嵌入式遠(yuǎn)動系統(tǒng)在時間同步在線監(jiān)測技術(shù)中的應(yīng)用

張繼國，李育發(fā)，楊 松，董 添，周桂中，張俊偉

（1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長春 130021；2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

在能源互聯(lián)和智能電網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，智能變電站實現(xiàn)全站自動化系統(tǒng)和調(diào)度主站的時間同步管理已是基本要求，已經(jīng)不存在技術(shù)壁壘，但是，對于大量正在運(yùn)行的常規(guī)變電站，特別是220kV 電壓等級及其以上的綜合自動化變電站，要完全實現(xiàn)間隔層各節(jié)點(diǎn)、站控層各系統(tǒng)及電網(wǎng)調(diào)度之間的時間閉環(huán)管理還存在著諸多難點(diǎn)，不能僅僅依靠智能化改造來實現(xiàn)。因為系統(tǒng)改造存在著工作量大、效率低、運(yùn)行負(fù)荷停電不易等諸多因素的制約，這就要求一種新的技術(shù)方案來解決上述難題，因此，本文提出了一種嵌入式遠(yuǎn)動系統(tǒng)時間同步在線監(jiān)測技術(shù)。

1 時間同步在線監(jiān)測技術(shù)

1.1 技術(shù)原則

電網(wǎng)調(diào)度端時間同步在線監(jiān)測及時鐘管理是以調(diào)度主站前置網(wǎng)關(guān)機(jī)作為時鐘同步監(jiān)測管理者為前提，通過NTPD（服務(wù)器時間同步）工具實現(xiàn)對其他的服務(wù)器和設(shè)備的時間同步監(jiān)測。

變電站端時間同步在線監(jiān)測及時鐘管理是以變電站側(cè)的監(jiān)控后臺主機(jī)作為站控層時間同步在線監(jiān)測管理者為前提，以NTP（網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）乒乓對時為原理，對時鐘源設(shè)備、測控裝置、故障錄波設(shè)備、一體化電源設(shè)備、保信系統(tǒng)等進(jìn)行時間同步在線監(jiān)測。

電網(wǎng)調(diào)度端與變電站端之間的時間同步監(jiān)測管理是以調(diào)度主站前置網(wǎng)關(guān)機(jī)作為管理者為前提，基于三時標(biāo)乒乓原理，通過DL／T 476—2012《電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議》或DL／T 634.5104—2009《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)》實現(xiàn)對變電站端通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的時間同步在線監(jiān)測管理［1］。

1.2 乒乓原理對時

電網(wǎng)調(diào)度時間同步在線監(jiān)測系統(tǒng)針對時鐘同步監(jiān)測功能的實現(xiàn)主要涉及前置應(yīng)用，前置應(yīng)用通過IEC104規(guī)約或DL／T 476—2012 與變電站自動化系統(tǒng)進(jìn)行乒乓原理對時，根據(jù)對時結(jié)果檢測各變電站時鐘對時的準(zhǔn)確性，從而保證全網(wǎng)時鐘同步的準(zhǔn)確性。具體原理及對時流程見圖1，圖中時鐘差Δt＝［（t3－t2）＋（t0－t1）］／2，其中：t0為調(diào)度端發(fā)送“測量時鐘請求”的時標(biāo)；t1為廠站收到“測量時鐘請求”的時標(biāo)；t2為廠站端發(fā)送“測量時鐘請求的結(jié)果”的時標(biāo)；t3為調(diào)度端收到“測量時鐘請求的結(jié)果”的時標(biāo)［2］。

圖1 乒乓對時流程圖

調(diào)度端前置系統(tǒng)定期向變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送“測量時鐘請求”命令。在完成一個“測量時鐘請求”的過程后，根據(jù)t0、t1、t2、t3計算出主站與變電站間的時鐘差Δt，如果時鐘差超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的誤差閥值則進(jìn)行告警處理。調(diào)度端前置應(yīng)用同時對本調(diào)度中心的時鐘同步裝置進(jìn)行檢測，按照時鐘同步裝置定義的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約及告警格式，接收時鐘同步裝置的告警信息，并進(jìn)行告警處理；同時按照上述的乒乓對時原理，前置應(yīng)用也對本調(diào)度中心內(nèi)的時間同步裝置進(jìn)行對時偏差計算，當(dāng)時鐘差Δt超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的誤差閥值時，同樣發(fā)出告警［3］。調(diào)度端系統(tǒng)通過IEC104規(guī)約或DL／T 476—2012接收變電站全站狀態(tài)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而在調(diào)度端側(cè)可以實時監(jiān)視變電站各系統(tǒng)和設(shè)備的對時狀態(tài)信息［4］。

