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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11. 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。
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald9①作者简介：王磊（1986—），男，满族，河北保定人，本科，工程师，研究方向：电力勘察、电网信息系统。
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.24.009北斗导航定位在城市电网服务链中的应用研究①王磊(北京京电电力工程设计有限公司 北京 100070)摘 要：在我国传统电网向智能电网迈进过程中，对卫星定位技术提出了更高的要求。
而基于北斗导航定位的城市电网服务系统具有稳定、可靠、精确、安全等优良特点。
因此，本文以北斗导航定位系统为研究对象，北斗导航定位、GPS卫星技术在电力系统应用情况进行了对比分析，介绍了北斗导航定位在城市电网服务链中应用优势，阐述了北斗导航定位在城市电网服务链中的具体应用，以期为北斗卫星技术在电力系统中应用价值的充分发挥提供有效的借鉴。
关键词：北斗导航定位 城市电网 服务链中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)08(c)-0009-02北斗导航定位系统是我国自行研制的全球卫星定位、通信系统，其主要包括空间端、用户端、地面端几个模块，可为全球不同地区用户提供全天候实时服务。
同时北斗导航定位系统独特的短报文通信能力，也可以提高定位精度在5.0m以内，控制授时精度在100.0ns以内，进一步提高我国与周边地区授时定位服务效率。
因此，对北斗导航定位在城市电网服务链中应用进行适当分析具有非常重要的意义。
1 北斗导航定位与GPS卫星技术对比以北斗二号为例，一方面，北斗导航定位系统具有快速定位、全天候提供全球导航信息的特点；而GPS系统主要由24颗地球同步卫星构成，其可每间隔1.0～3.0s为用户提供经纬度、时间、高度及速度信息。
另一方面，GPS卫星技术在我国城市电网服务链中应用较早，其是现阶段城市电网内部应用较广泛的时间同步技术。
电力系统北斗卫星授时应用系列标准一、介绍1. 电力系统北斗卫星授时应用系列标准是指在电力系统内部和与电力系统相关的设备中，利用北斗卫星进行时间同步和授时的应用标准系列。
2. 本标准系列的制定旨在规范电力系统中利用北斗卫星进行授时的方法和要求，保障电力系统各设备之间的时间同步准确性，提高电力系统的运行稳定性和安全性。
二、标准内容1. 标准适用范围本标准系列适用于电力系统内部设备之间的时间同步和授时，以及与电力系统相关联的设备中利用北斗卫星进行授时的应用。
具体包括发电机组、变电站设备、线路保护装置、智能电网设备等。
2. 标准分类和编号本标准系列按照具体应用场景和设备类型进行分类，分别制定相应的标准编号和内容。
3. 标准要求(1) 时间同步精度要求：规定了不同类型设备之间的时间同步精度要求，确保设备之间的时间同步误差控制在合理范围内。
(2) 数据传输安全性要求：对利用北斗卫星进行授时的数据传输安全性进行规范，防范可能的信息安全风险。
(3) 设备接口和通信协议要求：制定了设备接口标准和通信协议标准，确保不同设备之间的授时信息传输和接收的兼容性和稳定性。
4. 标准制定依据本标准系列的制定依据包括国家有关标准、行业技术规范和市场需求，结合北斗卫星技术的发展和应用现状进行综合考量。
5. 标准制定流程标准的制定流程包括需求调研、技术方案研究、征求意见、评审修改等环节，确保标准内容的科学性、合理性和适用性。
6. 标准应用指南本标准系列制定了相应的应用指南，指导电力系统设备的实际授时应用，对具体操作步骤和注意事项进行规范。
三、标准意义1. 保障电力系统安全稳定运行电力系统中各设备间的时间同步对系统运行至关重要，准确的授时可以避免设备之间的相互干扰和误操作，提高系统的安全稳定性。
2. 推动北斗卫星在电力领域的应用利用北斗卫星进行授时在电力系统中具有广阔的应用前景，本标准系列的制定有助于推动北斗卫星技术在电力领域的应用和推广。
