飞凌FETMX6UL－C核心板的双主钟时间同步系统设计和实现

电力系统时钟同步系统是利用全球定位系统GPS（北斗）时钟对电厂、变电站的计算机监控系统、测控装置、线路微机保护装置、故障录波装置、电能量计费系统 等进行统一对时，这些自动化设备的内部都有实时时钟，但是也有可能因为多种原因产生误差，如初始值设备的不准确、石英晶体振荡频率误差及其频率振荡的温度漂移和老化漂移、电路中电容量的变化等。

因此需要实时对系统中的电子钟进行校准， 当前主要是利用GPS和北斗卫星授时系统取得时间基准信号，并转换成各种自动化设备需要的时间信号输出，从而实现各个自动化设备的时间统一，实现了整个电厂、变电站的时钟完全统一，提高整体电网系统运行的效率。

一、时间同步系统的组成

时间同步系统有多种组成方式，其典型形式有两种，分别如下：

＊单主钟时间同步系统

由一台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成，用以为被授时设备或系统对时，根据实际需要和技术要求，主时钟可留有接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。

＊双主钟时间同步系统

由两台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成，用以为被授时设备或系统对时。根据实际需要和技术要求，主时钟可留有接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。

二、时间同步系统的配置

北斗＋GPS，适用于小型发电厂、35kV及以下变电站。

双北斗＋双GPS，适用于各级调控中心、大型发电厂、110kV及以上变电站。

 

01、 系统构成

授时方案设计了5个模块：导航卫星信号接收模块、时间解码模块、晶振计数模块、模拟秒脉冲产生模块、显示模块。

02、 系统原理

由导航卫星信号接收模块接收卫星信号，输出标准秒脉冲和时间码至FPGA时间解码模块，FPGA解出时间信息并根据通讯协议发送给显示模块。晶振输出脉冲至FPGA，晶振计数模块记录标准秒脉冲每个周期内晶振脉冲数。当记录时间达到30min，计算这组数据的均值和方差。导航卫星失联后，根据前30min计算的均值和方差动态设置晶振计数模块的脉冲产生计数器阈值以产生高精度的模拟秒脉冲。

 

 

三、方案技术需求实现

主控选用飞凌FETMX6UL－C核心板

性能：NXP i．MX6UL Cortex－A7 主频528MHZ

电源保障：双电源供电，互为主备

LCD：显示屏，人机交互

Key：前面板的按键

SPI：接FPGA。与FETMX6UL－C做信息交互

IIC：RTC芯片

串口：接GPS模块和北斗模块

GPIO：控制中断

网口：2路，做通讯授时

平台优势：

FETMX6UL－C核心板基于NXP i．MX6UltraLite Cortex－A7 架构处理器设计，主频528MHz，核心板采用两组优质进口80P板对板连接器设计，独特的电源管理架构相比ARM9系列的核心板功耗更低。严酷的温度等级测试确保核心板在－40℃～＋85℃环境中稳定运行，最大支持8路UART、2路以太网、2路CAN等工业级总线接口。

行业发展贴士：

“四统一”时间同步装置

调自〔2013〕82号文《国调中心关于加强电力系统时间同步运行管理工作的通知》要求“实现系统级的时间同步状态在线监测功能”。

调自〔2014〕53号文《国调中心关于强化电力系统时间同步监测管理工作的通知》要求“电力系统时间同步监测遵循分级管理的原则，各级调度控制中心监测管理直调厂站和下级调度的时间同步状况，厂站监控系统监测管理站内主要二次设备的时间同步状况。通过分级时间同步监测系统，实现对电力系统时间同步的闭环管理”。

2015年，国调中心自动化处组织8个省市调、中国电科院、南瑞集团及国内10多个主要自动化设备厂家，以提高变电站自动化设备标准化程度和功能性能为目标，开展了时间同步装置的“四统一、四规范”工作（简称“四统一”），统一外观接口、信息模型、通信服务、监控图形，规范参数配置、应用功能、版本管理、质量控制，制定《Q／GDW11539－2016 电力系统时间同步及监测技术规范》。

主要解决了以下问题：

1． 各厂家装置使用界面、菜单面板指示灯和参数设置项存在明显差异，不便于运维。

2． 大部分装置不支持时间同步状态在线监测功能，部分装置多事件源切换功能存在缺陷，同时信息模型存在一定差异。

3． 装置型号命名无明确规则，缺乏软件版本管理手段。

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