電力信息化系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)研究與應(yīng)用探究

國網(wǎng)新疆電力有限公司 張良武

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國網(wǎng)昌吉供電公司 程 祥

時(shí)間同步技術(shù)是一種基于信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)與人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上融合發(fā)展形成的技術(shù)形式，其中涉及到大量參數(shù)調(diào)整、功能設(shè)計(jì)，具有同步時(shí)間、輔助所在設(shè)備其他功能的綜合性技術(shù)應(yīng)用形式。在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，需要綜合考慮電力信息化系統(tǒng)運(yùn)行需求，優(yōu)化設(shè)計(jì)出符合電力信息化系統(tǒng)的功能，以便于為電力信息化系統(tǒng)的自動化運(yùn)行、電網(wǎng)事故分析提供可靠時(shí)間支持。在時(shí)間同步技術(shù)的實(shí)際研究與應(yīng)用過程中，建議工作人員把握時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，比如：具備檢測功能、能夠滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理需求等，立足于電力信息化系統(tǒng)運(yùn)行情況，加強(qiáng)時(shí)間同步的多項(xiàng)功能模塊設(shè)計(jì)，形成一套完整的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為電力現(xiàn)代化發(fā)展提供有力技術(shù)支持。

1 電力信息化系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 電力信息化系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)內(nèi)容

關(guān)于時(shí)間同步技術(shù)在電力信息化系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)于時(shí)間同步技術(shù)單元，具體構(gòu)成為：接收單元、時(shí)鐘單元、輸出單元和檢測單元，功能要求為：①保存本地日志功能，保證日志儲存不少于200條，保證日志內(nèi)容準(zhǔn)確記錄所要求信息；②次用標(biāo)準(zhǔn)建模呈現(xiàn)狀態(tài)信息；③具備電力系統(tǒng)運(yùn)行、警告與故障指示燈功能；④具備多種時(shí)鐘源選擇判據(jù)功能；⑤具備閏秒、閏日處理功能；⑥具備閏秒預(yù)告信號功能；⑦具備時(shí)間同步檢測功能，能夠?qū)α⑹褂冒蹇āｊP(guān)于時(shí)間同步單元的裝置性能要求，需要具備：電源性能、絕緣性能、耐濕性能、耐熱性能、電磁兼容性能等，需要具備IRIGB信號、脈沖信號、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間報(bào)文功能，在12h狀態(tài)下具備高于1μs/h的準(zhǔn)確度。此外，在閏秒處理中，需要保證內(nèi)外時(shí)間一致，若發(fā)生閏秒，則響應(yīng)閏秒，若在其他時(shí)間發(fā)生時(shí)間跳變則視為異常行為；在閏秒處理中，需要嚴(yán)格遵循閏秒處理方式為：①正閏秒處理┄->57s->58s->59s->60s->00s->01s->02s>┄；②負(fù)閏秒處理┄->57s->58s->00s->01s->02s->┄。

在電力信息化系統(tǒng)中安裝時(shí)間同步技術(shù)單元，建議將SYN4505A型時(shí)鐘作為主要軟件，通過獨(dú)立時(shí)間同步授權(quán)的方式啟動時(shí)間同步裝置，同時(shí)滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的多接口性能要求，能夠在電力系統(tǒng)中建立時(shí)間尺度。

1.2 電力信息化系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

根據(jù)時(shí)間同步技術(shù)單元構(gòu)成與功能分析可知其具有豐富功能，其在電力信息化系統(tǒng)中具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，具體體現(xiàn)如下：

第一，有助于為電力信息化系統(tǒng)提供檢測服務(wù)。相較于普通檢測系統(tǒng)的操作流程，電力信息化時(shí)間同步技術(shù)能夠直接滿足電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的檢測需求，具備信息收集與分析的功能。在實(shí)際過程中，時(shí)間同步技術(shù)單元實(shí)時(shí)獲取電力信息化系統(tǒng)的運(yùn)行信息，保證信息的準(zhǔn)確性與時(shí)效性；之后能夠保證電力信息化系統(tǒng)時(shí)間與外部時(shí)間一致，有效降低信息收集時(shí)間差，大大提升運(yùn)行檢測功能有效性。

第二，能夠提升計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)是電力信息化系統(tǒng)中的主要構(gòu)成之一，作用是保證費(fèi)用計(jì)算的準(zhǔn)確性，其對時(shí)間有較大的依賴性。在電力信息化系統(tǒng)運(yùn)行過程中，計(jì)費(fèi)服務(wù)較為廣泛，整體運(yùn)行較為復(fù)雜，需要根據(jù)不同地區(qū)的不同時(shí)間精確計(jì)費(fèi)，且計(jì)費(fèi)系統(tǒng)會根據(jù)服務(wù)對象的實(shí)際情況，嚴(yán)格控制起止時(shí)間，精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)。這兩項(xiàng)功能對時(shí)間的精度具有較高的要求，而時(shí)間同步技術(shù)則能夠保證不同系統(tǒng)、不同節(jié)點(diǎn)時(shí)間的同步，以此滿足電力系統(tǒng)的計(jì)費(fèi)功能需求。

