何瑩

摘 要:本文結(jié)合承德地區(qū)電網(wǎng)時鐘同步系統(tǒng)的實際運行情況,分析和說明了這套基于SDH地面通信網(wǎng)絡(luò)搭建的系統(tǒng)在電網(wǎng)運行過程中發(fā)揮的重要作用,及其未來的應(yīng)用和發(fā)展前景。并對整個承德電網(wǎng)時鐘同步系統(tǒng)建設(shè)過程中使用的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)架構(gòu)、子系統(tǒng)設(shè)計以及接口設(shè)計等方面進(jìn)行了詳盡的分析和介紹。

關(guān)鍵詞:時鐘同步系統(tǒng)IEEE-1588SDH

中圖分類號:TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0045-01

1 引言

隨著智能化電網(wǎng)發(fā)展的需要,國家對電力系統(tǒng)的大規(guī)模投資,電力系統(tǒng)對其系統(tǒng)內(nèi)部的對時系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確度都提出了更高的要求。目前,電力系統(tǒng)使用的對時系統(tǒng)大多基于GPS和北斗衛(wèi)星的授時系統(tǒng),在鎖星正常時,各子系統(tǒng)均可與衛(wèi)星時間保持同步,進(jìn)而保證整個系統(tǒng)時鐘的一致性;但不論是以GPS還是北斗衛(wèi)星為基準(zhǔn)的時鐘,都存在一個難以克服,但又非常致命的問題——衛(wèi)星信號接收可靠性的問題。

另外,由于全球GPS系統(tǒng)完全由美國軍方運行維護(hù),一旦美國在政治局勢緊張時降低GPS精度,甚至徹底關(guān)閉GPS,都會對電力系統(tǒng)的正常運行造成不利影響。

基于以上的幾點疑慮,最可行的辦法就是建立一個穩(wěn)定、可靠且具有較高精度的地面對時系統(tǒng)。這樣的一套地面對時系統(tǒng)不但是對現(xiàn)有的對時系統(tǒng)的有益補充,而且對于電力系統(tǒng)未來發(fā)展基于全網(wǎng)時間同步的應(yīng)用。

2 時鐘同步系統(tǒng)的功能和原理

2.1 概述

承德電網(wǎng)中的時鐘同步系統(tǒng)主要要實現(xiàn)兩方面的功能:(1)要實現(xiàn)各廠站與調(diào)度中心的時間保持同步,進(jìn)而實現(xiàn)各廠站間的時間同步;(2)要實現(xiàn)調(diào)度中心對各廠站內(nèi)的時鐘設(shè)備進(jìn)行集中的監(jiān)控、管理和配置。

由于在電力系統(tǒng)中,廠站間的設(shè)備只能通過SDH網(wǎng)絡(luò)互連、通信,其可用的通信接口是一個2Mbit帶寬的E1接口。所以如何基于這個SDH網(wǎng)絡(luò),定義并實現(xiàn)一套相應(yīng)的通信協(xié)議,就成為了實現(xiàn)該時鐘同步系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2.2 基于SDH網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的廠站間的時間同步

為了實現(xiàn)廠站間的時間同步,在系統(tǒng)實現(xiàn)中應(yīng)用了IEEE-1588 PTP精確時間同步協(xié)議。IEEE-1588協(xié)議是目前應(yīng)用最為廣泛的,適用于高精度的對時場合的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,具有很高的精度、可靠性和良好的拓?fù)渫卣固匦浴?/p>

在以太網(wǎng)和SDH的E1接口之間實現(xiàn)IEEE-1588協(xié)議報文的雙向傳輸、轉(zhuǎn)發(fā),同時為了保證較高的站間時間同步精度,還應(yīng)能精確計算出IEEE-1588數(shù)據(jù)包在以太網(wǎng)口和E1接口之間的傳輸延時。其實質(zhì)就是需要實現(xiàn)一個基于以太網(wǎng)和E1接口的IEEE-1588的透明時鐘(TC)設(shè)備。在實際的系統(tǒng)實施中,在SDH網(wǎng)絡(luò)上,承德調(diào)度中心的主鐘被配置成IEEE-1588協(xié)議中的主鐘,每個廠站內(nèi)的主鐘被設(shè)定為IEEE-1588協(xié)議中的從鐘。所有的主、從鐘都通過一個專門為本項目開發(fā)的,帶E1接口的透明時鐘連接至SDH網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換及時間同步。

在本系統(tǒng)中,每個廠站的主鐘上都配置了銣原子鐘模塊。借助現(xiàn)代閉環(huán)控制守時理論和卡爾曼數(shù)字濾波技術(shù),使主鐘具備了超強的守時能力,可以保證在SDH網(wǎng)絡(luò)失效后的相當(dāng)長的一段時間內(nèi),各廠站的時間仍能與調(diào)度中心的時間保持一致。

