体和所述时码发生器及环路监测模块连接，所述状态监测装置用于监测各模块工作状态。

优选的，所述网络时间生成装置用于接收所述时间信号，基于所述时间信号生成网络协议，并基于所述网络协议提供对时信号。

优选的，所述频率生成装置用于接收所述时间信号，并基于所述时间信号利用计算电路生成所述参考频率。

优选的，所述时间戳生成装置用于接收所述时间信号，并基于所述时间信号利用补偿转换电路，生成第二秒脉冲和第二时间戳，并将所述第二秒脉冲输出至所述时差测量装置。

优选的，所述时差测量装置用于接收所述第一秒脉冲和所述第二秒脉冲，并计算所述第一秒脉冲和所述第二秒脉冲的时间偏差，即所述精度监测数据。

优选的，所述状态监测装置用于接收所述精度监测数据和各模块工作状态，并将所述精度监测数据和所述各模块工作状态输出至所述时码发生器及环路监测模块进行统一管理。

本申请的有益效果为：

(1)本申请实现了时间频率量值远程溯源在电力系统的落地应用，即从国网计量中心至省级时间频率标准，再到电能表检定装置本体的末端传输与应用，实现了溯源链路的统一；

(2)本申请可用于改造电能表自动化测试台，代替原有的标准时钟测试仪，解决传统计量测试中的问题；

(3)本申请既保证了电力系统内电能表检定装置本体时间频率参考的量值统一，又提高了电能计量的精度，更有利于，结算的公平贸易和节能减耗；

(4)本申请为电能表检定装置本体提供经过实时溯源的时间频率信号，不但提高了时间频率溯源的精度，也提高了电能计量的准确度提高了，同时也避免了周期性校准中的拆卸工作，可以提高工作效率，节省维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例的标准信号产生原理示意图；

图3为本申请实施例的应用场景系统的示意图；

图4为本申请实施例在实际应用中的改进示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

在本实施例一中，如图1所示，一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟，包括电能表检定装置本体，还包括：时码发生器及环路检测模块、时码解码器和时频终端模块。

时码发生器及环路检测模块与时码解码器连接，用于生成时码信号；时码发生器及环路检测模块用于接收标准时间频率源发出的秒脉冲信号、时间戳信息和频率信息，将并将秒脉冲信号和所述时间戳信息进行编码，得到时码信息，再将时码信息转换为光信号传输至时码解码器。同时，还接收状态监测装置输出的精度监测信息和各模块状态，对各模块进行统一处理。

时码解码器还与时频终端模块连接，用于接收时码发生器及环路检测模块发出的时码信号，并对时码信号进行解码，生成第一秒脉冲和第一时间戳，再将第一秒脉冲和第一时间戳通过线缆传输到时频终端模块中的各个装置。

时频终端模块还与电能表检定装置本体连接，时频终端模块用于监控所述电能表检定装置本体。时频终端模块包括：网络时间生成装置、频率生成装置、时间戳生成装置、时差测量装置和状态监测装置。

网络时间生成装置分别与时码解码器和电能表检定装置本体连接，用于提供对时信号；网络时间生成装置用于接收时码解码器发出的第一秒脉冲和第一时间戳，通过处理器和软件对第一秒脉冲和第一时间戳进行处理进而生成NTP或SNTP网络协议，并依据网络协议为电能表检定装置本体中的控制计算机提供对时信号。

频率生成装置分别与时码解码器和电能表检定装置本体连接，用于接收时码解码器发出的第一秒脉冲和第一时间戳，再通过处理器、DAC、晶振或相位差测量等计算电路生成标准频率100KHz或500KHz，为电能表检定装置本体提供参考频率。

时间戳生成装置分别与时码解码器、时差测量装置和电能表检定装置本体连接，用于接收时码解码器发出的第一秒脉冲和第一时间戳，再通过利用延迟补偿定路、协议转换电路和电平转换电路，生成第二秒脉冲和第二时间戳，并将第二秒脉冲输出至时差测量装置。

