謝培元，曾次玲，谷豐強，陳俊杰，劉 力，馬靜雅

(1.湖南省電力公司電力調度控制中心，長沙 410007；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司，北京 100087)

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智能電網調度控制系統(tǒng)雙機對時研究

謝培元1，曾次玲1，谷豐強2，陳俊杰1，劉 力1，馬靜雅2

(1.湖南省電力公司電力調度控制中心，長沙 410007；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司，北京 100087)

針對GPS時鐘故障可能引起智能電網調度控制系統(tǒng)時間跳變的隱患，提出修改對時機制以及雙機對時技術方案，同時分析編碼對時原理，雙機對時工作原理、結構及配置，介紹雙機接線方式及服務器時鐘自動監(jiān)視方法，對時鐘同步系統(tǒng)在智能電網調度控制系統(tǒng)中應用有一定指導作用。

智能電網；調度控制系統(tǒng)；雙機對時；IRIG-B

為保證電網安全可靠運行，各種自動化設備(系統(tǒng))已在變電站、電廠、調度主站廣泛應用，如智能電網調度控制系統(tǒng)、電能計量系統(tǒng)、水調自動化系統(tǒng)、遠動終端、故障錄波聯(lián)網系統(tǒng)、繼電保護故障信息系統(tǒng)、電能質量監(jiān)測裝置、配電自動化系統(tǒng)、調度數(shù)據(jù)網絡、電力二次系統(tǒng)安全防護、相量測量裝置、用電負荷管理系統(tǒng)、火電機組分散控制系統(tǒng)及各種帶時標的測控裝置等。這些自動化設備(系統(tǒng))均是以計算機技術和通信技術為基礎的，其正常運轉和功能的發(fā)揮，均離不開統(tǒng)一的全網時間基準[1]。

自動化裝置內部都帶有實時時鐘，其固有誤差難以避免，隨著運行時間的增加，積累誤差越來越大，會失去正確的時間計量作用[2]，因此，如何對實時時鐘實現(xiàn)時間同步，達到全網的時間統(tǒng)一，長期以來一直是電力系統(tǒng)追求的目標。目前，在湖南電網中的這些裝置內部的實時時鐘一般都帶有GPS時間同步接口，利用GPS輸入的基準時間實現(xiàn)時間同步[3-10]。

1 引起時間跳變可能的隱患及對策

智能調度控制系統(tǒng)中授時節(jié)點服務器采用串口和GPS時鐘對時，所有的服務器與工作站均與授時節(jié)點服務器進行對時。授時節(jié)點服務器通過讀取串口報文修正時間，時鐘發(fā)送串口報文發(fā)生跳變時，授時節(jié)點服務器無錯誤校驗，只是簡單的判斷是否超過一個閥值(湖南智能電網調度控制系統(tǒng)前期設置為3 600 s)，在閥值內則直接修改授時節(jié)點時間。其他服務器和工作站采用ntpdate命令對時，而ntpdate命令沒有采用時間差值比較策略，將采集到的GPS時鐘信號直接更改本地的標準時間，如果GPS時鐘裝置故障，輸出錯誤時間報文，就會引起智能電網調度控制系統(tǒng)時間跳變。

對于解決智能電網調度控制系統(tǒng)時間跳變的隱患，可以采用修改ntpdate命令對時機制，發(fā)現(xiàn)本機時間不對，存在時間差，當時間差值絕對值在1 h以上，不對本機進行對時。當時差絕對值在1 h之內，進行平滑對時方式，防止出現(xiàn)因對時導致系統(tǒng)時間跳變。平滑對時方式是采用操作系統(tǒng)的int adjtime(const struct timeval* delta, struct timeval* olddelta)函數(shù)進行，通過判斷本機的時間是滯后還是超前，設置不同的參數(shù)，delta為負，時鐘將慢走直到校正結束，若為正，時鐘將走快直到校正結束。

