摘 要

随着智能变电站的推广，自动化装置越来越多的应用在电力系统中，而卫星时间同步装置为自动化装置的配合工作提供一个精确统一的时间，保障电力系统安全稳定运行。随着北斗卫星导航系统逐渐完善，我国的卫星时间同步系统可以摆脱对GPS的依赖，采用更安全可靠的北斗卫星导航系统。但由于北斗卫星导航系统研究起步较晚，时间同步技术还不成熟，北斗卫星授时装置在卫星信号的接收解析方面还存在一些问题，因此北斗时间信号的研究是时间同步技术中一个重要的课题。

论文首先简要介绍了北斗卫星授时原理、时间同步装置的工作原理及其应用，并以在四方公司实习所接触的CSC-196时间同步装置举例，具体说明装置的功能和配置方法。然后探讨研究精密授时模块UM220-III N，并以它为核心使用Altium Designer软件设计授时模块模拟电路，实现了授时模块信号接收、数据传输等基本功能。软件方面，在四方公司使用CSC-196装置获取NEMA-0183码，并用C语言设计出NEMA-0183码解码程序，程序可解析NEMA-0183码，输出其包含的时间、位置和状态等信息，可检查信息准确性，而且提供信息查询功能。

关键词：北斗；时间同步装置；授时模块；NEMA-0183码

Abstract

With the promotion of intelligent substation, automation devices are more and more used in power systems, and satellite time synchronization devices provide a precise and unified time for the automation devices to ensure the safe and stable operation of power systems. With the Beidou navigation system gradually improved, China's satellite time synchronization system can get rid of the dependence on the GPS and utilize the secure and reliable Beidou navigation system. However, due to the late start of the Beidou satellite navigation system, the time synchronization technology is not yet mature. There are still some problems in the satellite signal reception and analysis of the Beidou satellite timing device, so the Beidou time signal research is an important topic in time synchronization technology.

This paper first introduces the working principle of the Beidou satellite timing and the time synchronization device and its application, and illustrates the function and configuration method of the CSC-196 time synchronization device. Then, we study the timing module UM220-III N, and use it as the core to design the timing module analog circuit with the Altium Designer software, and realize the basic functions of timing signal reception and data transmission.

In terms of software, the NEMA-0183 code is acquired by using the CSC-196 device and the NEMA-0183 code decoding program is designed in C language. The program can parse the NEMA-0183 code and output information such as the time, location and status .Moreover, it can check the accuracy of information and provide information query function.

Key Words：Time synchronization device；Beidou；Timing module；NEMA-0183 code

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文的结构与主要研究内容 3

第2章 北斗卫星授时原理及时间同步装置的应用 5

2.1 北斗卫星授时原理及授时方式 5

2.2 卫星时间同步装置的工作原理及对时方式 6

2.3 卫星时间同步系统在智能变电站中的接入与应用 7

第3章 CSC-196装置介绍及授时模块设计 9

3.1 CSC-196电力系统同步时钟装置概述 9

3.1.1 装置简介 9

3.1.2 装置功能 9

3.1.3 信号接收插件 10

3.2 精密授时模块UM220-III N 11

3.2.1 UM220-III N简介 11

3.2.2 UM220-III N 内部框图及其电气特征 11

3.3 授时模块基本电路设计 12

3.3.1 最小系统参考电路 12

3.3.2 复位电路 13

3.3.3 RS232串口传输电路 14

3.3.4 USB传输电路 15

3.3.5 设计总结 16

第4章 NEMA-0183码的获取与解码程序设计 17

4.1 NEMA-0183码的获取 17

4.1.1 硬件连接 17

4.1.2 调试装置 18

4.1.3 NEMA-0183码获取 19

4.2 NEMA-0183协议简介及语句分析 19

4.2.1 NEMA-0183协议简介 19

4.2.2 NEMA-0183码分析 20

4.3 NEMA-0183码的解码程序设计 21

4.3.1 程序总体设计 21

4.3.2 文件读取部分设计 22

4.3.3 字符串处理部分 23

4.3.4 语句解析部分设计 24

4.3.5 查询功能部分设计 25

4.3.6 程序运行结果 25

第5章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 28

附录A 30

致 谢 39

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

电力是社会经济的发展动力、国民生活的基础能源。随着经济快速发展，工业规模扩大且电气化水平提高，人民生活水平提高，日用电器越来越多，所以对供电的质量、需求量以及可靠性的要求也越来越高。为了满足日益增长的用电需求，电力系统规模不断扩大。直流输电、超高压特高压输电和远距离输电等成为电网发展趋势，使得电网的结构与运行方式也更加复杂^[1]。一旦电网某处发生故障或受到大的干扰，如果不能及时的监控系统运行状况，做出及时的预告、控制和保护，就会发生大面积事故，产生难以想象的的安全问题与经济损失，造成恶劣的社会影响。因此，电力系统的安全、稳定、高效运行问题至关重要。

为了应对日益复杂的电网安全问题，各种自动化系统与装置在电网中大量使用，智能电网的建设是大势所趋。同时，作为电网重要枢纽，变电站的自动化水平也随之提高。智能电网的建设推动智能综合自动化变电站的推广^[2]。智能变电站中几乎所有设备装置均为自动化装置，可实现无人看守，然而这些自动装置的配合工作建立在时间同步的基础上。当电力系统发生故障时，首先由检测元件检测到故障量，发送至数据采集系统，数据采集系统将模拟信号装换为数字信号，通过内部芯片程序运算，判断出口逻辑，然后以继电器作为动作元件配合开关控制电路，实现保护分合闸。这一系列的动作都将以时间作为基准先后执行，事故过后，技术人员也将也将按发出信号、保护动作和分合闸的时间顺序来分析事故的原因及过程。如果各个自动化设备的时间不同步，装置间的配合将出现失误，动作顺序出错，不仅不能快速切除故障，甚至会扩大故障，造成更大面积的停电。所以，为电力系统各自动化设备提供一个统一的时钟，是智能变电站以至于智能电网建设的最基本的要求。