时差测量装置还分别与时码解码器和状态监测装置连接；时差测量装置用于接收时码解码器第一秒脉冲和第二秒脉冲，并计算所述第一秒脉冲和所述第二秒脉冲的时间偏差，即精度监测数据。

状态监测装置还与电能表检定装置本体和时码发生器及环路监测模块连接，用于监控本装置中各模块工作状态，以及接收时差测量装置发出的精度监测数据，并将精度监测数据和各模块工作状态输出至时码发生器及环路监测模块，以便时码发生器及环路监测模块进行统一管理。

实施例二

在本实施例二中，介绍本申请装置的工作原理，本申请的工作原理主要涉及两部分：时间编码解码原理和时间频率信号生成原理。

标准时间频率源采用卫星共视原理实现与上一级时间参考实时比对，通过获取的时差比对结果，对内部时钟进行相位修正和频差修正，从而产生同步与上一级时间参考的时间频率信号，再将该时间频率信号传输给时码发生器。

时码发生器及环路监测模块对时间进行编码，再通过光纤进行传输。时间编码技术，是通过将时间信息转换标准时间戳，再由十进制转换为二进制，将0和1调制为不同宽度的脉冲信号，其中整秒时刻对应的起始位采用特殊宽度的脉冲信号进行标记，编码之后，形成数字信号通过光纤链路传输。解码技术首先找到特殊宽度的脉冲信号，标记为整秒时刻，根据约定的脉冲宽度解析之后的数字编码，转换为十进制形成时间戳，然后解析出该整秒时刻对应的日期、时间及整秒对应的秒脉冲信号(1PPS)。

依据时码解码器输出的1PPS和时间戳信息，再通过时间频率信号生成技术，生成用户需要的网络对时信息和标准频率信号，分别传输给控制计算机和电能表检定装置。网络对时信息一般采用NTP(或SNTP)协议，该协议为通用的标准协议。标准频率信号的产生原理如图2所示，时码解码器输出的外部1PPS与压控晶振经分频输出的内部1PPS，通过相位差测量电路测量出相位偏差，传输给处理器，再由处理器控制DAC(模数转换器)输出电压，控制晶振的压控管脚，驾驭晶振产生与1PPS同步的高频信号(10MHz)，形成闭环电路。最终晶振输出的10MHz频率信号再经分频后，产生电能表检定装置需要的100KHz或500KHz的频率信号。

实施例三

在本实施例三中，一种应用于电能表检定装置中的远程实时溯源的标准时钟，通过光纤直接溯源至省级时间频率参考，省级时间频率参考通过卫星共视溯源至国网计量中心的时间频率标准，再溯源至国家时间频率计量基准，形成了完整的溯源链路。本申请属于末端对时间频率传递量值的应用，其组建的系统连接示意图如图3所示。

目前，本申请的时码发生器及环路监测模块与省级的标准时间频率源部署一起，一般在机房内。再通过光纤传输至电能表检定装置所处的自动测试流水线厂房内，最终通过光纤传输至电能表检定装置，为其提供时间频率参考信号。同时内部的时差测量模块和状态检测模块会采集精度误差和状态信息，通过光纤回路传输给时码产生器及环路监测模块，有其进行统一管理和超差预警。

实施例四

在本实施例四中，首先建立了溯源至国网计量中心的时间频率源—II型卫星共视系统，布设在计算机中心，应用该方案建立了从II型卫星共视系统至智能电能表流水线测试台的光纤传递链路，并进行了试验验证。链路中的时频信号电光调制与分路器、时频信号光电解调器是本申请装置的主要部分，其链路组成结构如图4所示。经过实物测试和试点应用、数据分析，本申请可以达到更高的时频传递指标，频率准确度指标高于原有标准时钟3个数量级，达到5e-11的精度，完全可替代原来的标准时钟。这种统一实时溯源至主时钟的应用方式，也为后续的周期性校准测试提供方便。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。