電力系統(tǒng)中時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用研究

劉孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司信息通信分公司,重慶 400014)

電力系統(tǒng)中時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用研究

劉孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司信息通信分公司,重慶 400014)

電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及規(guī)模都日新月異,因此對(duì)系統(tǒng)的時(shí)鐘同步的準(zhǔn)確性及精度就要求更高了。本文在分析常規(guī)時(shí)間同步方案的基礎(chǔ)上,根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了電力系統(tǒng)中站點(diǎn)間采用衛(wèi)星與SDH 時(shí)間同步方式相結(jié)合,站點(diǎn)內(nèi)部采用NTP 與IRIGB 同步方式相結(jié)合的綜合時(shí)間同步方案,并分析了其優(yōu)點(diǎn)以及應(yīng)用前景,為電力系統(tǒng)時(shí)間同步提出了一個(gè)綜合解決方案。

時(shí)間同步 SDH 電力系統(tǒng)

1 前言

時(shí)間同步是一種在現(xiàn)代軍事、通訊、電力等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的新興技術(shù),它的快速發(fā)展在很大程度上是由于衛(wèi)星通訊、航天及航空等遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)、控制、通訊的實(shí)際應(yīng)用需求。當(dāng)前,電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及規(guī)模都日新月異,因此對(duì)系統(tǒng)的時(shí)鐘同步的準(zhǔn)確性及精度就要求更高了,另外,由于如果要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理、監(jiān)視控制及故障分析,就必須要建立統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn),所以如果要很好地建設(shè)與發(fā)展電力系統(tǒng)就必須先在全網(wǎng)范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的時(shí)間與頻率。

2 時(shí)間同步技術(shù)

當(dāng)前一般有以下五種時(shí)間同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案:第一,有線傳輸時(shí)間同步方案,改方案是通過(guò)利用串口傳輸?shù)确绞皆诤芏痰木嚯x間實(shí)現(xiàn)時(shí)間的精確同步;第二,PTP協(xié)議(精確時(shí)鐘對(duì)時(shí)協(xié)議),該方案是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議中添加時(shí)間信息以來(lái)達(dá)到提高時(shí)間傳輸精度的目的;第三,衛(wèi)星時(shí)間同步方案,該方案是以北斗系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間作為系統(tǒng)時(shí)間;第四,NTP協(xié)議(網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)或SNTP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議),這兩種方案均是通過(guò)以太網(wǎng)包來(lái)達(dá)到時(shí)間同步的高度精確;第五,基于SDH(同步數(shù)字體系)的時(shí)間同步方案,該方案以SDH作為傳輸介質(zhì),采用雙向?qū)r(shí)協(xié)議進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn),以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間同步。

3 時(shí)間同步在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 電力系統(tǒng)中時(shí)間同步系統(tǒng)

我們都知道電力系統(tǒng)的安全運(yùn)作離不開(kāi)精確的時(shí)間同步,但是當(dāng)前我們可以實(shí)現(xiàn)的還僅僅是各個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的局部時(shí)間同步,完全的,精確的時(shí)間同步還沒(méi)有在各個(gè)變電站、電廠之間實(shí)現(xiàn),所以這也給我們當(dāng)前的供電系統(tǒng)埋下了比較大的安全隱患。

3.1.1 站點(diǎn)內(nèi)部時(shí)間同步方案

電力系統(tǒng)站點(diǎn)內(nèi)部之間的時(shí)間同步通常為以衛(wèi)星同步方式為主,即以北斗系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間作為系統(tǒng)時(shí)間,另外以NTP為輔助的時(shí)間同步方案。電力系統(tǒng)各個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的設(shè)備都是通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí),設(shè)備與從設(shè)備之間則通過(guò)以NTP為主的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議的方式進(jìn)行對(duì)時(shí)。所以,以衛(wèi)星同步方式為主的電力系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)間同步方案是比較精確的。

3.1.2 站點(diǎn)間時(shí)間同步方案

雖然電力系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)間同步方案是比較精確,但是由于各個(gè)站點(diǎn)都是采用一套獨(dú)立的衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng),而生產(chǎn)衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng)的廠家比較多,導(dǎo)致各個(gè)站點(diǎn)的對(duì)時(shí)系統(tǒng)的處理方式可能不同,進(jìn)而會(huì)引起系統(tǒng)時(shí)間同步的精確性下降。所以從這一點(diǎn)來(lái)看,真正的時(shí)間同步并沒(méi)有在各個(gè)電力系統(tǒng)的站點(diǎn)間得到實(shí)現(xiàn)。