為保證系統(tǒng)各節(jié)點時鐘穩(wěn)定性、連續(xù)性，考慮采用雙時鐘設備冗余設計，只要雙時鐘設備中有任何一路正常工作，就能完成授時功能[11]。

2 智能調度控制系統(tǒng)雙機對時技術方案

2.1 智能調度控制系統(tǒng)對時方式

在《電網時間同步系統(tǒng)技術規(guī)范》中，智能電網調度控制系統(tǒng)規(guī)定對于時間精度要求小于等于100 ms，確保時鐘設備時間精度滿足要求。在對時系統(tǒng)中，主流的對時方式有NTP、TTL硬對時、串口對時和IRIG-B 4種，其對時原理和精度如表1所示。

表1 不同對時方式說明比對

對時方式對時原理精度NTP服務器通過接受GPS信號作為系統(tǒng)的時間基準,客戶端通過定期訪問服務器提供的時間服務獲得準確的時間信息,并調整自己的系統(tǒng)時鐘。100～1000ms(廣域網)10～100ms(城域網)200μs～10ms(局域網)TTL硬對時TTL電平是高為5V,低接近0V的脈沖信號。當脈沖上升沿到來之時對對時裝置設置秒以下的數(shù)進行清零?！?μs串口對時被對時的自動化裝置通過串行口接收衛(wèi)星時鐘發(fā)送的串行時間信息,按照相同的對時規(guī)約,經過解碼后對時。10～100msIRIG-BIRIG-B為美國IRIG委員會的B標準,是專為時鐘傳輸制定的時鐘碼,每秒輸出一幀按年、月、日、時、分、秒等順序排列的時間信息,然后輸出到對時總線上,接收裝置解出時間信息進行時間同步。≤1μs

因此在滿足標準要求的基礎上，湖南智能電網調度控制系統(tǒng)采用了IRIG-B的對時方式。IRIG-B碼有調制IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)2種，IRIG-B(AC)的對時精度一般為10～20 ms ，而IRIG-B(DC)碼的對時精度可達到亞微秒數(shù)量級。我國自動化系統(tǒng)設備原則上均采用IRIG-B(DC)碼方式進行對時。IRIG-B對時方式的優(yōu)點是對時精度高、數(shù)據(jù)全面、不需要人工預置；缺點是編碼相對復雜。

由于采用其他對時方式采集的自動化信號存在時間順序錯位，難以準確描述事件順序，不能給電網事故分析提供有效的技術支持等問題，而IRIG-B 碼對時能有效解決這些問題，《電網時間同步系統(tǒng)技術規(guī)范》根據(jù)國內外涉及時間統(tǒng)一技術的有關標準、規(guī)范和要求，統(tǒng)一使用IRIG-B 碼實現(xiàn)電力二次設備與時間同步系統(tǒng)的對時。

2.2 智能調度控制系統(tǒng)時鐘雙機模式及配置

主時鐘A和主時鐘B均連接GPS和北斗2根天線，在主時鐘A和主時鐘B之間配置2條心跳線，當某個時鐘獲取時間失敗時，能夠從另一臺時鐘獲取時間，如圖1所示。

智能調度控制系統(tǒng)分為3個安全區(qū)，分別為安全區(qū)I、安全區(qū)II和安全區(qū)III，其中安全區(qū)I與安全區(qū)II之間通過防火墻隔離，安全區(qū)II與安全區(qū)III之間通過物理隔離裝置隔離。由于各個安全區(qū)相對獨立，所以3個安全區(qū)都需要配置主、備授時節(jié)點服務器，安全區(qū)I授時節(jié)點與GPS時鐘對時，安全區(qū)II授時節(jié)點時間來源于安全區(qū)I授時節(jié)點服務器，采用NTP服務對時，安全區(qū)III授時節(jié)點服務器時間來源于上海公共授時中心，采用NTP服務器對時。各安全區(qū)內其他服務器和工作站直接采用NTP client服務，全部與各自安全區(qū)授時節(jié)點服務器進行對時。