电力北斗应用及商业化运营展望摘要：电力北斗是在北斗系统提供正常的定位、测速和授时服务的基础上，为授权用户提供更高精度分米级导航定位服务，从而提高北斗系统的服务性能。
关键词：电力北斗应用；商业化；运营引言中国北斗卫星导航系统的发展经历了三个阶段：北斗一号、北斗二号和北斗三号。
与其他三个全球导航系统不同的是，北斗二号和北斗三号都采用地球同步轨道卫星GEO、中圆地球轨道卫星MEO和倾斜地球同步轨道卫星IGSO三种不同轨道星座，从而保证在中国区域内有更多的卫星分布。
北斗导航系统在轨卫星数量达到44颗，其中北斗二号卫星14颗、北斗三号卫星30颗。
北斗卫星导航系统远远超过其他的卫星导航系统，大大提升了复杂场景下的可视卫星数，提高了复杂场景如城市峡谷、树荫下的可用性和精度。
跟踪到的BDS卫星数几乎是其他三大卫星导航系统跟踪到的卫星数之和，可见BDS在亚太地区具有其他卫星导航系统无可比拟的优越性。
可用卫星数量直接关系到最终卫星定位的可用性和精度，可用卫星越多，可用性就越高，定位精度也越高。
1电力北斗应用及商业化运营1.1导航定位北斗卫星导航系统接收机采用的定位算法决定了它能提供的定位精度。
对于米级定位精度需求的用户，单点定位SPP就可以满足要求。
差分定位DGNSS和星基增强SBAS则可以提供亚米级定位服务。
精密单点定位PPP可以提供分米级定位服务。
RTK可以提供厘米级精度服务。
高校采购不同定位精度的接收机可以满足不同的项目需求，给学生实习创造不同的实习条件，让学生学习不同的定位算法。
一般把只能提供SPP，SBAS和DGNSS服务的接收机归类为导航型接收机，而可以提供RTK和PPP服务的接收机归类为测量型接收机或高精度接收机。
导航型接收机主要用于车载导航、林业渔业、智能手机、共享单车、消费类无人机等只需米级定位精度的设备上；而测量测绘、精细农业、智能机器人、专业无人机、智能驾驶、形变监测等应用则需要高精度接收机。
《利用GPS授时实现电力系统广域时间同步》篇一一、引言随着电力系统规模的扩大和复杂性的增加，广域时间同步成为了保证电力系统稳定运行的重要环节。
GPS（全球定位系统）授时技术以其高精度、高稳定性的特点，成为了实现电力系统广域时间同步的最佳选择。
本文将详细探讨GPS授时技术的基本原理、应用优势及在电力系统中的应用方案。
二、GPS授时技术的基本原理GPS授时技术主要通过GPS卫星发送的信号实现。
其工作原理主要分为三部分：卫星信号的发射与接收、信号的传输与处理以及时间的输出与同步。
首先，GPS卫星以固定的频率发送包含时间信息的信号。
这些信号被地面设备接收后，经过处理，可以获取到精确的时间信息。
其次，通过信号的传输与处理，地面设备可以将这些时间信息实时地传输给电力系统中的各个节点。
最后，通过时间的输出与同步，各个节点可以与主时钟保持一致，从而实现广域时间同步。
三、GPS授时在电力系统中的应用优势1. 高精度：GPS授时技术可以提供纳秒级的时间精度，保证了电力系统各个节点的时钟准确同步。
2. 高稳定性：GPS授时技术不受外界干扰，具有很高的稳定性，能够保证电力系统的稳定运行。
3. 易于维护：利用GPS授时技术可以实现集中化管理，便于维护和故障排除。
四、电力系统中的GPS授时应用方案1. 搭建GPS授时系统：在电力系统中搭建独立的GPS授时系统，接收并处理GPS信号，提供准确的时间信息。
2. 广域时间同步网络构建：利用搭建的GPS授时系统，构建广域时间同步网络，将时间信息实时传输到电力系统的各个节点。
3. 时间同步协议设计：根据电力系统的需求，设计合适的时间同步协议，确保各个节点之间的时间同步。
4. 系统调试与优化：对搭建的GPS授时系统和广域时间同步网络进行调试和优化，确保其稳定、可靠地运行。
五、实际应用案例分析以某大型电力系统为例，采用GPS授时技术实现广域时间同步。
通过搭建独立的GPS授时系统，成功地将纳秒级精度的时间信息实时传输到电力系统的各个节点。
《利用GPS授时实现电力系统广域时间同步》篇一一、引言在电力系统的运行中，时间同步是一项至关重要的技术。
广域时间同步对于电力系统的稳定、安全和高效运行起着至关重要的作用。
GPS（全球定位系统）授时以其高精度、高稳定性和高可用性的特点，已经成为实现电力系统广域时间同步的首选方法。
