劉孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(國網(wǎng)重慶市電力公司信息通信分公司,重慶 400014)

電力系統(tǒng)中時間同步技術的應用研究

劉孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(國網(wǎng)重慶市電力公司信息通信分公司,重慶 400014)

電力系統(tǒng)的自動化程度及規(guī)模都日新月異,因此對系統(tǒng)的時鐘同步的準確性及精度就要求更高了。本文在分析常規(guī)時間同步方案的基礎上,根據(jù)電力系統(tǒng)的特點,提出了電力系統(tǒng)中站點間采用衛(wèi)星與SDH 時間同步方式相結合,站點內部采用NTP 與IRIGB 同步方式相結合的綜合時間同步方案,并分析了其優(yōu)點以及應用前景,為電力系統(tǒng)時間同步提出了一個綜合解決方案。

時間同步 SDH 電力系統(tǒng)

1 前言

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

2 時間同步技術

當前一般有以下五種時間同步技術的實現(xiàn)方案:第一,有線傳輸時間同步方案,改方案是通過利用串口傳輸?shù)确绞皆诤芏痰木嚯x間實現(xiàn)時間的精確同步;第二,PTP協(xié)議(精確時鐘對時協(xié)議),該方案是通過在網(wǎng)絡的物理層協(xié)議中添加時間信息以來達到提高時間傳輸精度的目的;第三,衛(wèi)星時間同步方案,該方案是以北斗系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)輸出的標準時間作為系統(tǒng)時間;第四,NTP協(xié)議(網(wǎng)絡時間協(xié)議)或SNTP(簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議),這兩種方案均是通過以太網(wǎng)包來達到時間同步的高度精確;第五,基于SDH(同步數(shù)字體系)的時間同步方案,該方案以SDH作為傳輸介質,采用雙向對時協(xié)議進行時間校準,以實現(xiàn)精確的時間同步。

3 時間同步在電力系統(tǒng)中的應用

3.1 電力系統(tǒng)中時間同步系統(tǒng)

我們都知道電力系統(tǒng)的安全運作離不開精確的時間同步,但是當前我們可以實現(xiàn)的還僅僅是各個站點內部的局部時間同步,完全的,精確的時間同步還沒有在各個變電站、電廠之間實現(xiàn),所以這也給我們當前的供電系統(tǒng)埋下了比較大的安全隱患。

3.1.1 站點內部時間同步方案

電力系統(tǒng)站點內部之間的時間同步通常為以衛(wèi)星同步方式為主,即以北斗系統(tǒng)或全球定位系統(tǒng)輸出的標準時間作為系統(tǒng)時間,另外以NTP為輔助的時間同步方案。電力系統(tǒng)各個站點內部的設備都是通過衛(wèi)星進行授時,設備與從設備之間則通過以NTP為主的網(wǎng)絡時間協(xié)議的方式進行對時。所以,以衛(wèi)星同步方式為主的電力系統(tǒng)內部各個站點內部的時間同步方案是比較精確的。

3.1.2 站點間時間同步方案

雖然電力系統(tǒng)內部各個站點內部的時間同步方案是比較精確,但是由于各個站點都是采用一套獨立的衛(wèi)星對時系統(tǒng),而生產(chǎn)衛(wèi)星對時系統(tǒng)的廠家比較多,導致各個站點的對時系統(tǒng)的處理方式可能不同,進而會引起系統(tǒng)時間同步的精確性下降。所以從這一點來看,真正的時間同步并沒有在各個電力系統(tǒng)的站點間得到實現(xiàn)。

3.2 電力系統(tǒng)的綜合時間同步方案

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)內部各個站點內部的時間同步方案是比較精確,但真正的時間同步并沒有在各個電力系統(tǒng)的站點間得到實現(xiàn),所以,當前電力系統(tǒng)中時間同步的主要是建立站點間的時間同步。

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)絡和基于分組交換的以太網(wǎng)這兩條通訊網(wǎng)絡,另外,基于這兩種網(wǎng)絡的主要時間同步協(xié)議分別是基于SDH的時間同步協(xié)議和PTP時間同步協(xié)議。我們都知道,電力系統(tǒng)中的站點間一般相距比較遠,如果通過以太網(wǎng)進行通訊,會使得時間同步的精度達不到電力系統(tǒng)對時間同步的精度要求,這是因為兩個相距比較遠的站點經(jīng)過分組交換的以太網(wǎng)進行通訊時,經(jīng)過多級交換機或路由器不可避免,而在這種復雜的網(wǎng)絡環(huán)境中,以諸如NTP等的時間同步協(xié)議的只能達到毫秒級的時間同步精度;另外,雖然諸如IEEE 1588的時間同步協(xié)議的時間同步精度能夠達到納秒級,能夠達到電力系統(tǒng)對時間同步的精度要求,但是由于但它必須得到外部硬件的支持,而要更新網(wǎng)絡中的全部硬件,就算是部分硬件對電力系統(tǒng)來說都是代價巨大,所以,電力系統(tǒng)中站點間的時間同步使用基于分組交換的時間同步系統(tǒng)并不是最好的選擇?；赟DH的時間同步協(xié)議以SDH作為傳輸介質,采用雙向對時協(xié)議進行時間校準,對網(wǎng)絡兩端站點的距離沒有要求,而且可以在不對硬件進行更換的情況下實現(xiàn)高精度的時間同步,所以利用SDH網(wǎng)絡,能夠既不增加額外成本,又達到精確的時間同步。我們都知道,無論是對哪個系統(tǒng)來說,其時間同步的可靠程度都取決于通訊鏈路的穩(wěn)定程度,而沒有哪一條通訊鏈路是絕對可靠的,所以,對于一個需要高可靠性的時間同步系統(tǒng)來說,僅僅依賴一個時間同步方式是遠遠不夠的。綜合考慮當前各個站點衛(wèi)星系統(tǒng)的獨立性及成本兩方面的因素,SDH與衛(wèi)星的時間同步系統(tǒng)的綜合還是很符合電力系統(tǒng)站點間時間同步的要求。另外,由于站點內部離的很近,且有各種有線通訊,所以可以結合有線時間同步方式和網(wǎng)絡時間同步方式作為一個理想的時間同步方案。

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

4 結語

展望未來,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用,全網(wǎng)時間同步技術必然會在未來電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮重要的作用。

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