GPS時鐘同步技術在變電站電力自動化中的應用

隗玉琦 馮爽 崔中星

摘 要：一段時間以來，科學技術和訊息技術的研究成果在變電站控制系統中的持續有效運用大力促進了變電裝置調控水平的不斷升級。運算監視體系、測控機構、微機聯鎖控制、故障示波裝置以及變電控制系統內其他配套裝備的恰當運用及緊密配合都要求變電機構給它們顯示出精準一致的時間訊息。所以變電裝置的高效運作及高效控制必須設置一個精準的時間均一體系。筆者導入GPS型時鐘并行裝置，依托對時鐘并行體系的定義及其在變電裝置自動化控制體系中的慣用方式展開系統的分析，在統一其有關對時模式的前提下，對GPS型時鐘并行體系在變電裝置自動型控制體系中的有效運作實施了系統型的探究。

關鍵詞：GPS時鐘并行體系；變電裝置自動型控制；IRIG-B校時碼

電力體系是屬于一種統一型的實時控制系統，在變電裝置體系內出現異常情況時，必須對裝置內的所有單元操作系統依照一致的時間限定下展開整體的系統運行監測及故障判斷研究，進而增強電力運行裝置事故判斷及平穩調控的效果，且真正地實現電力系統運行的平穩性及精準性。所以筆者以GPS型時鐘并行體系在變電裝置自動型控制系統中的有效應用作為探討目標，依托對時鐘并行體系的定義及慣用操作模式展開深入的闡釋，且依照其在變電裝置自動型控制體系中的3類定時模式，對GPS型時鐘并行體系在變電裝置自動型控制系統中的實踐運用淺談一下個人的見解。

1 時鐘并行體系概述

1.1 時鐘并行體系定義

所言電力式時鐘并行體系就是指變電控制裝置時鐘并行體系，它依托利用兩條外設的B碼作為基準，給變電裝置展示穩定、準確而且具備高冗余水平的時間對應訊息，且選取當今現代化的時間性頻率測試工藝來馴服晶振系統，讓待時型電路所提供的時間并行訊息精準并行于變電裝置GPS型定位及外部提供B碼的時間對應點上，進而給變電控制裝置自動型運作體系提供出高平穩度及高精準質量的并行訊息。

1.2 時鐘并行體系的普通組成模式

普通的時鐘并行體系重點涵蓋了基礎型時鐘并行體系、主輔型時鐘并行體系以及主體備用型時鐘并行體系。基礎型時鐘并行體系重點依托一架主導時鐘及其對應的訊息傳送媒介一起組成，依照變電裝置自動型控制體系對時鐘并行體系的功能需求及工藝要求，主導型時鐘應當備有接入端，以便依托其來接受前一層時鐘并行體系傳遞出的有線型時間定點訊息。主輔型時鐘并行體系在擁有主導時鐘及訊息傳導媒介之外，也涵蓋了多架從動型時鐘，從而給接受時裝備及對應的自動型控制系統校對時辰。

2 變電裝置GPS型時鐘并行體系的校時模式和運作機理

GPS型時鐘并行體系重點運用RS232型接入端對GPS型衛星所傳出的訊息進行接受，相關裝置接受到GPS型衛星傳送的訊息之后，它的CPU中心處置機構即啟動對訊息的規范、加工、轉送，并與本地的時間進行轉型變換，進而讓訊息達到RS232、RS422及RS485等接入端基準的對應需求。GPS型時鐘并行體系重點包括GPS型衛星訊息接受構件、傳出機構/拓展機構、CPU機構部分還有電源機構部分及人機互動功能模塊等機構一同組成。針對現實來說，GPS時鐘同步系統的常用對時方式主要有3種，分別為脈沖對時、串口對時和編碼對時。

2.1 脈沖對時

脈沖對時的過程為：GPS同步時鐘每隔一定的時間間隔便會向系統輸出一個精確的同步脈沖，系統被授時裝置在接收到同步時鐘所發出的同步脈沖后便進行對時，從而消除當前裝置內部時鐘走時的誤差。脈沖對時的優點是通過使各類被授時裝置進行同步對時，進而使得系統裝置具有很高的對時精度；其缺點為：只提供秒同步的信息，而具體的日期時間值無法傳遞，一般需要和其他對時方式配合使用。

2.2 串口對時

串口對時就是將時刻信息以串行數據流的形式進行輸出。串口對時的具體過程為：被授時裝置接收每秒一次的串行時間信息來獲取時間同步。在裝置未接收到廣播對時令的該段時間內，裝置時鐘通常存在著自身誤差問題。同脈沖對時相比，基于串行數據流的串口對時要較為復雜。此外，在此接收過程中，對相關信息處理所消耗的時間也會對時間同步的對時精度產生較大影響。因此，串口對時主要用于對事件添加相應的時間標記。

3 GPS時鐘同步系統在變電站自動化系統中的實現與應用

通訊報文與脈沖對時是GPS時鐘同步系統在變電站自動化系統中得以應用的主要方式。首先，在變電站配置GPS時鐘同步裝置，通過串行接口對處理單元和站內數據進行時鐘同步。其次，將經同步后的處理單元作為變電站自動化系統的時間源，通過將間隔層測控和其他智能設備數據相結合的方式來對基于現場總線的通信報文進行對時。值得注意的是，由于存在通信傳輸延遲，系統間隔層時鐘對時的精準度最高只能達到毫秒級。此外，再利用GPS時鐘同步系統裝置中的1pps（或者1ppm、1pph）脈沖上升沿對時鐘的秒位進行清零，從而實現系統中各設備時鐘的精確對時。該種應用對時方式對于變電站自動化系統中的各間隔設備來說，其時鐘同步主要是依靠通訊報文與脈沖對時相結合的方式來共同完成的。

4 結語

通過分析研究，我們不難發現GPS時鐘同步系統在變電站中的大量部署使得站內的相關設備有了統一、標準的時間基準。以此為基礎，對于運行中出現的各類事件可以更為方便的進行追溯、比較和分析，并最終顯著提高了電力系統的自動化水平，為國家電網監管水平的邁進提供了強有力的技術保障。

參考文獻

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（作者單位：國網山東省電力公司檢修公司）