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一种智能物联电能表及其对时方法
申请号	CN202310229640.9	申请日	2023-03-10	公开(公告)号	CN116360241A	公开(公告)日	2023-06-30
申请人	合肥中宸微电子有限公司;			发明人	葛绍伟; 李阿磊; 方伟; 李建群; 李鑫;
摘要	本发明公开了一种智能物联电能表及其对时方法，智能物联电能表包括：内部时钟模块和长波授时模块，长波授时模块接收外界长波授时码，并对长波授时码解码，获取标准时间信息，依据校准时间信息对内部时钟模块的时间信息进行校准。通过利用长波授时技术进行自动校时，可以接收国家授时中心发布的长波授时码，利用电能表的处理器对所接收的信息解码，将解码后得到的时间信息自动校准电能表的软时钟，以保证电能表时钟的准确性，提高分时费率的准确度。
权利要求	1.一种智能物联电能表，其特征在于，包括：内部时钟模块和长波授时模块，所述长波授时模块接收外界长波授时码，并对所述长波授时码解码，获取标准时间信息，依据所述校准时间信息对所述内部时钟模块的时间信息进行校准。 2.根据权利要求1所述的智能物联电能表，其特征在于，所述长波授时模块包括：依次连接的铁氧体天线、AGC自动增益控制放大器、载波接收单元、解调器、信号处理单元；所述AGC自动增益控制放大器通过所述铁氧体天线接收所述长波授时码，并经所述载波接收单元和所述解调器发送至所述信号处理单元；所述信号处理单元对所述长波授时码进行解码处理，得到所述长波授时码中的标准时间信息，所述标准时间信息用于对所述内部时钟模块进行时码控制。 3.根据权利要求2所述的智能物联电能表，其特征在于，所述长波授时模块还包括：校正单元；所述校正单元接收所述信号处理单元发送的所述校准时间信息并进行校正，得到校正后的所述标准时间信息，用于对所述内部时钟模块进行时码控制。 4.根据权利要求3所述的智能物联电能表，其特征在于，所述校正单元对接收到的所述长波授时码的参数进行配置，判断所述长波授时码中完整的第一秒信息是否完整，如是则接收其后预设时长的信息编码，并对第一秒及预设时长的信息解码并校正；如否则重新接收所述长波授时码。 5.一种智能物联电能表对时方法，其特征在于，包括如下步骤：基于电能表的长波授时模块接收外界长波授时码的校准时间信息；使所述校准时间信息与内部时间模块中的时间信息同步；基于所述校准时间信息对所述电能表的内部时间模块进行时间校准，完成所述电能表的对时进程。 6.根据权利要求5所述的智能物联电能表对时方法，其特征在于，所述使所述校准时间信息与内部时间模块中的时间信息同步，包括：检测所述校准时间信息的信号上升沿；当检测到若干个连续稳定的所述信号上升沿时，对所述内部时间模块中的计数器进行复位，使所述内部时间模块秒脉冲的上升沿与所述校准时间信息信号的上升沿同步，完成时间信息同步。 7.根据权利要求5所述的智能物联电能表对时方法，其特征在于，所述基于所述校准时间信息对所述电能表的内部时间模块进行时间校准，包括：获取所述校准时间信息的信号脉冲宽度；基于所述信号脉冲宽度获取校准时间，依据所述校准时间对所述内部时间模块进行对时。 8.根据权利要求7所述的智能物联电能表对时方法，其特征在于，所述基于所述信号脉冲宽度获取校准时间之后，还包括：对所述校准时间进行校验，并将校验后的所述校准时间对所述内部时间模块进行对时。 9.根据权利要求7所述的智能物联电能表对时方法，其特征在于，所述接收外界长波授时码的校准时间信息之后，还包括：对所述长波授时码的参数进行配置；判断所述长波授时码中第一秒信息是否完整；如是，则接收其后预设时长的信息编码，并对第一秒及预设时长的信息解码并校正；如否则重新接收所述长波授时码。
说明书全文	一种智能物联电能表及其对时方法技术领域 [0001] 本发明涉及电力设备技术领域，特别涉及一种智能物联电能表及其对时方法。背景技术 [0002] 在当前“双碳”目标下，作为供应电计量基准的智能物联电能表具备准确的计时，显得尤为重要。电网负荷不平衡，不仅会影响电网运行安全，系统运行的经济性也不高。为提高电网运行的安全性和经济性，国网相关部门提出“削峰平谷”的策略。具体实施上就是在用电高峰时提高电价，低谷时降低电价，以鼓励电力用户分时用电来达到电网尽可能负荷平稳运行的目的。实现分时费率这一手段，作为用电计量终端的准确计时就非常重要。 [0003] 传统的电能表时钟功能，采用外部硬件时钟RTC芯片或主控处理器内部软时钟，按照计量中心要求，其时钟误差在常温情况要控制在±0.5S/d，误差的累积就会导致时钟偏移很大，虽然电力企业在一定的周期内会对电能表进行远程校时，但是校时失败也时有发生，而且当时钟误差超过一定的限值时(目前典型值为5分钟)，远程校时将无法进行。另一方面，一旦发生停电，电能表内时钟就只能依靠表内内置电池维持运行，电池的钝化、容量损失过大、内阻变大等故障都会影响时钟的准确性。 [0004] 长波授时是将高精度原子钟精确时间信息用时间编码方式，通过无线发射，以长波(20KHz—100KHz)无线电波进行传播，用户端利用无线接收机接收信号并解调以恢复时间编码，再经过微处理器对编码进行解码得到精确时间信息。目前在德、美、英、日等国家，电波授时已广泛应用于电力，通信，民航，铁路等各个领域。利用长波进行时间频率传递与校准，是一种覆盖能力比短波强，校准的准确度更高的授时方法。 [0005] 长波授时台是我国目前唯一微秒量级的高精度授时系统，因其有独特的传播特性，可以较好地在地表传播，大气层中的电离层也能将该长波信号以折射的方式返回地表面，所以该信号基本覆盖我国整个陆地和近海海域。系统运行二十多年来，为我国国民经济诸多行业和部门提供了可靠的高精度授时服务，发挥着极为重要的作用。发播信号时刻准确度在±1微秒以内。 [0006] 2007年以来，中国科学院国家授时中心在商丘、陕西等多地建立大功率、连续发播的长波时码授时台，构筑了我国新一代BPC长波时码授时系统，授时信号可以有效覆盖京、津和长江三角洲等我国政治文化和经济中心。长波时码授时系统是一个载频为68.5KHz的调幅无线发播系统。调幅脉冲下降沿的起始点，指示着国家授时中心UTC(NTSC)秒信号的发生时刻。调幅脉冲的宽度按指定的传输协议给出我们已经进行过加密处理的日历和时间的数字编码信息。 [0007] 传统技术方法为仅采用外部硬件专用时钟RTC芯片或者电能表主控处理器内部软时钟，通过当前技术方案，电能表时钟校时基本都是通过其上行设备作为基准进行。采用外部硬件时钟RTC芯片作为计时的电能表，为了保证计时的精度，需要在时钟电路、晶振等器件进行严格的筛选。即使这样，若电能表停电，依靠电能表内部电池来维持供电的时钟，因电池的可靠工作寿命的不确定性，也会存在时钟不准确的可能性。由于上行设备的基准时钟因需要经过多个环节转发其精准度也受到影响，同时如果时差超过5分钟，上行设备则无法进行校时操作。发明内容 [0008] 本发明实施例的目的是提供一种智能物联电能表及其对时方法，通过利用长波授时技术进行自动校时，可以接收国家授时中心发布的长波授时码，利用电能表的处理器对所接收的信息解码，将解码后得到的时间信息自动校准电能表的软时钟，以保证电能表时钟的准确性，提高分时费率的准确度。 [0009] 为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种智能物联电能表，包括：内部时钟模块和长波授时模块， [0010] 所述长波授时模块接收外界长波授时码，并对所述长波授时码解码，获取标准时间信息，依据所述校准时间信息对所述内部时钟模块的时间信息进行校准。 [0011] 进一步地，所述长波授时模块包括：依次连接的铁氧体天线、AGC自动增益控制放大器、载波接收单元、解调器、信号处理单元； [0012] 所述AGC自动增益控制放大器通过所述铁氧体天线接收所述长波授时码，并经所述载波接收单元和所述解调器发送至所述信号处理单元；所述信号处理单元对所述长波授时码进行解码处理，得到所述长波授时码中的标准时间信息，所述标准时间信息用于对所述内部时钟模块进行时码控制。 [0013] 进一步地，所述长波授时模块还包括：校正单元； [0014] 所述校正单元接收所述信号处理单元发送的所述校准时间信息并进行校正，得到校正后的所述标准时间信息，用于对所述内部时钟模块进行时码控制。 [0015] 进一步地，所述校正单元对接收到的所述长波授时码的参数进行配置，判断所述长波授时码中完整的第一秒信息是否完整，如是则接收其后预设时长的信息编码，并对第一秒及预设时长的信息解码并校正；如否则重新接收所述长波授时码。 [0016] 相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种智能物联电能表对时方法包括如下步骤： [0017] 基于电能表的长波授时模块接收外界长波授时码的校准时间信息； [0018] 使所述校准时间信息与内部时间模块中的时间信息同步； [0019] 基于所述校准时间信息对所述电能表的内部时间模块进行时间校准，完成所述电能表的对时进程。 [0020] 进一步地，所述使所述校准时间信息与内部时间模块中的时间信息同步，包括： [0021] 检测所述校准时间信息的信号上升沿； [0022] 当检测到若干个连续稳定的所述信号上升沿时，对所述内部时间模块中的计数器进行复位，使所述内部时间模块秒脉冲的上升沿与所述校准时间信息信号的上升沿同步，完成时间信息同步。 [0023] 进一步地，所述基于所述校准时间信息对所述电能表的内部时间模块进行时间校准，包括： [0024] 获取所述校准时间信息的信号脉冲宽度； [0025] 基于所述信号脉冲宽度获取校准时间，依据所述校准时间对所述内部时间模块进行对时。 [0026] 进一步地，所述基于所述信号脉冲宽度获取校准时间之后，还包括： [0027] 对所述校准时间进行校验，并将校验后的所述校准时间对所述内部时间模块进行对时。 [0028] 进一步地，所述接收外界长波授时码的校准时间信息之后，还包括： [0029] 对所述长波授时码的参数进行配置； [0030] 判断所述长波授时码中第一秒信息是否完整； [0031] 如是，则接收其后预设时长的信息编码，并对第一秒及预设时长的信息解码并校正； [0032] 如否则重新接收所述长波授时码。 [0033] 本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果： [0034] 通过利用长波授时技术进行自动校时，可以接收国家授时中心发布的长波授时码，利用电能表的处理器对所接收的信息解码，将解码后得到的时间信息自动校准电能表的软时钟，以保证电能表时钟的准确性，提高分时费率的准确度。附图说明 [0035] 图1是本发明实施例提供的智能物联电能表对时原理示意图； [0036] 图2是本发明实施例提供的智能物联电能表实现方案示意图； [0037] 图3是本发明实施例提供的长波授时码帧格式及编码信息示意图； [0038] 图4是本发明实施例提供的长波授时码数据帧报文解析示意图。 [0039] 图5是本发明实施例提供的1PPM脉冲信号示意图。具体实施方式 [0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。 [0041] 请参照图1和图2，本发明实施例的第一方面提供了一种智能物联电能表，包括：内部时钟模块和长波授时模块，长波授时模块接收外界长波授时码，并对长波授时码解码，获取标准时间信息，依据校准时间信息对内部时钟模块的时间信息进行校准。 [0042] 本技术方案基于长波授时实现智能物联电能表时间同步,通过对比分析,证明上述装置的可靠性、稳定性及授时精度等均满足要求；此外，上述装置也可作为用户用电采集系统各种装置授时方式的重要补充。通过模块化设计的长波授时模块，不影响现用智能物联电能表的整体硬件结构及软件架构，增配的长波授时模块采用模块化设计，具有兼容性好、性价比高、工作稳定可靠等特点。 [0043] 进一步地，长波授时模块包括：依次连接的铁氧体天线、AGC自动增益控制放大器、载波接收单元、解调器、信号处理单元；AGC自动增益控制放大器通过铁氧体天线接收长波授时码，并经载波接收单元和解调器发送至信号处理单元；信号处理单元对长波授时码进行解码处理，得到长波授时码中的标准时间信息，标准时间信息用于对内部时钟模块进行时码控制。 [0044] 具体的，铁氧体天线为低频信号接收天线，使用大量漆包线在铁氧体磁芯周围缠绕而成，将从空间感应接收由授时中心发射的长波授时信号转换为电压信号。自动增益控制放大器，具备开启选择和增益保持的开关控制，可以将输入放大器增益配置到最佳水平。解调器为检波调谐器，完成从载波中一串有规律的脉冲信号所提取出表征的时间信号。 [0045] 进一步地，长波授时模块还包括：校正单元，接收信号处理单元发送的校准时间信息并进行校正，得到校正后的标准时间信息，用于对内部时钟模块进行时码控制。 [0046] 具体的，校正单元工作过程如下：对接收到的所述长波授时码的参数进行配置，判断所述长波授时码中完整的第一秒信息是否完整，如是则接收其后预设时长的信息编码，并对第一秒及预设时长的信息解码并校正；如否则重新接收所述长波授时码。 [0047] 智能物联电能表中增加由接收无线电载波信号、信号处理、自动校正等单元组成的长波授时模块，这样就能接收地面发射站以载波发送的标准时间信号，电能表在接收到这一精确的时码后，经处理器处理即可自动校正装置的计时误差，使每只电能表时钟都受统一精确的时码控制，进而实现所有电能表时钟的精确性。 [0048] 请参照图3、图4和图5，长波授时模块核心是由电波接收和算法处理两部分组成。长波授时码信号形式都是以1秒为单位变化的，在1秒中包含了信号的秒脉冲信息和时间编码信息。标准长波授时BPC帧周期为20秒，每分钟包含三帧；以秒脉冲宽度表示四进制数的 0，1，2，3，以四进制数表示相应的分、时、日、月、年、星期等时间信息。授时接收过程类似调幅广播接收，使用磁棒线圈和电容谐振于68.5KHz的载波频率，通过晶体滤波器去除干扰，通过AGC控制，最终解调出1PPM的秒脉冲。可以通过示波器观测到如下图5所示的1PPM信号，可以看到，波形的上升沿是每秒的起点，脉冲宽度携带着更多信息，需要解码处理才能恢复出具体时间信息。 [0049] 首先，实现电能对时的步骤是使电能表内部软时钟的秒脉冲与标准BPC秒脉冲同步，检测每一个BPC秒脉冲的上升沿，并在检测到多个稳定的上升沿后复位电能表内部软时钟计数器，使本地秒脉冲的上升沿与BPC秒脉冲上升沿同步。然后，通过判断每个BPC脉冲的宽度，恢复出携带的时间信息，逐步凑齐时、分、秒等信息，并进行校验。校验结果正确，则完成了一次BPC授时过程，实现了电能表时钟的修正。 [0050] 相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种智能物联电能表对时方法包括如下步骤： [0051] 步骤S100，基于长波授时模块接收外界长波授时码的校准时间信息。 [0052] 步骤S200，使所述校准时间信息与内部时间模块中的时间信息同步。 [0053] 步骤S300，基于所述校准时间信息对所述电能表的内部时间模块进行时间校准，完成所述电能表的对时进程。 [0054] 具体的，步骤S100中，接收外界长波授时码的校准时间信息之后还包括： [0055] 步骤S110，对长波授时码的参数进行配置。 [0056] 步骤S120，判断长波授时码中第一秒信息是否完整。 [0057] 步骤S130，如是，则接收其后预设时长的信息编码，并对第一秒及预设时长的信息解码并校正。 [0058] 步骤S140，如否则重新接收长波授时码并再次进行长波授时码第一秒信息是否完整的步骤。 [0059] 具体的，步骤S200中使所述校准时间信息与内部时间模块中的时间信息同步，包括： [0060] 步骤S210，检测所述校准时间信息的信号上升沿。 [0061] 步骤S220，当检测到若干个连续稳定的所述信号上升沿时，对所述内部时间模块中的计数器进行复位，使所述内部时间模块秒脉冲的上升沿与所述校准时间信息信号的上升沿同步，完成时间信息同步。 [0062] 具体的，步骤S300中基于所述校准时间信息对所述电能表的内部时间模块进行时间校准，包括： [0063] 步骤S310，获取所述校准时间信息的信号脉冲宽度； [0064] 步骤S320，基于所述信号脉冲宽度获取校准时间，依据所述校准时间对所述内部时间模块进行对时。 [0065] 可选的，步骤S320中的步骤S320，之后，还包括： [0066] 步骤S330，对所述校准时间进行校验，并将校验后的所述校准时间对所述内部时间模块进行对时。 [0067] 授时接收过程类似调幅广播接收，使用磁棒线圈和电容谐振于68.5KHz的载波频率，通过晶体滤波器去除干扰，通过AGC控制，最终解调出1PPM的秒脉冲。可以通过示波器观测到如下图5所示的1PPM信号，可以看到，波形的上升沿是每秒的起点，脉冲宽度携带着更多信息，需要解码处理才能恢复出具体时间信息。 [0068] 经过上述过程，智能物联电能表可以接收并准确获取长波授时码，并依据长波授时码对其内部时间模块中的时间信息进行校准。 [0069] 本发明实施例旨在保护一种智能物联电能表及其对时方法，智能物联电能表包括：内部时钟模块和长波授时模块，所述长波授时模块接收外界长波授时码，并对所述长波授时码解码，获取标准时间信息，依据所述校准时间信息对所述内部时钟模块的时间信息进行校准。上述技术方案具备如下效果： [0070] 通过利用长波授时技术进行自动校时，可以接收国家授时中心发布的长波授时码，利用电能表的处理器对所接收的信息解码，将解码后得到的时间信息自动校准电能表的软时钟，以保证电能表时钟的准确性，提高分时费率的准确度。 [0071] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

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