第三，有助于提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理效用。數(shù)據(jù)分析與整理是電力信息化系統(tǒng)的信息整合功能，需要不同的時(shí)間信息作為參照。信息數(shù)據(jù)獲取時(shí)間的精度能夠直接決定信息的可用性，若發(fā)生時(shí)間錯(cuò)亂，則會議影響數(shù)據(jù)分析結(jié)果。由此可見，時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高電力信息系統(tǒng)運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)分析的可靠性與準(zhǔn)確性，能夠充分滿足數(shù)據(jù)分析整理的時(shí)間精度需求。

2 電力信息化系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用

在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，不僅要充分發(fā)揮時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，還需要立足電力信息化系統(tǒng)整體情況，搭建技術(shù)應(yīng)用框架，加強(qiáng)功能設(shè)計(jì)，以此滿足電力信息化系統(tǒng)的運(yùn)行需要。本時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用的功能研究內(nèi)容包括：多任務(wù)處理功能、同步系統(tǒng)時(shí)間程序、NTP時(shí)間同步系統(tǒng)、衛(wèi)星錯(cuò)誤查詢功能。

2.1 搭建技術(shù)應(yīng)用環(huán)境

在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，建議要搭建時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，為之后開發(fā)具體功能提供良好支持。時(shí)間同步技術(shù)需要在Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上運(yùn)行，工作人員可以利用計(jì)算機(jī)編譯時(shí)間同步運(yùn)行程度，若在Windows操作系統(tǒng)中編譯程序，則需要建立一個(gè)具有交叉性的編譯環(huán)境，以此保證其在編譯完成之后能夠適應(yīng)Linux操作系統(tǒng)要求。一般情況下，編譯程序可以通過Java或者GNU GCC完成，工作人員可以通過交叉編譯獲得可執(zhí)行的程序文件，之后下載調(diào)試器，安裝到目標(biāo)電力信息化系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)行。

為了保證時(shí)間同步技術(shù)在電力信息化系統(tǒng)中的有效性，工作人員可以適當(dāng)使用一些軟件開發(fā)平臺，比如：ADD、IAR、Keil等，這些不同的軟件在時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用方面具有不同的優(yōu)勢，比如：Keil的開發(fā)環(huán)境編譯效率較高，編譯成本較低，可以借助這一平臺進(jìn)行時(shí)間同步軟件開發(fā)。工作人員在安裝Keil平臺之后，工作人員可以創(chuàng)建仿真模型，建立時(shí)間同步設(shè)計(jì)項(xiàng)目的空文件夾，營造技術(shù)應(yīng)用環(huán)境。

2.2 研究多任務(wù)處理功能

在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，建議要研究多任務(wù)處理功能，充分滿足電力信息化系統(tǒng)的綜合運(yùn)行需要。考慮電力信息化系統(tǒng)的多任務(wù)處理需要，需要在同一時(shí)間內(nèi)運(yùn)行多個(gè)子系統(tǒng)，相當(dāng)于程序的平行運(yùn)行。工作人員可以結(jié)合電力信息化系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)際情況，將不同的運(yùn)行需求劃分為單獨(dú)的獨(dú)立事件，設(shè)計(jì)出每個(gè)系統(tǒng)的規(guī)范運(yùn)行流程，明確不同系統(tǒng)的特定功能，比如：鍵盤輸入數(shù)據(jù)功能、中斷響應(yīng)功能等，制定不同任務(wù)的優(yōu)先級，在RAM平臺中設(shè)置不同優(yōu)先級的地址，從而形成電力系統(tǒng)的多任務(wù)處理同時(shí)運(yùn)行機(jī)制，形成多任務(wù)處理功能。若其中一個(gè)優(yōu)先級較低的任務(wù)占用處理器，此時(shí)一個(gè)更加高級的優(yōu)先級任務(wù)會搶占處理器，工人員需要對其進(jìn)行調(diào)度，保證每個(gè)特定時(shí)刻只響應(yīng)一個(gè)任務(wù)，且按照任務(wù)的優(yōu)先級處理任務(wù)，從而提升處理器的運(yùn)行效力，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 設(shè)計(jì)同步系統(tǒng)時(shí)間程序

