電力系統(tǒng)時(shí)間同步管理應(yīng)用分析與研究

徐 帥，楊 帆，趙旭陽(yáng)，李雅海

(1. 上海漕涇熱電有限責(zé)任公司，上海 201507；2. 上海明華電力技術(shù)工程有限公司，上海 200090；3. 上海東土遠(yuǎn)景工業(yè)科技有限公司, 上海 201206)

時(shí)間同步系統(tǒng)是電力系統(tǒng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置，為電力系統(tǒng)的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備提供準(zhǔn)確的時(shí)間同步信號(hào)，滿足電力系統(tǒng)時(shí)間同步的要求。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司文件《調(diào)自〔2013〕82號(hào)<國(guó)調(diào)中心關(guān)于加強(qiáng)電力系統(tǒng)時(shí)間同步運(yùn)行管理工作的通知>》的要求，對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的時(shí)間同步系統(tǒng)需要進(jìn)行改造升級(jí)并同時(shí)建立完整的時(shí)間同步管理體系。在此應(yīng)用需求范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)應(yīng)用需求的研究和分析，合理有效地利用電力系統(tǒng)現(xiàn)有資源和條件，建立有效的手段和方法實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步狀態(tài)的監(jiān)視和管理[1-2]。

1 電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)由設(shè)在各級(jí)電網(wǎng)的調(diào)度機(jī)構(gòu)、變電站(發(fā)電廠)等的時(shí)間同步系統(tǒng)組成。電力系統(tǒng)時(shí)間同步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[3]中定義了時(shí)間同步系統(tǒng)的典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 時(shí)間同步系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)

時(shí)間同步是各類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、故障處理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管、信息管理及事故追憶和分析的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要組成部分[4]。任何參與時(shí)間同步的節(jié)點(diǎn)如果發(fā)生時(shí)間偏差問(wèn)題，都可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證用戶能實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)中北斗/GPS時(shí)鐘運(yùn)行狀態(tài)，以及系統(tǒng)中相關(guān)參與時(shí)間同步的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、交換機(jī)、智能設(shè)備及相關(guān)其他系統(tǒng)的同步狀態(tài)，建立一套完整的時(shí)間同步管理機(jī)制是完全必要的。

針對(duì)電力系統(tǒng)時(shí)間同步管理的研究和分析可以解決電力系統(tǒng)時(shí)間不同步引起設(shè)備數(shù)據(jù)信息時(shí)標(biāo)誤報(bào)及電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)和運(yùn)維的管理成本問(wèn)題，通過(guò)有效的時(shí)間管理手段可以監(jiān)視和管理電力系統(tǒng)時(shí)間同步狀態(tài)，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的時(shí)間同步性、時(shí)間同步狀態(tài)、時(shí)間同步偏差等數(shù)據(jù)，降低電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)隱患，確保數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，增加電力運(yùn)維生產(chǎn)對(duì)時(shí)間同步問(wèn)題的準(zhǔn)確定位。

時(shí)間同步管理的范圍不僅針對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)中的主備時(shí)鐘和擴(kuò)展時(shí)鐘，而且必須覆蓋所有二次系統(tǒng)的智能設(shè)備，全面管理任何參與時(shí)間同步的所有系統(tǒng)和設(shè)備，其目的就是全面監(jiān)測(cè)授時(shí)設(shè)備的工作狀態(tài)以及各種被授時(shí)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)全面的時(shí)間同步狀態(tài)信息預(yù)報(bào)和維護(hù)，提高全網(wǎng)時(shí)鐘同步水平，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 目前電力系統(tǒng)時(shí)間同步管理存在的問(wèn)題

隨著電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步管理逐步試點(diǎn)投入的開(kāi)展，涌現(xiàn)出了多樣化的時(shí)間管理方法和手段，但在解決問(wèn)題的同時(shí)還不同程度地出現(xiàn)了一些時(shí)間管理的誤區(qū)。

