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随着智能变电站的推广应用，变电站对标准时间同步系统的要求越来越高。FPGA构建的时间同步系统实现了GPS、北斗和IRIG-B输入冗余技术和锁相环技术等多种时钟源，输出脉冲、串口、IRIG-B、NTP、PTP和光纤编码等信号。
1引言
随着电力系统自动控制水平的不断提高，电厂、变电站、电力调度等自动化设备的运行离不开时间的统一。
目前，在实际应用中，电力设备的多样性使得对时间同步的要求多种多样，应用的时间源更多GPS、BD（北斗）和IRIG-B，提供高精度的时间基准，脉冲信号通过解码转换形成，IRIG-B交直流码、NTP、IEEE 1588（PTP）、RS232和RS485（RS422)串口报文等输出模式，完成全站受时装置的对时。
本文结合变电站时间同步技术的现状和发展，探讨了基于变电站时间的技术FPGA实现多时钟源冗余输入和多格式输出的技术应用，余输入和多格式输出的技术应用。
2 问题的提出
2.1 选择基准时间
考虑到时间系统的安全性和可靠性，根据电力系统对时间同步的技术要求进行选择GPS和BD选择空基卫星授时无线时间基准信号输入IRIG-B输入外部授时有线时间基准信号。
此外，该系统还配备了外部高稳定的恒温晶振输入FPGA锁相处理，通过外部时基信号同步，提供高精度、稳定的频率信号，形成内部时钟，实现时间的同步和统一。
此外，该系统还配备了外部高稳定的恒温晶振输入FPGA锁相处理，通过外部时基信号同步，提供高精度、稳定的频率信号，形成内部时钟，实现时间的同步和统一。
2.2 选择同步时间输出
电力系统自动化设备种类繁多，对时间同步的要求也多种多样。FPGA实时性和多输入输出端口使多时间信号输出成为可能。
当前时间同步信号主要包括:脉冲校时(秒脉冲、分脉冲和时脉冲)IRIG-B码校时、NTP或PTP光纤接口校时等。
3 基于FPGA实现系统方案
图1 由时间同步系统组成
3.1 处理同步信号
时钟系统的时间同步信号主要来自外部时钟源，处理外部时钟源发送的数据和脉冲信号，获取时间信息和准时间沿信息，通过时间信息校正系统中的时间、秒和日期，并在脉冲(通常是秒脉冲信号)同步系统的脉冲输出和每个输出信息的发送时间处理解调出的准确时间。获取空基时基信号：将GPS和BD的NMEA 0183
[1][2]
输出语句统一设置为4800波特率和异步传输模式TTL电平输入到FPGA。GPS输出语句选择$GPZDA,<1>,<2>,<3>*hh<CR><LF>语句；BD输出语句选择$CPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>*hh<CR><LF>,根据格式对该句子进行翻译，以获得时间和日期。
异步传输是根据字符传输的。一个字符的信息由起始位置、数据位置、奇偶验证位置和停止位置组成。1个起始位置、8个数据位置、2个停止位置和无验证位置的异步数据帧格式见图2所示。
异步传输是根据字符传输的。一个字符的信息由起始位置、数据位置、奇偶验证位置和停止位置组成。1个起始位置、8个数据位置、2个停止位置和无验证位置的异步数据帧格式见图2所示。
判断标志信息，提取数据位数据，串转处理，获取时间信息和有效/无效状态信息，将两者信息转换为相应的时间信息进行比较。
图2 帧格式的异步通信
获取有线时基信号：IRIG-B代码是一种常含时间信息和准确脉冲沿信息的常用授时方法。输出是串行时间码，帧长1S，共100码元，码元宽度100码元ms，脉宽编码形式为2ms脉宽表示0，5ms脉宽表示1、8ms脉宽表示“P格式见图3所示。
图3 B码显示波形图
采用10KHz时钟信号计数B码的输入信号，并设置误差范围如±五个单位相当于0.5ms识别0、1、P代码，获取时分秒、天数和年数据，并转换成相应的时间信息进行比较。
R
码头前1ms输出秒控制信号B和IRIG-B输出的C信号是解调的同步秒脉冲信号，以确保秒脉冲前沿的精度，如图4所示。
图4 IRIG-B解调秒脉冲的形成
基准信号比较：分别比较时间信息和秒脉冲信息。当时间数据相同时，时间信息相同，脉冲前沿在允许的误差范围内(如±0.5μS）认为一致。
基准信息的选择：系统通过参数设置基准时间输入的优先级BD-GPS-IRIG-B设置优先级，也可按GPS-BD-IRIG-B设置优先级。当三个或两个基源比较结果完全一致时，基源优先级最高的冗余时间信号和脉冲信号输出在选择结果一致时，当比较结果不一致时时间。选择冗余输出时间信息同步内部时间(需要加1秒)，脉冲信号同步分频电路和全局时间。
3.2 处理输出信号
同步驯服的频率信号在FPGA内部分频计数，输出标准1PPS、1PPM和1PPH信号。
根据图3所示的时序格式编码参考码元、识别标志、秒、分、时、天、年和当天的总秒，并转串。数据输出选择响应的计数脉宽输出，参考码元和识别标志选择8ms脉宽输出，数据0和1分别选择2ms和5ms由此获得脉宽输出IRIG-B直流码信号。
IRIG-B直流码信号由正弦调制DA转换、驱动和变压器隔离输出交流B码。根据UART协议将发送数据锁定为并行数据，由数据传输波特率产生的发送时钟发送移位输出，即完成数据的异步发送。
3.3 接口电路输出信号
根据电力系统对时间同步信号和数量的不同需求
[5]
，选择脉冲信号(1)PPH、1PPM和1PPS）、B二次分配代码和串行信号，通过系统设计的4路TTL、4路RS232、4路RS485（或RS422、4路高速光电隔离器6N137或4路850nm光纤发送器HFBR1412输出。
网络时间同步是数字变电站和数字设备中常用的重要同步方式，目前分为NTP和PTP两种授时。NTP用以太网控制芯片在局域网中的精度可达毫秒级RTL8019AS实现，而PTP以太网控制芯片的精度可达纳秒级DP83640T通过串行时间信息和同步脉冲信号输入实现NTP或PTP根据相应的网络协议，模块的同步时间形成网络对时输出，同时可以服务于多个对时设备的时间要求。
结语
系统以BD、GPS为主和IRIG-B辅以访问基础信号源，提高系统的时间精度和可靠性，同时锁定高稳定晶体振动，提高时间间隙的准确性和系统的准时性；根据多个设备时间同步模式的不同需求FPGA灵活分配各种授时信号。预期的设计要求是通过系统测试实现的。预期的设计要求是通过系统测试实现的。
(编自《电气技术》FPGA作者是周国平。）
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