本文将探讨如何利用GPS授时技术实现电力系统广域时间同步，并分析其优势和挑战。
二、GPS授时技术概述GPS授时技术是通过全球定位系统获取精确时间信息的技术。
它利用GPS卫星信号，将精确的时间信息传输到地面设备，从而实现时间的同步。
GPS授时技术具有高精度、高稳定性、高可用性等特点，能够满足电力系统对时间同步的高要求。
三、利用GPS授时实现电力系统广域时间同步的原理1. GPS接收器：在电力系统中，安装GPS接收器，接收来自GPS卫星的信号。
2. 时间信息提取：从GPS信号中提取出精确的时间信息。
3. 时间同步：将提取的时间信息与电力系统的时钟进行同步，确保整个电力系统的时钟保持一致。
4. 广域传播：通过通信网络，将同步的时间信息传播到电力系统的各个部分，实现广域时间同步。
四、GPS授时在电力系统广域时间同步中的应用优势1. 高精度：GPS授时技术能提供高精度的时间信息，确保电力系统时钟的准确性。
2. 高稳定性：由于GPS授时技术具有高稳定性，能抵抗各种干扰，保证时间同步的稳定性。
3. 高可用性：GPS授时技术具有高可用性，能在各种环境下正常工作，保证电力系统的正常运行。
4. 便于维护：通过集中管理的方式，可以方便地对电力系统中的GPS授时设备进行维护和升级。
五、面临的挑战与解决方案1. 信号遮挡与干扰：在电力系统中，某些区域可能存在GPS 信号遮挡或干扰的问题。
为解决这一问题，可以采取增加GPS接收器数量、优化安装位置、使用抗干扰技术等措施。
2. 通信网络问题：在广域时间同步过程中，通信网络的质量直接影响着时间同步的准确性。
《利用GPS授时实现电力系统广域时间同步》篇一一、引言在电力系统的运行中，时间同步是确保系统稳定、高效运行的关键因素之一。
广域时间同步技术，尤其是利用全球定位系统（GPS）授时技术，已经成为现代电力系统不可或缺的组成部分。
本文将详细探讨如何利用GPS授时实现电力系统广域时间同步，分析其重要性、原理及具体实现方法，并探讨其在实际应用中的优势与挑战。
二、GPS授时在电力系统时间同步中的重要性1. 提高系统稳定性：电力系统中的各种设备和组件需要精确的时间同步，以确保其协调运行。
GPS授时技术能够提供高精度的时间同步，从而提高电力系统的稳定性。
2. 优化调度管理：准确的时间同步有助于电力系统的调度管理，实现资源的优化配置，降低运营成本。
3. 故障诊断与恢复：在电力系统出现故障时，精确的时间同步有助于快速定位故障，缩短故障恢复时间。
三、GPS授时原理及在电力系统中的应用1. GPS授时原理：GPS授时技术通过接收GPS卫星信号，获取精确的时间和频率信息。
这些信息包括秒脉冲、周跳等信息，可以用于校准本地时钟，实现精确的时间同步。
2. 电力系统中的应用：在电力系统中，可以通过安装GPS接收装置，获取精确的时间信息。
这些时间信息可以用于校准电力系统中的各种设备和组件，实现广域时间同步。
四、利用GPS授时实现电力系统广域时间同步的具体方法1. 确定授时系统架构：根据电力系统的规模和需求，设计合理的授时系统架构。
该架构应包括GPS接收装置、时间信息处理单元、通信网络等部分。
2. 安装GPS接收装置：在电力系统的关键节点和设备上安装GPS接收装置，确保能够接收到稳定的GPS信号。
3. 校准本地时钟：利用GPS接收装置获取的精确时间信息，校准本地时钟，确保其与GPS时间保持一致。
4. 实现广域时间同步：通过通信网络将校准后的时间信息传递给电力系统中的其他设备和组件，实现广域时间同步。
五、利用GPS授时实现电力系统广域时间同步的优势与挑战1. 优势：（1）高精度：GPS授时技术能够提供高精度的时间信息，确保电力系统中的设备和组件实现精确的时间同步。
北斗授时系列产品解决方案一、背景介绍北斗导航卫星系统是中国自主研发的全球卫星导航定位系统，具有全天候、全天时、全球覆盖的特点。
北斗系统不仅可以提供精确定位和导航服务，还可以提供高精度的时间信号，即北斗授时。
北斗授时在许多领域有广泛的应用，如金融、通信、电力、交通等。
为了满足市场需求，我们提供了一系列的北斗授时产品解决方案，以匡助客户实现高精度的时间同步。
二、解决方案介绍1.北斗授时接收器北斗授时接收器是我们提供的核心产品之一。