3.2 電力系統(tǒng)的綜合時(shí)間同步方案

從上面分析我們可知,如今的電力系統(tǒng)中,雖然電力系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)間同步方案是比較精確,但真正的時(shí)間同步并沒(méi)有在各個(gè)電力系統(tǒng)的站點(diǎn)間得到實(shí)現(xiàn),所以,當(dāng)前電力系統(tǒng)中時(shí)間同步的主要是建立站點(diǎn)間的時(shí)間同步。

眾所周知,現(xiàn)今的電力系統(tǒng)主要有基于電路交換的SDH網(wǎng)絡(luò)和基于分組交換的以太網(wǎng)這兩條通訊網(wǎng)絡(luò),另外,基于這兩種網(wǎng)絡(luò)的主要時(shí)間同步協(xié)議分別是基于SDH的時(shí)間同步協(xié)議和PTP時(shí)間同步協(xié)議。我們都知道,電力系統(tǒng)中的站點(diǎn)間一般相距比較遠(yuǎn),如果通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊,會(huì)使得時(shí)間同步的精度達(dá)不到電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步的精度要求,這是因?yàn)閮蓚€(gè)相距比較遠(yuǎn)的站點(diǎn)經(jīng)過(guò)分組交換的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊時(shí),經(jīng)過(guò)多級(jí)交換機(jī)或路由器不可避免,而在這種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,以諸如NTP等的時(shí)間同步協(xié)議的只能達(dá)到毫秒級(jí)的時(shí)間同步精度;另外,雖然諸如IEEE 1588的時(shí)間同步協(xié)議的時(shí)間同步精度能夠達(dá)到納秒級(jí),能夠達(dá)到電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步的精度要求,但是由于但它必須得到外部硬件的支持,而要更新網(wǎng)絡(luò)中的全部硬件,就算是部分硬件對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是代價(jià)巨大,所以,電力系統(tǒng)中站點(diǎn)間的時(shí)間同步使用基于分組交換的時(shí)間同步系統(tǒng)并不是最好的選擇?；赟DH的時(shí)間同步協(xié)議以SDH作為傳輸介質(zhì),采用雙向?qū)r(shí)協(xié)議進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn),對(duì)網(wǎng)絡(luò)兩端站點(diǎn)的距離沒(méi)有要求,而且可以在不對(duì)硬件進(jìn)行更換的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步,所以利用SDH網(wǎng)絡(luò),能夠既不增加額外成本,又達(dá)到精確的時(shí)間同步。我們都知道,無(wú)論是對(duì)哪個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),其時(shí)間同步的可靠程度都取決于通訊鏈路的穩(wěn)定程度,而沒(méi)有哪一條通訊鏈路是絕對(duì)可靠的,所以,對(duì)于一個(gè)需要高可靠性的時(shí)間同步系統(tǒng)來(lái)說(shuō),僅僅依賴一個(gè)時(shí)間同步方式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。綜合考慮當(dāng)前各個(gè)站點(diǎn)衛(wèi)星系統(tǒng)的獨(dú)立性及成本兩方面的因素,SDH與衛(wèi)星的時(shí)間同步系統(tǒng)的綜合還是很符合電力系統(tǒng)站點(diǎn)間時(shí)間同步的要求。另外,由于站點(diǎn)內(nèi)部離的很近,且有各種有線通訊,所以可以結(jié)合有線時(shí)間同步方式和網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方式作為一個(gè)理想的時(shí)間同步方案。

因此,本文提出電力系統(tǒng)中站點(diǎn)間采用衛(wèi)星與SDH時(shí)間同步方式相結(jié)合,站點(diǎn)內(nèi)部采用NTP與IRIGB同步方式相結(jié)合的綜合時(shí)間同步方案。本方案可以在投入較小的前提下實(shí)現(xiàn)可靠又穩(wěn)定的電力系統(tǒng)時(shí)間同步,因此具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

展望未來(lái),隨著“三集五大”、智能電網(wǎng)、智能化變電站等政策的推廣與應(yīng)用,全網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)必然會(huì)在未來(lái)電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮重要的作用。

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