Page 107 - 《中国电力》2026年第5期

石恒初等：基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统设计 2026 年第 5 期

偏差和漂移率的最优估计，可直接生成用于本次 3.1.4 噪声抑制与漂移率跟踪能力分析
偏差校准量，完成时钟同步校准；另一方面，后 为进一步验证所提“偏差-漂移率”状态空间
验状态向量及其协方差又作为下一采样时刻预测 建模与卡尔曼滤波递推估计在复杂测量条件下的
步骤中的先验初值，通过式（15）（16）向前传 有效性，本节在可控条件下构造 2 组对比算例，
播，使滤波器在每一次输出校准量的同时，将历 分别针对抗测量噪声能力与抗长期漂移能力开展
史观测信息“压缩”在状态估计和协方差中，形 验证。2 组算例均给出真值轨迹，并叠加具有代
成对装置长期漂移特性的记忆，从而实现随噪声 表性的观测扰动，以便对不同方法的误差传播与
水平和运行工况变化而自动调整的自适应时钟同 参数估计特性进行可量化比较。
步过程。 在时钟偏差观测中引入噪声增强与离群点扰

3.1.3 时钟同步校准流程 动，比较无滤波观测、本文方法及事件对齐类方
为了实现对继电保护装置时钟的自适应同步 法的相位误差时间历程，结果如图 2 所示，其中
校 准 ， 有 效 抑 制 测 量 噪 声 与 时 钟 长 期 漂 移 的 影 相位误差以 0 为基准线，误差带宽及尖峰幅值反
响，具体流程如下。 映不同方法对测量噪声与异常观测的敏感性。

1）首先依据继电保护装置的出厂校准参数、 观测误差；
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历史运行测试数据及现场环境噪声统计特性，完 卡尔曼滤波方法误差；
小波变换方法误差；
成滤波核心参数初始化、初始化估计协方差矩阵 20 Hankel矩阵分解方法误差
P i,k−1|k−1 、明确过程噪声协方差矩阵 Q i 和测量噪 10
声协方差矩阵 R i ，并定义状态转移矩阵 F k 与观测 时钟偏差误差/ms 0 基准线
矩阵 H。
2）进入第 k次监测，将第 k −1次监测得到的 −10
后验状态估计 ˆ x i,k−1|k−1 和估计协方差矩阵 P i,k−1|k−1 −20
作为输入，通过式（15）（16）计算当前监测先 −30
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000
验状态估计及其协方差矩阵，在未引入观测量的 时间/s
情况下获得预测结果并量化其不确定性。 图 2 时钟偏差误差对比

3）通过本次监测分时段远程启动或同源数据 Fig. 2 Comparison of clock offset errors

比对技术，解析当前监测时刻的录波数据，计算 由图 2 可见，无滤波观测误差在高噪声环境
得到装置的时钟偏差观测值 z i,k 。 呈现明显的方差膨胀并伴随尖峰，说明单次观测
4）通过式（17）计算 e i,k ，表征观测值与先 直接校准易受测量噪声污染；相比之下，本文卡
验预测值的差异程度；再通过式（18）计算卡尔 尔曼滤波方法的误差曲线始终保持在更窄的误差
曼增益 K i,k ，并基于此增益对先验状态和协方差 带内且围绕零均值小幅波动，表明其通过“模型
进行修正，通过式（19）（20）计算得到后验估 预测-观测更新”的递推融合显著抑制了测量噪声
计 ˆ x i,k|k 和后验估计协方差矩阵 P i,k|k 。 对校准量的影响。而小波变换与 Hankel 矩阵分解
5）从后验最优状态向量 ˆ x i,k|k中提取最优时钟 等事件对齐类方法在部分时段出现较明显的系统
偏差值，根据偏差的正负属性与数值大小，生成 偏差与分段漂移，反映其对事件锚点与特征稳定
针对性的时钟校准指令。若偏差为正，生成“延 性的依赖在噪声变方条件下会引入累计误差。
迟校准量”以减小装置时钟与基准时间的差值； 进一步构造漂移率随时间分段变化的长期运
若偏差为负，生成“超前校准量”实现时钟超前 行场景，在较长时间尺度上设置漂移率发生阶跃
修正；将校准指令下发至继电保护装置，装置执 或缓变，通过模拟温度变化、晶振老化等引起的
行校准操作后，实时校验同步后的时钟偏差，确 漂移率变化，验证本文方法对漂移率的在线跟踪
保偏差控制在预设精度阈值内。 能力。漂移率跟踪结果如图 3 所示。
6）保存此次后验估计 ˆ x i,k|k和后验估计协方差 由图 3 可以观察到，在工况变化引起漂移率
矩阵 P i,k|k ，用作下一次时钟同步校准的输入。 发生变化的阶段，本文方法能够持续跟踪漂移率

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