该接收器能够接收北斗卫星发射的时间信号，并将其转化为标准的时间格式输出。
接收器具有高灵敏度、高稳定性和高精度的特点，能够在各种复杂的环境中正常工作。
同时，接收器还支持多种接口，如RS232、RS485、Ethernet等，方便与其他设备进行数据交互。
2.北斗授时服务器北斗授时服务器是将北斗授时接收器与网络技术相结合的产品。
该服务器能够接收多个北斗授时接收器的时间信号，并通过网络将时间信号分发给其他设备。
服务器具有高性能的处理能力和稳定的数据传输能力，能够满足大规模的时间同步需求。
同时，服务器还支持多种时间同步协议，如NTP、PTP等，以适应不同的应用场景。
3.北斗授时终端北斗授时终端是我们提供的一种便携式设备，用于实现个人或者小范围内的时间同步。
终端具有小巧轻便的特点，携带方便。
用户只需将终端与北斗卫星建立连接，即可获取高精度的时间信号。
终端还支持蓝牙和Wi-Fi等无线通信方式，方便与其他设备进行数据交互。
4.北斗授时应用软件为了更好地满足客户的需求，我们还提供了一套北斗授时应用软件。
该软件能够实时监测北斗授时产品的工作状态，并提供相应的管理和配置功能。
用户可以通过软件对北斗授时产品进行灵便的控制和调整，以满足不同场景下的时间同步需求。
三、解决方案优势1.高精度：北斗授时产品具有高精度的特点，能够满足各种精确时间同步的需求。
2.稳定性：北斗授时产品采用先进的技术和材料，具有高稳定性，能够在各种复杂环境下正常工作。
北斗系统及其在电力行业应用1、北斗系统简介中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。
是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统.北斗卫星导航系统提供以下系统功能:1）短报文通信:北斗系统用户终端具有双向报文通信功能,用户可以一次传送40—60个汉字的短报文信息。
2）精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。
3）定位功能:水平精度100米（1σ）,设立标校站之后为20米（类似差分状态）。
工作频率:2491。
75MHz。
作为自主的开发的卫星导航系统,北斗系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。
2、在电力行业应用北斗系统的必要性随着中国经济社会发展，电网规模不断扩大，运行水平大幅提高。
在中国，存在长距离大规模电力传输的现实,从电厂发出的每度电，都以高达每秒30万公里的速度经过变电站并网输送，经过数个、数十个变电站的长距离配送，最终抵达用户。
这个过程需要同时有几百台设备保护电力安全运行，涉及各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置，如电厂机组自动控制系统，调度自动化系统，变电站计算机监控系统等,如此大量设备是否能够按照预先计划的流程，准确安全地传输到位，决然离不开全网设备时间基准问题。
然而中国电力企业从电力传输网到电力计算机网络的时间系统，主要是以GPS作为主时钟源，进行同步授时，由于其授时的工作原理和系统时钟源被美国掌控，GPS授时存在重大隐患。
具体而言，目前中国电力行业接收GPS授时信号是免费的，GPS授时终端价格低廉，这是美国GPS系统在民用领域的应用.正因为是“免费的午餐”，所以美国不承诺对任何应用所产生的问题负责。
众所周知,GPS系统是美国政府引以为豪的战略工程,所有信号的发生、传输权由美国掌控,一旦出现民用信号关闭、误码率加大或者系统出现故障,以GPS技术为基础的系统将被置于危险的境地，中国电网概莫能外.客观来说，当前智能电网、特高压超高压电网的建设对电网时间同步的精准度正从过去的微秒级过渡到纳秒级，因此，必须为电力系统配置高精度、高可靠的授时系统，在传输系统和接收系统间出现时间误差，高压电流势必会在瞬间烧毁被接收的变电站或是传输线路，从而造成难以估量的灾难。
北斗通信技术在电力行业中的研究与应用作者：陶俊来源：《中国新通信》 2017年第24期引言：电力行业中的很多业务都可以和北斗通信技术相结合，比如对现场作业的情况和进度实时的监控、对建设成本的控制等，都可以通过强大的北斗通信技术来协助进行。
