電力時間同步系統(tǒng)介紹

1、1 1成都可為科技發(fā)展有限公司成都可為科技發(fā)展有限公司2 21、緒論2、現(xiàn)代授時技術(shù)5、解決方案 2.1 模式一（站控層NTP、間隔層/過程層IRIG-B） 2.2 模式二（站控層NTP、間隔層/過程層PTP，間隔層IRIG-B） 2.3 模式三 （三網(wǎng)合一，全站PTP）3、技術(shù)發(fā)展方向3 3時間基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)搬運鐘、長波、衛(wèi)星、地面鏈路。時間系統(tǒng)電力軍事通信鐵路民航廣電氣象金融物聯(lián)網(wǎng)地震預(yù)報世界時歷書時原子時協(xié)調(diào)世界時行業(yè)授時接口行業(yè)授時接口時間同步設(shè)備行業(yè)應(yīng)用同步技術(shù)4 4 時間有兩個含義： “時刻”：即某個事件何時發(fā)生； “時間間隔”：即某個時間相對于某一時刻持續(xù)了多久。 頻率的定

2、義：周期信號在單位時間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時間間隔T內(nèi)周期信號重復(fù)變化了N次，則頻率可表達(dá)為：fN/T 頻率與時間密切相關(guān)，（在數(shù)學(xué)上）通常稱其為時間的倒數(shù)，這反映了頻率的含義來自于對周期事件（即在一定的時間間隔內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的事件）的測量這個事實。時間同步基礎(chǔ)p時間與頻率5 5信號之間在頻率或相位上保持某種嚴(yán)格的特定關(guān)系，即在相對應(yīng)的有效瞬間以同一平均速率出現(xiàn)通過一定的比對手段使兩個時鐘時刻保持一致相對時間同步，是指某個系統(tǒng)內(nèi)的時鐘所進(jìn)行的時間同步絕對時間同步，是指除了完成本系統(tǒng)內(nèi)的時間同步外，還要與國家標(biāo)準(zhǔn)時間和國際標(biāo)準(zhǔn)時間UTC相同步6 6時間基時間基準(zhǔn)準(zhǔn)時間原點時間原

3、點時間尺度（時間尺度（1 1秒）秒）使用情況使用情況世界時UT以本初子午線的平子夜起算的平太陽時平太陽日的1/86400準(zhǔn)確度約為107先被歷書時代替目前被原子時代替歷書時時間參考點為1900年1月1日0時整。回歸年長度的1/31556925.9747準(zhǔn)確度達(dá)1109被原子時代替原子時TAI1958年1月1日0時0分0秒UT的瞬間。銫 -133 原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間在零磁場下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時間 ；當(dāng)前的時間基本計量系統(tǒng)1000萬年僅誤差1秒世界協(xié)調(diào)時UTC與世界時原點一致國際原子時TAI和世界時UT1的結(jié)合，UTC(t)-TAI(t)=N秒（N為整數(shù)），UTC(t

4、)-UT1(t)0.9秒以閏秒方式修正UT1與TAI之間的差值，閏秒時間規(guī)定：6月30或12月31日的最后一分鐘為61秒或59秒時間基準(zhǔn)7 7頻率基準(zhǔn)u主要分類37億年誤差不到1秒8 8電力時間同步系統(tǒng)的演進(jìn)普通廠站時間同步系統(tǒng)全省廣域時間頻率同步網(wǎng)全國廣域時間頻率同步網(wǎng) 2013年1月24日，國家電網(wǎng)因時間錯誤造成國調(diào)中心和四川省調(diào)相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備故障，使四川二灘電站和瀑布溝電廠發(fā)電機組異常關(guān)機。 2013年4月15日，國家電網(wǎng)公司國調(diào)中心發(fā)布2013年82號文件，要求加強對時間的運行管理。高精度時間同步對電力系統(tǒng)已經(jīng)異常重要!需要必要重要異常重要單應(yīng)用系統(tǒng)衛(wèi)星單鐘不同的需求對應(yīng)不同的解決方案

