多级系统的级联对时方法和多级系统与流程

本技术涉及多级系统时间同步，具体而言，涉及一种多级系统的级联对时方法和多级系统。

背景技术：

1、分布式多级控制系统通常采用分层级联架构，由上级控制器统筹全局调度，多台中间级控制器分区管控设备群组，多台末端执行设备完成底层功率变换、数据采集、伺服执行等现场任务，具备调度、管控、执行功能，在储能微网、工业自动化、轨道交通等领域得到大规模应用。

2、为实现多级控制系统中多个设备之间的协同控制、故障时序精准追溯等核心功能，系统内全部控制器与末端执行设备的本地时钟必须保持高度统一，因此，多级设备的级联时钟同步成为系统可靠运行的基础前提。

3、现有分布式多级控制系统的时钟同步方案需要在设备在线监测心跳帧之外，周期性发送时钟同步报文，两种报文独立传输，大幅增加了通信负载，容易频繁触发处理器中断，占用大量算力资源。

技术实现思路

1、本技术针对上述现有技术中的不足，提供一种多级系统的级联对时方法和多级系统，以便解决现有技术中存在的问题。

2、本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种多级系统的级联对时方法，所述多级系统包括：上级控制器、至少一个中间级控制器以及末端执行设备，所述方法包括：

4、所述上级控制器采用预设固定周期向各所述中间级控制器发送第一心跳帧；

5、所述中间级控制器根据所述第一心跳帧，对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳；

6、所述中间级控制器将所述当前本地时间戳携带在第二心跳帧中，并将所述第二心跳帧发送至所述中间级控制器挂接的所述末端执行设备；

7、所述末端执行设备根据所述第二心跳帧中的所述当前本地时间戳，对所述末端执行设备的本地时钟进行校准；

8、所述第一心跳帧和所述第二心跳帧为所述多级系统中用于设备在线监测的通信帧。

9、在一实施例中，所述中间级控制器根据所述第一心跳帧，对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳，包括：

10、若所述第一心跳帧中携带有上级时间戳，则所述中间级控制器根据所述上级时间戳对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳。

11、在一实施例中，所述中间级控制器根据所述上级时间戳对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳，包括：

12、所述中间级控制器获取所述第一心跳帧的接收时间戳；

13、所述中间级控制器根据所述第一心跳帧的接收时间戳、所述上级时间戳以及预设传输延迟，计算第一时钟偏差；

14、所述中间级控制器根据所述第一时钟偏差对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳。

15、在一实施例中，所述中间级控制器根据所述第一心跳帧，对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳，还包括：

16、若所述第一心跳帧中未携带有上级时间戳，所述中间级控制器根据连续多个所述第一心跳帧的接收时间戳，识别所述第一心跳帧的周期性到达边沿；

17、所述中间级控制器根据所述周期性到达边沿和初始绝对时间，对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳。

18、在一实施例中，所述中间级控制器根据连续多个所述第一心跳帧的接收时间戳，识别所述第一心跳帧的周期性到达边沿，包括：

19、所述中间级控制器根据连续多个所述第一心跳帧的接收时间戳，统计心跳到达间隔；

20、所述中间级控制器根据所述心跳到达间隔，识别所述第一心跳帧的周期性到达边沿。

21、在一实施例中，所述中间级控制器根据所述周期性到达边沿和初始绝对时间，对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳，包括：

22、所述中间级控制器以所述周期性到达边沿为基准，估计所述中间级控制器相对所述上级控制器的时钟频率偏差；

23、所述中间级控制器根据所述时钟频率偏差，确定频率校正量；

24、所述中间级控制器根据所述频率校正量调整所述中间级控制器的本地时钟的频率控制字以对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳。

25、在一实施例中，所述末端执行设备根据所述第二心跳帧中的所述当前本地时间戳，对所述末端执行设备的本地时钟进行校准，包括：

26、所述末端执行设备通过硬件定时器对所述第二心跳帧的帧起始位置进行捕获，得到所述第二心跳帧的接收时间戳；

27、所述末端执行设备根据所述第二心跳帧中的所述当前本地时间戳和所述第二心跳帧的接收时间戳，对所述末端执行设备的本地时钟进行校准。

28、在一实施例中，所述末端执行设备根据所述第二心跳帧中的所述当前本地时间戳和所述第二心跳帧的接收时间戳，对所述末端执行设备的本地时钟进行校准，包括：

29、所述末端执行设备获取所述硬件定时器的预设捕获延时，以及所述第二心跳帧的预设解析时长；所述预设捕获延时为通信收发器的传播延时和印制电路板的走线延迟之和；

30、所述末端执行设备根据所述预设捕获延时以及所述预设解析时长对所述当前本地时间戳进行还原，计算当前还原时间戳；

31、所述末端执行设备根据所述当前还原时间戳和所述末端执行设备的当前时钟值，计算第二时钟偏差；

32、所述末端执行设备根据所述第二时钟偏差，对所述末端执行设备的本地时钟进行校准。

33、第二方面，本技术实施例提供了一种多级级联对时系统，包括：上级控制器、至少一个中间级控制器以及末端执行设备；

34、所述上级控制器用于采用预设固定周期向各所述中间级控制器发送第一心跳帧；

35、所述中间级控制器用于根据所述第一心跳帧，对所述中间级控制器的本地时钟进行校准，得到所述中间级控制器的当前本地时间戳；

36、所述中间级控制器用于将所述当前本地时间戳携带在第二心跳帧中，并将所述第二心跳帧发送至所述中间级控制器挂接的所述末端执行设备；

37、所述末端执行设备用于根据所述第二心跳帧中的所述当前本地时间戳，对所述末端执行设备的本地时钟进行校准。

38、在一实施例中，所述多级级联对时系统为储能系统，所述上级控制器为微网控制器，所述中间级控制器为箱控制器，所述末端执行设备为储能变流器。

39、本技术的有益效果是：提供了一种多级系统的级联对时方法，上级控制器周期性下发第一心跳帧，中间级控制器依托第一心跳帧完成本地时钟校准并将校准后的时间戳嵌入第二心跳帧下发至末端执行设备，末端执行设备依靠第二心跳帧完成自身时钟校准，全程采用系统原有的心跳帧承载时钟同步功能，无需额外发送独立时钟同步报文，消除了两类报文分开传输带来的额外通信负载，减少了处理器中断触发次数、节约了设备算力资源，实现多级设备依托心跳帧传输链路完成逐级级联时钟同步，满足了多级系统中多设备对统一时钟的需求。