现在的电力企业大部分都是通过无线来进行数据的传输，正常情况下是可行的，但是在特殊地区和突发事故以及恶劣的天气面前则难以使用。
为了不受这些情况的制约，将北斗通信技术应用到电力行业中，保障了电力工作人员的工作质量和效率。
一、电力系统中北斗定位搜索功能的具体应用北斗定位和GPS 定位在功能上基本上都是一样的，其水平精度是100 米（1σ），设立标校站以后是20 米（类似于差分的状态），工作频率为2491.75MHz，可以很好的应用在电力企业现场作业地点的导航以及作业轨迹的查询等方面。
电力企业的抢修车可以对其进行充分的利用，来标记电网的相关设备，并与地理信息系统相结合，以使这些设备可以进行图形化的标识，方便对电网相关设备数据的管理和检查。
电力抢修车通过安装北斗系统的接收机与数据发射机，就可以在发射高精度的数据追踪后，能在几秒钟的时间内将车辆信息自动的转发到电力的应急指挥中心，使调度指挥决策更加高效。
这项功能在进行电力的巡检和抢修时，可以对现场实时的情况进行真实的反应以及进行故障的定位，以便故障能够得到更加及时的处理。
而且由于车载导航更新的周期平均为四年左右，更新换代的速度太快，需求量较大，在公网无法覆盖的地区或者是基础的通信设施遭到严重损坏的情况下，车载终端导航系统无法将车辆的位置信息进行实时的反馈，但是北斗系统的定位搜索功能可以保障车辆和后台之间在任何地区、任何时间都能进行有效的通信，使车辆的位置信息实现实时的监控。
二、电力系统中北斗精密授时功能的具体应用为了满足我国社会经济的发展需要，电力企业进行了生产规模的快速扩大，在建设时，电力系统的各个输送基站分布的都比较广泛和分散，且其内部都备有时钟以便实时的进行报时，时间方面难免会出现误差，随着时间的不断推进，误差也会逐渐增加，对时间正确的计量作用也会逐渐丧失，最终会致使风险产生的机率变得越来越大。
北斗卫星在电力系统授时中的应用研究摘要：分析授时技术的发展及电力系统授时的现状，在对北斗卫星简介的基础上，论述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。
提出一种结合北斗卫星时钟信号和恒温晶振OCXO特性的1PPS秒脉冲提供给电力授时的原理和实现方法。
设计一种卫星同步时钟装置，该装置由北斗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，输出的1PPS 秒脉冲信号具有良好的长稳、短稳特性，可同步电网内时钟的高精度运行。
该方法具有实现手段简单、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。
关键词：北斗卫星；锁相环；授时；电力系统自动化0 引言随着国民经济的发展，电能的需求量不断增加、电能质量以及供电可靠性的要求越来越高；电力系统的自动化和安全运行的要求也更高，实时监控以及故障后分析对统一时钟的要求越来越迫切[1]。
故障录波装置及数字化变电站中使用的电子式互感器，在时间同步精度上都有很高要求[2]。
电力网时间的精确和统一成为提高电力系统自动化和安全运行的重要因素。
进入20世纪80年代后，随着微机保护在电力系统中的大量应用，尤其是各级电网调度自动化的相继建立，电力网对于时间精确和统一的要求越来越迫切了。
传统的无线电授时包括北美的WWVB，中国的BPC，以及Loran-C(Long Range Navigation)和OMEGA导航系统等[3]，他们大多采用通过10-100 kHz 的载波信号传输时间信息，精度在1 ms以内，其主要问题是载波信号在变电站内容易受到电晕放电的严重干扰，精度难以保证，且接收器的建设及维护费用较高[4]。
利用卫星对电力系统授时，有精度高、受环境干扰小、实时性好等优点。
GPS(global position system)是美国研制的导航、授时和定位系统，是世界上应用范围最广、精度最高的时间发布系统之一，其最高精度可达20 ns[5-8]。
但是，美国对民用用户不承担责任，不保证民用GPS时钟的精度和可靠性[6]。
且民用GPS接收机接收到的GPS时钟信号因星历误差、卫星钟差、接收机误差、跟踪卫星过少误差等因素的影响，精度和稳定性难以得到保证[9-11]。
在卫星失锁或卫星时钟实验跳变的条件下，GPS时钟误差达几十甚至上百ms[10]。