授時節(jié)點服務器NTP配置詳細信息如下：

# Permit time synchronization with our time source ,but do not

# permit the source to query or modify the service on this system.

restrict default kod nomodify notrap noquery

restrict -6 default kod nomodify notrap noquery

# Permit all access over the loopback interface. This could

# be tightened as well, but to do so would

effect some of

# the administrative functions.

圖1 雙機時鐘網絡拓撲

restrict 127.0.0.1

restrict -6::1

restrict 1.1.1.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap

# Undisciplined Local Clock. This is a fake driver intended for backup

# and when no outside source of synchronized time is available.

server hn-sdf1 # local clock

server hn-sdf2 # local clock

fudge hn-sdf1 stratum 10

fudge hn-sdf2 stratum 10

# Drift file. Put this in a directory which the daemon can write to.

# No symbolic links allowed, either, since the daemon updates the file

# by creating a temporary in the same directory and then rename ()'ing

# it to the file.

driftfile/var/lib/ntp/drift

# Key file containing the keys and key identifiers used when operating

# with symmetric key cryptography.

Keys/etc/ntp/keys

3 主時鐘雙機接線方式及服務器時間監(jiān)視

湖南省調智能調度控制系統(tǒng)時鐘采用HY-8000時間同步時鐘，HY-8000時間同步時鐘雙機互聯(lián)接線主要涉及到B1 IRIG-B UNIT及G35 INPUT UNIT 2個模塊。

B1 IRIG-B UNIT模塊輸出12路滿足IEEE STD 1344-1995標準的IRIG-B(DC RS-422)時碼接口,可驅動不少于8臺標準IRIG-B(DC RS-422)設備，如圖2所示。

圖2 B1 IRIG-B UNIT模塊

G35 INPUT UNIT模塊支持1路IRIG-B(DC RS-422)時碼輸入，用于時間同步系統(tǒng)主時鐘，IRIG-B IN1：IRIG-B (RS-422電平)輸入接口，+端為R+，-端為R-。

雙機時鐘的連接線有心跳線2根和串口線2根。心跳線用于主時鐘級聯(lián)，傳輸?shù)氖荁碼信號；串口線為主時鐘和服務器連接，傳輸串口報文。雙機互聯(lián)接線方式如圖3所示。

圖3 雙機時鐘心跳接線

為了及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設備時間異常，可以將自動化設備本地時間與GPS時鐘進行對比，對比差異結果實時展示在監(jiān)視界面上，便于及時發(fā)現(xiàn)自動化設備異常，該方案可以提高智能電網控制系統(tǒng)安全運行水平。

4 結束語

通過修改對時機制，采用平滑對時方式，避免了時鐘跳變的風險。采用IRIG-B(DC)碼方式對時以及雙機對時方案，可以保證智能電網控制系統(tǒng)各節(jié)點時鐘的穩(wěn)定性、連續(xù)性，為了及時發(fā)現(xiàn)自動化設備時間異常，采用實時監(jiān)視自動化設備的本地時鐘與GPS時鐘差異方案，提高了智能電網控制系統(tǒng)安全運行水平。

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本文責任編輯：齊勝濤

Research on Time Synchronization of Smart Grid Power Dspatching System

Xie Peiyuan1,Zeng Ciling1,Gu Fengqiang2,Chen Junjie1,Liu Li1,Ma Jingya2

(1.State Grid Hu'nan Electric Power Company Dispatches & Communication Center, Changsha 410007,China；2.Beijing Kedong Power Control System Co Ltd,Beijing 100087,China)

According to the risk of smart grid power dispatching system time hopping caused by GPS synchronization equipment ,the paper raises the technical proposal of changing the existing synchronization mechanisms to dual active, and Analysis on the principle of dual active encoding, working principle, structure and configuration of automatic monitoring method, introduced dual connection and the server clock, it is useful for the application of GPS synchronization system in intelligent power dispatching control system.

smart grid power; dispatching system; dual-active synchronization; IRIG-B

2016-08-03

謝培元(1975-)，男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究。

TM73

A

1001-9898(2016)05-0005-04