電力系統中時間同步技術的應用研究

劉孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(國網重慶市電力公司信息通信分公司,重慶 400014)

電力系統中時間同步技術的應用研究

劉孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(國網重慶市電力公司信息通信分公司,重慶 400014)

電力系統的自動化程度及規模都日新月異,因此對系統的時鐘同步的準確性及精度就要求更高了。本文在分析常規時間同步方案的基礎上,根據電力系統的特點,提出了電力系統中站點間采用衛星與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,并分析了其優點以及應用前景,為電力系統時間同步提出了一個綜合解決方案。

時間同步 SDH 電力系統

1 前言

時間同步是一種在現代軍事、通訊、電力等領域應用十分廣泛的新興技術,它的快速發展在很大程度上是由于衛星通訊、航天及航空等遠距離監測、控制、通訊的實際應用需求。當前,電力系統的自動化程度及規模都日新月異,因此對系統的時鐘同步的準確性及精度就要求更高了,另外,由于如果要實現電力系統的運行管理、監視控制及故障分析,就必須要建立統一的時間基準,所以如果要很好地建設與發展電力系統就必須先在全網范圍內建立統一的時間與頻率。

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等方式在很短的距離間實現時間的精確同步;第二,PTP協議(精確時鐘對時協議),該方案是通過在網絡的物理層協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,衛星時間同步方案,該方案是以北斗系統或全球定位系統輸出的標準時間作為系統時間;第四,NTP協議(網絡時間協議)或SNTP(簡單網絡時間協議),這兩種方案均是通過以太網包來達到時間同步的高度精確;第五,基于SDH(同步數字體系)的時間同步方案,該方案以SDH作為傳輸介質,采用雙向對時協議進行時間校準,以實現精確的時間同步。

3 時間同步在電力系統中的應用

3.1 電力系統中時間同步系統

我們都知道電力系統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,所以這也給我們當前的供電系統埋下了比較大的安全隱患。

3.1.1 站點內部時間同步方案

電力系統站點內部之間的時間同步通常為以衛星同步方式為主,即以北斗系統或全球定位系統輸出的標準時間作為系統時間,另外以NTP為輔助的時間同步方案。電力系統各個站點內部的設備都是通過衛星進行授時,設備與從設備之間則通過以NTP為主的網絡時間協議的方式進行對時。所以,以衛星同步方式為主的電力系統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星對時系統,而生產衛星對時系統的廠家比較多,導致各個站點的對時系統的處理方式可能不同,進而會引起系統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的站點間得到實現。

3.2 電力系統的綜合時間同步方案

從上面分析我們可知,如今的電力系統中,雖然電力系統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的站點間得到實現,所以,當前電力系統中時間同步的主要是建立站點間的時間同步。

眾所周知,現今的電力系統主要有基于電路交換的SDH網絡和基于分組交換的以太網這兩條通訊網絡,另外,基于這兩種網絡的主要時間同步協議分別是基于SDH的時間同步協議和PTP時間同步協議。我們都知道,電力系統中的站點間一般相距比較遠,如果通過以太網進行通訊,會使得時間同步的精度達不到電力系統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過分組交換的以太網進行通訊時,經過多級交換機或路由器不可避免,而在這種復雜的網絡環境中,以諸如NTP等的時間同步協議的只能達到毫秒級的時間同步精度;另外,雖然諸如IEEE 1588的時間同步協議的時間同步精度能夠達到納秒級,能夠達到電力系統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,而要更新網絡中的全部硬件,就算是部分硬件對電力系統來說都是代價巨大,所以,電力系統中站點間的時間同步使用基于分組交換的時間同步系統并不是最好的選擇。基于SDH的時間同步協議以SDH作為傳輸介質,采用雙向對時協議進行時間校準,對網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高精度的時間同步,所以利用SDH網絡,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,無論是對哪個系統來說,其時間同步的可靠程度都取決于通訊鏈路的穩定程度,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星系統的獨立性及成本兩方面的因素,SDH與衛星的時間同步系統的綜合還是很符合電力系統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,本文提出電力系統中站點間采用衛星與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可靠又穩定的電力系統時間同步,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、智能化變電站等政策的推廣與應用,全網時間同步技術必然會在未來電力系統運行中發揮重要的作用。

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