随着变电站自动化系统(substation automation system，SAS)走向网络化，变电站通信网络和系统技术标准IEC61850得到电力行业的广泛认可。
利用以太网进行网络对时也引起人们的关注。
网络时间协议NTP(Network Time Protocol)和简单网络时间协议SNTP(Simple Network Time Protocol)是使用最普遍的国际互联网时间传输协议。
IEC61850中规定的时间同步协议就是SNTP，其精度可以保持在1ms内[12]。
但现行的协议算法并不成熟，文献[12-14]为了获得更高的时间精度，设计的算法较复杂，实现难度大，并且在算法的效率和系统的稳定性上还需要进一步提高。
传统的时间同步方法不能满足当今电力系统发展的要求，电力系统仍需新的更稳定更可靠的时钟同步方法，本文探讨了北斗卫星应用于电力系统授时的必要性和可行性，并设计了一种基于微处理器和北斗卫星信号接收器(OEM板)的卫星同步时钟装置，提高了时钟源的精度和可靠性，可用于厂站的保护系统、故障录波系统时钟同步，提高了电网自动化水平。
1 北斗卫星应用于电力系统的可行性分析北斗卫星导航定位系统是由“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士提出的，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)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)。
其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。
(2)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，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，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。
(3)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。
北斗卫星导航系统由我国独立自主研制开发，不受他国的控制和限制，其可用性、可依赖性和安全性更有保障。
该系统的授时精度为单向无源授时100ns 和双向有源授时20ns ，该系统是区域性导航系统，其设计目的是为我国及周边地域服务。
北斗卫星信号的覆盖范围是北纬5°~55°和东经70°~140°之间的区域，包括我国大陆、台湾等岛屿和海域及我国周边的部分国家和地区，在此范围内能够全天候全天时地提供高精度定位、授时和短报文通信服务。
北斗卫星信号的服务范围已完全覆盖了我国电力系统所包含的区域。
此外，由于北斗卫星位于赤道上空36000km 的静止轨道，接收机相对卫星的可工作仰角范围为10°~75°，遮蔽角小，信号不易被接收机附近的高大物体遮蔽，该特点特别适合于我国一些高山地区的变电站同步授时，北斗卫星导航系统应用于我国电力系统授时领域前景广阔。
2 北斗卫星同步时钟装置对时秒脉冲1PPS 的实现系统要得到高稳定度的时间频率基准源，分析输入信号和输出信号有如下特性：北斗卫星接收机输出的1PPS 秒脉冲是远距离传输的信号，因而引入大量的噪声，造成了信号的抖动。
据实验数据卫星秒脉冲的抖动一般可以达到±50ns 。
标准频率源必须满足以下几个基本指标： 频率准确度：o f f f -=∆ （1）频率相对准确度：oo o f f f f f -=∆（2）上式中o f 为标称频率；f 为实际振荡器频率。
长期频率稳定度是指较长时间间隔内相对频率准确度的变化，这个时间间隔指几个月、几天、几小时、分、秒以上。
长期频率不稳定的原因主要是电压、电流变化，电路参数的不稳定，电路老化等。
统计值表征为：∑=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=n 1i 2o i o n f f f f n 1σ （3） 上式中n 为测量次数；io f f ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆为第i 次测量的相对频率准确度；⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆o f f 为n 个测量数据的相对平均值。