放置時(shí)間測(cè)量類(lèi)儀器設(shè)備監(jiān)視時(shí)間輸出信號(hào)的方法雖然解決了長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中對(duì)時(shí)間信號(hào)的測(cè)量分析，但由于獨(dú)立測(cè)量?jī)x器設(shè)備仍然采用獨(dú)立衛(wèi)星時(shí)間源系統(tǒng)，其準(zhǔn)確度及同步性狀態(tài)的監(jiān)測(cè)將成為此管理方案的另一個(gè)盲點(diǎn)，這種精密設(shè)備的老化維護(hù)管理由誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)監(jiān)管無(wú)人問(wèn)津。另外，一個(gè)盲點(diǎn)是對(duì)時(shí)間輸出信號(hào)的監(jiān)測(cè)結(jié)論說(shuō)明的是這個(gè)時(shí)間信號(hào)的好壞，不能直接反應(yīng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息時(shí)間戳的數(shù)據(jù)變化問(wèn)題，而電力系統(tǒng)真正關(guān)心的是電力系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)本身的準(zhǔn)確性和可靠性。

提供非標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間管理方法雖然可以有效地監(jiān)視被授時(shí)系統(tǒng)和設(shè)備的同步性，但由于電力系統(tǒng)設(shè)備種類(lèi)和生產(chǎn)廠商眾多，意味著所設(shè)計(jì)的設(shè)備及其生產(chǎn)廠商必須進(jìn)行全面的兼容性測(cè)試和升級(jí)。對(duì)于新建的系統(tǒng)推行實(shí)施雖然沒(méi)有問(wèn)題，但對(duì)于改造項(xiàng)目就需要完全升級(jí)所有設(shè)備，如果不能升級(jí)就只能替換，嚴(yán)重造成固定資產(chǎn)流失，勢(shì)必會(huì)造成成本增加問(wèn)題。

如何正確找到解決問(wèn)題的方法是目前時(shí)間同步管理研究過(guò)程中的一個(gè)主要問(wèn)題，同時(shí)也要求在探討時(shí)間同步管理的應(yīng)用過(guò)程中必須全面綜合考慮電力系統(tǒng)目前的狀況，任何管理措施必須貼合目前的發(fā)展方向，圍繞目前電力系統(tǒng)的資源進(jìn)行技術(shù)管理的整合和推陳出新，確保時(shí)間管理的可實(shí)施性和可操作性。

3 電力系統(tǒng)時(shí)間同步管理的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)能力

目前電力系統(tǒng)在時(shí)間同步領(lǐng)域已經(jīng)積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)能力，時(shí)間同步管理實(shí)施過(guò)程中可以完全利用這些經(jīng)驗(yàn)和能力，確保時(shí)間同步管理研究的正確性。

高精度的時(shí)鐘源近年來(lái)在各種技術(shù)規(guī)范的指引下提高了各種可靠性的指標(biāo)，狀態(tài)監(jiān)視管理方面已經(jīng)要求實(shí)現(xiàn)自檢數(shù)據(jù)的通信通道。通過(guò)對(duì)自身時(shí)間狀態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)布，可以快速準(zhǔn)確地掌握設(shè)備目前的工作狀態(tài)，進(jìn)一步加強(qiáng)并細(xì)化高精度時(shí)鐘源的時(shí)間狀態(tài)數(shù)據(jù)信息可提高時(shí)間管理的應(yīng)用水平。目前已經(jīng)要求高精度時(shí)鐘源必須支持DL/T 860和DL/T 634.5104通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘源狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的監(jiān)視。

強(qiáng)大的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的存在對(duì)電力系統(tǒng)而言是另一個(gè)強(qiáng)大的支撐平臺(tái)，時(shí)間同步管理處理的也是各種數(shù)據(jù)信息，通過(guò)平臺(tái)對(duì)接即可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間管理數(shù)據(jù)信息的管理，無(wú)需增加其他支撐平臺(tái)針對(duì)性進(jìn)行獨(dú)立管理。

