必威体育精装版(霍建彬)变电站GPS对时IRIG-B码.pptVIP

变电站GPS对时IRIG-B码解码器设计及VME总线在装置中应用 姓名：霍建彬 导师：杨奇逊 教授 一、主要内容 1、课题的背景及意义 2、几种对时方式的比较 得到IRIG-B码对时方案的优越性 3、IRIG-B码解码器设计 4、VME总线特性分析 及在电力自动化装置中应用问题分析 二、课题背景及意义 1、随着变电站自动化技术的发展，对统一时钟的要求越来越高，精确的统一时钟在故障记录、事故分析、完成时序相关控制等方面有重要意义。对时的方法有很多种，经过比较，利用GPS接收装置发出的直流IRIG-B码进行变电站对时的方案，是一种廉价、精确的对时方案。这种对时方案及其用到的IRIG-B码解码器的设计研究，对提高对时的精确性很有意义。 二、几种对时方式比较及IRIG-B码对时方案的提出 1、传统对时方案 传统的对时方法有循环式远动规约中的时间同步方法和IEC60870-5-101和IEC60870-5-103中的时间同步方法。这些方法都是先对主站进行对时，然后通过网络传输时间命令，在帧长时间已知和上下行通道延时相等的基础上，计算出时间校正值，对子站时间进行校正，从而完成对子站的时间同步。 3、GPS对时方法 GPS系统由24颗卫星和五个地面站组成，每当卫星飞越地面站，地面站就对其位置和时间进行校正。目前，GPS接收器时间精度能够达到1-2us，能够满足电力系统要求，因此可利用GPS对时方法进行时间同步。我们关心的主要是GPS接收器时间信号的输出形式：串行口输出、秒脉冲输出和IRIG-B码输出。 1）网络对时方案 以CSC2000系统网络对时方法为例进行分析。CSC2000综合自动化系统是分布式的综合自动化系统，主站与所有分散单元之间只有网络线相连，系统通过网络来完成时间同步。在大港220KV变电站中，对时系统由GPS卫星接收装置、CSM300C主站、具备双网MMI的智能装置三个部分组成。GPS接收器的卫星时钟，是全站的统一时钟源。CSM300C是GPS时钟信号转换为网络对时信息的执行机构。装置的时钟是系统时钟同步的最终目的。 2）GPS秒脉冲对时（CSC2000系统为例） 为了实现GPS秒脉冲对时： 1、在控制室设有一个GPS时钟，通过RS232C接口将时间同步信息发送到CSM300C主站； 2、在每个保护小间内都设有一个GPS时钟，这个GPS时钟的秒脉冲信号经过光电隔离后，连接到各面控制和保护盘。 其误差有两个原因，一是在网络对时中分析的CPU采样中断间隔造成，另外一个是MMI毫秒中断中读取GPS秒脉冲所造成的误差。 3）IRIG-B码进行对时（直流码） CSC2000系统采用秒脉冲时间同步方案后，时间同步的精度达到了小于1毫秒的要求。但是，这种时间同步方法也存在对通讯的依赖。虽然这种依赖只在装置刚上电，或者长期失去秒脉冲后才存在，但它依然形成了时间同步系统与通讯介质、通讯规约、通道延迟时间等的相关性。另外每个保护小间都要安装GPS接收器，成本高。 为了解决这一问题，可以考虑采用带有IRIG-B格式输出的GPS时钟，利用IRIG-B输出信号来构成独立的时间同步系统。 三、IRIG-B码解码器的设计 本设计选用现场可编程逻辑器件FPGA来完成主要功能，这是一种大规模集成电子器件，在完成电路设计方面具有程序和电路设计简单、芯片抗干扰能力强、实时性好等特点，本设计选用ALTERA公司ACEX1K系列FPGA芯片的EP1K30TC144-3，具有3万个逻辑门，102个用户I/O，2.5V或3.3V电压水平，具有多种程序下载方式。编程环境是ALTERA公司的MAXPLUSII，应用VHDL语言来进行软件设计。IRIG-B码的设计包括软件和硬件电路板设计两个方面，下面分别介绍： 1、软件部分设计 通过对IRIG-B码格式的分析，由于两个连续8ms宽脉冲的第二个8ms宽脉冲的上升沿为秒的准时起始点，且5ms和2ms宽脉冲分别代表“1”和“0”，不同脉宽出现在B码的不同位置，有不同的意义和加权值。那么要正确地从B码中解出时间信号，就需要判断脉冲宽度及其所在的位置，并进行加权运算，从而提取秒起始点和绝对时间信息，从而向需要对时的装置发出准确的对时脉冲和绝对时间码，完成对时。软件的设计描述用VHDL语言来实现，根据Top-Down的设计思想，分为四个功能部分：分频、解码、显示和接口。各个功能部分在MAXPLUSII环境下设计并仿真验证。 2、硬件设计 硬件PCB板的设计用Protel99se完成，首先确定要用到的器件，包括FPGA芯片、SN75176、5MHz有源晶振、电压变换芯片ASM1117-2.5、ASM1117-3.3