短期频率稳定度，指秒或微秒内的随机频率变化，是频率瞬间的无规则变化。
短期稳定度在频域上又称为相位抖动或相位噪声。
引起短稳不稳的原因主要是频率源内部噪声。
电路内部噪声主要来源于电阻的热噪声以及有源器件内部的噪声。
在本系统中压控振荡器噪声主要有白噪声、1/f 闪烁噪声、相位噪声和电源噪声。
抖动或相位噪声一般在时域中分析，设瞬时相位：()()()t t f 2t t t o o θπθωφ+=+= （4）瞬时频率：()()()dtt d 21f dt t d 21t f o θπφπ+== （5） 瞬时频偏：()dtt d 21f θπ=∆ （6）定义短期频率稳定度：of f Y(t)∆=（7） 这个量无法直接测量，只能测到某一段时间内的平均值。
一般用A11an(阿仑)方差的概念表征瞬时频率稳定度：22221201011()lim ()lim ()2nyj j n x j f f n f στ-→→∞==-∑ （8） 上式中，τ为每次测量的取样时间；o f 为标称频率；n 为测量组数；j=1，2，3…n 。
温度频率稳定度是指当温度每变化1℃，频率的相对准确度的变化情况。
频率稳定度的单位一般是“ppm ”(一百万分之一)，温度频率稳定度的单位是ppm/℃。
标准频率源要求长稳和短稳的性能均优良，且温度补偿性能好。
北斗1PPS 秒脉冲具有优良的长稳性能，在频域上表现为低频噪声很小。
但秒脉冲信号却含有大量的高频噪声，严重的影响了它的短稳性能，造成了秒脉冲信号的时域抖动。
而普通振荡器有着优良的短稳性能，在频域上表现为高频噪声功率水平极低，但低频噪声功率却很高。
恒温晶振在同一温度范围内频率稳定度一般为±0.0001~0.5ppm。
把这两个信号的优点结合起来就能构成一个优良的标准频率源。
3 锁相环理论和系统软硬件实现3.1 锁相环理论及系统数学模型锁相环系统对输入信号有着优良的跟踪和锁定功能，可用它来实现北斗卫星秒脉冲对10M晶振频率源的驯服，得到高精度的标准频率源。
3.1.1 锁相环(PLL)基本原理锁相环(Phase Locked Loop)是一个相位负反馈控制系统，由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)、电压控制振荡器(VCO)和分频器(Divider)四个部分组成。
锁相环的典型结构如下图所示：图1 锁相环典型结构框图Fig.1 Typical Structure block diagram of PLL本文所设计系统的原理结构如图2 所示。
由五部分组成，分别为时间间隔测量装置、控制算法、D/A、恒温晶振和分频器。
时间间隔测量装置是系统测量关键部件，其测量精度直接影响着系统的最终控制精度。
控制算法部分是系统的核心控制部分，对系统性能的改善与调节起着决定性的作用。
D/A 为数/模转换装置，将控制算法部分输出的数字信号转化成模拟信号，对恒温晶振进行控制。
恒温晶振是本系统的控制对象，其短稳性能决定了系统最佳的短稳性能。
分频器分频产生秒脉冲信号，与接收机标准秒脉冲比较。
图2 系统框图Fig.2 System block diagram3.1.2 系统各部分的相位模型为了对系统进行分析和设计，需要对系统进行建模。
本系统是数模混合系统，为简化分析，设：a.系统内的噪声频率远大于参考信号频率；b.参考信号的频率要远高于环路的闭环带宽。
则认为系统是线性连续的，系统各部分的相位模型如下：（1）时间间隔测量装置的相位模型设北斗卫星接收器方波标准秒脉冲在一个周期T内的总相位值为π2，标准秒脉冲信号同分频信号的时间间隔为t∆，标准秒脉冲信号的瞬时相位设为refθ，分频信号的瞬时相位设为divθ。
标准秒脉冲同分频信号的瞬时相位差值为eθ，则有下式成立：()edivrefTTtθπθθπ⋅=-⋅=∆22（9）本系统中标准秒脉冲周期T为1s，系统时间间隔测量装置的测量精度小于1ns，因此有：edensektTtθθπθπ⋅=⋅=∆⇒⋅⋅=⋅∆21010210999（10）上式中，dk为相位增益系数；nst∆为纳秒级的时间间隔测量值。