在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，建議關(guān)注電力信息化系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步程序。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步就是指在衛(wèi)星接收器健康的情況下，將衛(wèi)星時(shí)鐘源作為時(shí)間基準(zhǔn)，將系統(tǒng)時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間系統(tǒng)部，實(shí)現(xiàn)對本地時(shí)間的控制與調(diào)整。在程序設(shè)計(jì)過程中，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注衛(wèi)星接收機(jī)的時(shí)間輸出格式，按照UTC時(shí)間、周內(nèi)秒、周數(shù)、時(shí)鐘源類、IPPS狀態(tài)等作為基本信息，保證每秒輸入以此基本信息，控制波特率約為9600。此外，工作人員還需要優(yōu)化設(shè)計(jì)串口時(shí)間信息接受任務(wù)。在此環(huán)節(jié)，工作人員需要設(shè)置接受衛(wèi)星模塊傳輸?shù)臅r(shí)間特定格式，編碼轉(zhuǎn)換時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)電力信息化系統(tǒng)時(shí)間的自動更新與變化，實(shí)現(xiàn)電力信息化系統(tǒng)與衛(wèi)星時(shí)間的精準(zhǔn)同步。

2.4 構(gòu)建NTP時(shí)間同步系統(tǒng)

在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，建議搭建NTP時(shí)間同步系統(tǒng)，進(jìn)一步將網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步到服務(wù)器與客戶端平臺，從而實(shí)現(xiàn)電力信息化系統(tǒng)的時(shí)間聯(lián)動更新。在這一環(huán)節(jié)，工作人員需要考慮NTP時(shí)間同步的進(jìn)度與基準(zhǔn)時(shí)間源情況，考慮網(wǎng)絡(luò)時(shí)間偏差問題，設(shè)置時(shí)鐘過濾算法與時(shí)鐘選擇算法，提升時(shí)間同步精準(zhǔn)性。為了區(qū)別于其他程序之間的連接，工作人員利用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，為時(shí)間同步程序的應(yīng)用提供套接字接口，利用不同的網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接，促使NTP報(bào)文內(nèi)容為客戶端的當(dāng)前時(shí)間數(shù)值，之后進(jìn)行系統(tǒng)更新，將服務(wù)器的時(shí)間參數(shù)同步發(fā)送給客戶端，實(shí)現(xiàn)同步系統(tǒng)功能設(shè)定。

2.5 衛(wèi)星錯(cuò)誤查詢模塊搭建

在電力信息化系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)間同步技術(shù)，建議搭建衛(wèi)星錯(cuò)誤查詢模塊，進(jìn)一步保證獲取精確的基準(zhǔn)時(shí)間信息。在時(shí)間同步技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過程中，若衛(wèi)星接收機(jī)出現(xiàn)異常情況，則會發(fā)送出錯(cuò)誤的字符串信息，不利于電力信息化系統(tǒng)的時(shí)間實(shí)時(shí)同步。因此，工作人員需要設(shè)計(jì)衛(wèi)星錯(cuò)誤查詢模塊，保存近期的衛(wèi)星錯(cuò)誤信息，便于網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)調(diào)取、分析信息，查看錯(cuò)誤信息，對比分析信息差異，及時(shí)發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星發(fā)送錯(cuò)誤，保存錯(cuò)誤；還需要結(jié)合TCP/IP協(xié)議，便于查看網(wǎng)絡(luò)中儲存的錯(cuò)誤信息，進(jìn)行自動化處治與預(yù)警，進(jìn)一步提升時(shí)間同步技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，維護(hù)電力信息化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

結(jié)語：綜上所述，本次對時(shí)間同步技術(shù)在電力信息化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，主要集中于系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)方面，工作人員結(jié)合電力信息化系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際需求，結(jié)合時(shí)間同步關(guān)鍵技術(shù)，搭建具體的電力時(shí)間同步系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，提出多項(xiàng)系統(tǒng)處理功能，之后優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)間同步程序，深入開發(fā)NTP時(shí)間同步系統(tǒng)；工作人員還搭建了衛(wèi)星錯(cuò)誤查詢模塊，進(jìn)一步豐富時(shí)間同步系統(tǒng)功能，滿足電力信息化系統(tǒng)的自動化、智能化運(yùn)行需求。時(shí)間同步技術(shù)在電力信息化系統(tǒng)中呈現(xiàn)出鮮明的應(yīng)用優(yōu)勢，如何更好地設(shè)計(jì)時(shí)間同步技術(shù)功能是當(dāng)下工作人員需要重點(diǎn)思考的問題。因此，在未來的時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)用研究中，工作人員要始終圍繞功能進(jìn)行深入研究，為我國電力的整體發(fā)展做出一份貢獻(xiàn)。