2.3 基于SDH網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的時鐘設(shè)備的監(jiān)控、管理和配置

在該系統(tǒng)設(shè)計和實施過程中,針對時鐘設(shè)備的固有特性,定義并實現(xiàn)了一組時鐘設(shè)備專用的通信協(xié)議,用于各時鐘設(shè)備間交換其各自的狀態(tài)信息,以實現(xiàn)時鐘設(shè)備的監(jiān)控、管理和配置等功能。

該協(xié)議按通信的介質(zhì)和范圍,大體可分為兩部分:(1)是廠站內(nèi)的設(shè)備信息的交換。由于廠站內(nèi)的時鐘設(shè)備都帶以太網(wǎng)接口,所以這一部分的協(xié)議是定義在以太網(wǎng)上的,所有的數(shù)據(jù)報文都采用802.3的以太網(wǎng)幀的封裝。時鐘設(shè)備狀態(tài)和配置信息的交換采用主從應(yīng)答的方式,廠站內(nèi)的主鐘會發(fā)出數(shù)據(jù)請求包以獲取各個子鐘的狀態(tài),并將從站的應(yīng)答數(shù)據(jù)整合、打包,以便后續(xù)與調(diào)度中心進(jìn)行交互。(2)是調(diào)度中心與各廠站間信息的交換。因為廠站間的數(shù)據(jù)交換是通過SDH網(wǎng)絡(luò),所以這部分協(xié)議是定義在SDH網(wǎng)絡(luò)中的E1接口上的,幀格式滿足E1接口對幀格式的要求。調(diào)度中心與各廠站間的數(shù)據(jù)交換也是采用主從應(yīng)答的方式,由調(diào)度中心對每個廠站發(fā)出數(shù)據(jù)請求包,然后相應(yīng)廠站的設(shè)備回復(fù)應(yīng)答。另外,雖然該協(xié)議與IEEE-1588協(xié)議共用一個E1通道,但他們使用不同的時隙進(jìn)行報文發(fā)送,所以相互間不會有影響,有效的節(jié)約了通信資源。

3 時鐘同步系統(tǒng)在承德電網(wǎng)的實施方案及應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)實施方案

在承德電網(wǎng)時鐘同步系統(tǒng)中,各站點間采用星型網(wǎng)絡(luò)連接,其中,位于承德調(diào)度中心的主站為承德地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的最高級節(jié)點,其它3個子站營子站、周營子站、東北郊站均與承德中心站通過SDH通道連接。無論主站或子站,均為典型的主備式時間同步系統(tǒng)組成方案,系統(tǒng)中配置了兩臺主時鐘,互為冗余備用,兩臺主時鐘各自接收無線時間基準(zhǔn)信號,以及來自上一級時間同步系統(tǒng)的有線時間基準(zhǔn)信號,時鐘裝置自動選取優(yōu)先級最高且狀態(tài)正常時間基準(zhǔn)信號,確保時鐘輸出與UTC基準(zhǔn)時間保持同步。主備式系統(tǒng)提高了時間同步的可靠性,主時鐘A和B可以分別連接兩路不同的無線時間基準(zhǔn)信號,即GPS和北斗。

在出現(xiàn)GPS和北斗系統(tǒng)同時異常的特殊情況時,主時鐘還可通過SDH網(wǎng)絡(luò)與源自上一級時間同步系統(tǒng)的有線時間基準(zhǔn)信號(IEEE-1588形式)保持同步,仍可保證時間同步精度。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

承德電網(wǎng)時鐘同步系統(tǒng)于2011年3月投入運行后,為廠站內(nèi)的各類被授時設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的高精度時間同步信號,提高了時間同步采樣的準(zhǔn)確度,提高了故障錄波器數(shù)據(jù)的可信度,保障了故障分析和事故數(shù)據(jù)反演時的準(zhǔn)確度。降低了全系統(tǒng)對GPS的依賴度,提高了電網(wǎng)運行的安全度。減輕了監(jiān)控值班人員勞動強度,完善并提高了無人值班變電站自動化水平。

4 結(jié)語

隨著時鐘同步系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用,此系統(tǒng)的推行是有它的必然性和必要性的,要實現(xiàn)完善的時鐘同步系統(tǒng)的功能,還有許多技術(shù)問題、工程問題需要解決,時鐘同步系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展也是一持續(xù)、漸進(jìn)、發(fā)展、完善的歷程。相信從常規(guī)變電站的時鐘同步系統(tǒng)到由主站系統(tǒng)實現(xiàn)對全網(wǎng)所轄變電站的時鐘同步系統(tǒng)這一過程,將會在不遠(yuǎn)的將來日臻成熟,呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。

參考文獻(xiàn)

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