1.3 數(shù)據(jù)幀及功能控制流程

電網(wǎng)調(diào)度時間同步在線監(jiān)測系統(tǒng)與變電站端嵌入式Vxworks遠(yuǎn)動系統(tǒng)進(jìn)行通訊規(guī)約匹配，其報文的交互流程和幀格式見圖2。

2 嵌入式遠(yuǎn)動系統(tǒng)的時鐘管理方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 時間同步幀格式流程圖

系統(tǒng)整體組網(wǎng)架構(gòu)包括時鐘源設(shè)備和具有時間采集模塊、時間同步模塊、時鐘監(jiān)測模塊、失步守時模塊及時間數(shù)據(jù)信息處理模塊的間隔層設(shè)備，還有基于信息流傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及具備“承上啟下”功能的時鐘同步管理節(jié)點(diǎn)或系統(tǒng)。

該時鐘同步管理節(jié)點(diǎn)或系統(tǒng)專指嵌入式Vxworks遠(yuǎn)動系統(tǒng)。間隔層設(shè)備主要包括測控裝置、保護(hù)裝置、故障錄波裝置、保信子站系統(tǒng)、同步相量測量裝置（PMU）等節(jié)點(diǎn)。時鐘源設(shè)備則是以北斗二代定位系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)（GPS）為時間基準(zhǔn)，通過RS232／RS485／RS422 串口輸出、IRIG－B 輸出、脈沖有源（無源）輸出或網(wǎng)絡(luò)方式對其他設(shè)備定時對時，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間同步。

2.2 數(shù)據(jù)流配置

電網(wǎng)調(diào)度時間同步狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)或模塊通過廠站端嵌入式Vxworks遠(yuǎn)動系統(tǒng)完成跟調(diào)度主站的乒乓對時，實現(xiàn)了調(diào)度主站對廠站端的時間同步管理；廠站端站控層則采用最新的告警直傳圖形瀏覽主機(jī)系統(tǒng)或遠(yuǎn)動系統(tǒng)完成對間隔層設(shè)備實現(xiàn)時間同步狀態(tài)的在線監(jiān)測和管理，特別是還對站控層遠(yuǎn)動雙機(jī)系統(tǒng)完成了時間同步的狀態(tài)監(jiān)測。時間同步數(shù)據(jù)流管理配置信息見表1。

2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

對于嵌入式Vxworks遠(yuǎn)動系統(tǒng)，對上與主站調(diào)度“打乒乓”，對下負(fù)責(zé)管理間隔層設(shè)備或節(jié)點(diǎn)。電網(wǎng)時間同步在線監(jiān)測和時間同步管理的數(shù)據(jù)信息采集和處理的過程（見圖3），為嵌入式遠(yuǎn)動系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供了具體的實施方法。

表1 時間同步數(shù)據(jù)流管理配置信息

圖3 時間同步數(shù)據(jù)采集和處理

3 結(jié)束語

應(yīng)用嵌入式Vxworks遠(yuǎn)動系統(tǒng)實現(xiàn)時間同步在線監(jiān)測和時鐘同步管理，順利完成了長春龍嘉500kV 變電站、合心500kV 變電站等變電站的全站改造。該工程的實際應(yīng)用，對吉林電網(wǎng)后期加快推進(jìn)廠站時鐘同步在線監(jiān)測的工程進(jìn)度，奠定了很好的實踐基礎(chǔ)，同時，嵌入式遠(yuǎn)動系統(tǒng)在時間同步在線監(jiān)測系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用也將是電網(wǎng)綜合自動化老站實現(xiàn)時鐘同步管理的重要途經(jīng)。

［1］辛耀中.電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系［J］.電力系統(tǒng)自動化，1999，23（1）：40－44.

［2］彭志強(qiáng)，霍雪松，曾飛，等.電力系統(tǒng)時間同步狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用分析［J］.華東電力，2014，42（10）：2060－2064.

［3］李澄，陳顥，寧艷.二次設(shè)備時間同步狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.江蘇電機(jī)工程，2012，31（1）：9－11.

［4］談蘇偉，趙大方，葛云鵬，等.一種按名通信數(shù)據(jù)接口方案的實現(xiàn)［J］.江蘇電機(jī)工程，2008，27（6）：59－62.