[发明专利]一种具有时钟同步和位置定位功能的电力信息网

权利要求书

1.一种具有时钟同步和位置定位功能的电力信息网，包括主站系统、一级通信层、子站系统、二级通信层以及终端系统，

主站系统包括SCADA设备、故障诊断恢复设备、高级应用工作站、配电自动化工作站，主站系统的功能是对所辖配电区域各变电站集中监控以及对配电网终端设备实时监控，

一级通信层为SDH同步光网络或者千兆光纤冗余环网，其用于主站系统与子站系统之间的通信，其能够提供传输频带宽大、通信速度高、传输可靠性好和实时性好的高性能网络，满足电力信息网系统的高性能通信要求，

子站系统为多个中间服务器，用于实现主站系统与终端系统间的信息集结，承担配电监控数据集中、转发和子区域内馈线自动化功能；

二级通信层为包括光纤、移动公网GPRS、电话专线和电力线载波多种通信方式的通信接口，其用于将终端系统不同的通信信号转化为统一的数据信号以提供给子站系统；

终端系统包括分散于配电区域内配电终端设备，配电终端设备用于对配电设备的状态与工况的数据采集与计算，位于配电自动化系统底层，是系统数据信息的提供和监控命令的执行单元，具有四遥和电流检测、通信转发、继电保护功能，

配电终端设备包括馈线配电终端、配电变压器监测终端和开闭所远方监控终端，其中，馈线配电终端是装设在馈线开关旁的开关监控装置，配电变压器监测终端用于监测并记录配电变压器运行工况，开闭所远方监控终端安装于常规开闭所和环网柜；

在子站系统的每个中间服务器、终端系统的每个配电终端设备上安装具有无线收发功能的数据采集装置，在输电线间隔一定距离分别安装数据采集装置，

其特征在于：通过子站系统以及数据采集装置实现主站系统对终端系统的状态、性能的监视以及对终端系统的远程操作控制，并且，数据采集装置构成无线通信网络，通过定位算法快速准确的给出输电线的排布情况，通过时钟同步算法实现各个配电终端设备的同步；

定位算法包括如下步骤：

步骤1，无线通信网络的初始化；

无线通信网络中，共有n个数据采集装置成节点，其中，m个安装在每个中间服务器以及每个配电终端上的位置固定的数据采集装置构成固定节点，其他n-m个安装在输电线上的位置不固定的数据采集装置构成未知节点，由于配电终端的位置是固定的，因此固定节点的位置为已知；

以其中一个固定节点为源节点向临近节点发送一个消息请求，临近节点再向其临近节点发送消息请求，如此循环，直至覆盖全网,实现网络的初始化；

步骤2，测量临近节点间点与点之间的距离，并通过固定节点周期性地广播包含固定节点的身份、位置及路径长度变量的消息，将路径长度变量的初始值设为零，接收到该消息的每个节点会将测量到的距离添加至路径长度中；

步骤3，如果节点通过不同路径收到来自之前固定节点的信息，那么只有在当前路径长度小于之前时，才更新路径长度并将其转发出去，未知节点就根据获得的累积距离来估算自身的位置；

步骤4，重复步骤3，直至无线通信网络中所有未知节点都获得其到最近的固定节点的跳数，以及到最近的固定节点的每跳距离之和以及固定节点的位置坐标；

步骤5，各个固定节点向未知节点广播自身到其他各固定节点的距离误差修正值；

步骤6，未知节点利用接收到的距离误差修正值计算其至各个固定节点的有效距离，当未知节点获得3个或更多固定节点的有效距离后，得出自身位置；

步骤7，所有节点的位置信息发送给主站系统，形成各个配电终端的分布以及输电线的分布图，从而在输电线出现故障时，能够准确的发现其具体位置；

时钟同步算法的具体步骤为：

步骤1，收集无线通信网络中各个无线通信模块的时间信息，将时间信息通过通知报文发布；

步骤2，最优时间源选择，根据收集的时间信息，选择具有最优时间信息的无线通信模块，将其作为同步的时间源；

步骤3，根据时间源的选择结果，决定无线通信模块的端口同步工作状态，端口的同步工作状态将无线通信模块的时钟划分为主时钟、从时钟和不可用时钟三种，主时钟向相邻的从时钟发送同步消息，通过时间戳机制来进行时钟同步和补偿；

步骤4，时间戳服务由网络物理层提供，时间戳以报头的身份存在于时间敏感的音视频数据流数据包中，当含有时间戳的消息进出需要时钟同步无线通信模块的端口时，会与本地时钟进行对比，利用相应的路径延迟补偿算法与本地时钟进行匹配，从而实现整个无线通信网络的时间同步。