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議和數(shù)據(jù)通道可以保障時(shí)間同步管理數(shù)據(jù)的傳輸，標(biāo)準(zhǔn)化的信息可以確保信息之間交互的一致性，減少管理成本。

電力系統(tǒng)設(shè)備具備DI/DO信號(hào)節(jié)點(diǎn)以及GOOSE虛擬端子，可接收外部觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生狀態(tài)動(dòng)作時(shí)間的SOE數(shù)據(jù)記錄，通過(guò)SOE時(shí)標(biāo)可快速甄別設(shè)備時(shí)間同步狀態(tài)。

這些資源是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息，是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期驗(yàn)證的基本資源，如果能夠利用這些資源建立一套完整的時(shí)間同步管理方法則其可靠性和安全性是毋容置疑的。

4 實(shí)施方案

利用電力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)資源，輕松實(shí)現(xiàn)一種被動(dòng)型時(shí)間管理體系，如圖2所示。無(wú)需增加任何設(shè)備，無(wú)需增加新的標(biāo)準(zhǔn)，僅由時(shí)間源設(shè)備按照設(shè)定的整點(diǎn)方式周期性發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，被監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生SOE順序事件記錄提交給SCADA監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行SOE時(shí)戳分析并計(jì)算出時(shí)間偏差，驗(yàn)證時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間同步性。

圖2 時(shí)間同步管理體系(被動(dòng)型)

由于被動(dòng)型時(shí)間同步分析結(jié)果與觸發(fā)源不能互通信息，無(wú)法建立有效的數(shù)據(jù)溝通機(jī)制，無(wú)法對(duì)當(dāng)前分析結(jié)果進(jìn)行智能化確認(rèn)。因此，提出主動(dòng)式測(cè)量機(jī)制建立主動(dòng)型時(shí)間同步管理體系，如圖3所示。主動(dòng)型管理機(jī)制可實(shí)時(shí)計(jì)算監(jiān)測(cè)結(jié)果，針對(duì)不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)可靈活設(shè)定智能化監(jiān)測(cè)確認(rèn)方法進(jìn)行主動(dòng)式反復(fù)驗(yàn)證，確保計(jì)算結(jié)果的正確性。主動(dòng)型通過(guò)請(qǐng)求響應(yīng)過(guò)程中的四個(gè)時(shí)戳動(dòng)態(tài)計(jì)算時(shí)間偏差，每個(gè)回合時(shí)間源發(fā)起者即可計(jì)算出當(dāng)前被監(jiān)測(cè)設(shè)備的時(shí)間偏差，通過(guò)通信協(xié)議可以提交分析結(jié)果給SCADA系統(tǒng)，完成時(shí)間同步狀態(tài)的管理。

圖3 時(shí)間同步管理體系(主動(dòng)型)

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是主動(dòng)型還是被動(dòng)型時(shí)間管理體系，其最大的優(yōu)勢(shì)在于完全利用了現(xiàn)有電力系統(tǒng)的資源，不需要增加額外的設(shè)備成本來(lái)完成時(shí)間同步的管理，解決方案的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)不會(huì)帶給設(shè)備廠商無(wú)形的技術(shù)管理成本，同時(shí)后期運(yùn)維也可正常移交相關(guān)自動(dòng)化管理部門(mén)。電力系統(tǒng)生產(chǎn)單位形式多樣化，采用那種管理體系都必須結(jié)合自身的特點(diǎn)來(lái)考量，不能一味選擇一種拋棄另一種，往往在某些時(shí)候可以為你帶來(lái)意想不到的結(jié)果。

總之，時(shí)間同步管理系統(tǒng)的實(shí)施必須結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，在大量的數(shù)據(jù)信息中進(jìn)行數(shù)據(jù)再加工，各種技術(shù)深層研究的同時(shí)加大作業(yè)的規(guī)范化和流程的標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)時(shí)間同步管理系統(tǒng)提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。