5、數(shù)字化廠站時間同步系統(tǒng)9 9SDH設(shè)備,遠(yuǎn)動保護(hù)裝置、測控裝置故障錄波、雷電定位 行波測距、監(jiān)控系統(tǒng)OPEN3000、D5000WARMS、EMS/GIS計費系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)支撐平臺變電廠站二次設(shè)備或系統(tǒng)通信系統(tǒng)電力系統(tǒng)時間應(yīng)用1010主時鐘屏主時鐘1主時鐘2光輸出時間信號擴展屏光接收光纜時間信號擴展裝置時間信號擴展裝置光接收時間信號擴展裝置時間信號擴展裝置光纜IRIG-B（DC）碼脈沖IRIG-B碼網(wǎng)絡(luò)串口脈沖串口IRIG-B碼網(wǎng)絡(luò)北斗GPSB碼B碼時間信號擴展屏常規(guī)變電站時間同步系統(tǒng)組成11111212數(shù)字變電站結(jié)構(gòu)數(shù)字變電站結(jié)構(gòu)站控層：站控層：自動化站級監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時

6、系統(tǒng)等，實現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能間隔層：間隔層：繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測控裝置、監(jiān)測功能組主IED等二次設(shè)備過程層：過程層：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子裝置1313智能變電站時間同步網(wǎng)典型組網(wǎng)模式l模式一 站控層采用SNTP/NTP授時，間隔層和過程層設(shè)備采用IRIG_B(DC)對時 典型應(yīng)用：陜西延安750KV智能變電站；l模式二 配置一套北斗/GPS雙衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)； 站控層采用SNTP/NTP授時，間隔層和過

7、程層設(shè)備采用PTP對時,間隔層 設(shè)備同時接收IRIG_B碼； 典型應(yīng)用：吉林長春南500KV智能變電站l模式三 配置雙套北斗/GPS,站控層、間隔層、過程層均采用PTP對時方式；AB網(wǎng) 雙網(wǎng)雙備，同時具備兩個PTP主鐘在線工作，通過BMC算法決策工作狀態(tài) 典型應(yīng)用：遼寧何家變220KV智能變電站1414模式一 站控層采用SNTP/NTP授時，間隔層和過程層設(shè)備采用IRIG_B(DC)對時；不占用間隔層，過程層網(wǎng)絡(luò)資源，對時網(wǎng)獨立，各層之間采用 “點對點”方式連接，用時設(shè)備大部分都具備IRIG_B碼對時接口，技術(shù)成熟，對時精度較高； 單向授時，路徑時延扣除不一致，需要點對點接線，接線較多，施工繁

8、雜，無法共享站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)資源，數(shù)字化變電站的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化的要求不一致；組網(wǎng)特點早期智能站通常采用的對時組網(wǎng)模式。1515模式一1616模式二 站控層采用SNTP/NTP授時，間隔層和過程層設(shè)備采用PTP對時,間隔層設(shè)備同時接收IRIG_B碼，只有一個PTP主時鐘； 是一個過渡方案，由點對點，單向授時，到共享網(wǎng)絡(luò)資源雙向授時的過渡，PTP技術(shù)的應(yīng)用還不成熟，二次設(shè)備對PTP技術(shù)的支持還不可靠，對間隔層進(jìn)行了IRIG_B的冗余備份，保障間隔層對時間的安全應(yīng)用，全站僅配置了一套對時設(shè)備，時間源頭的冗余配置不夠。組網(wǎng)特點2008年IEEE1588V2-2008 發(fā)布后，數(shù)字化變電站開始應(yīng)用這種以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

9、精確時間同步技術(shù)。1717模式二1818模式三 配置雙套北斗/GPS,站控層、間隔層、過程層均采用PTP對時方式；AB網(wǎng)雙網(wǎng)雙備，兩個PTP主鐘在線工作，通過BMC算法決策工作狀態(tài)；AB網(wǎng)核心交換機作為外部時鐘失效后的備用PTP主鐘； 共享網(wǎng)絡(luò)資源授時，站控層PTP與MMS共享網(wǎng)絡(luò)資源，間隔層、過程層PTP與GOOSE,SMV共享網(wǎng)絡(luò)資源；組網(wǎng)與數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一致，沒有額外的連接線；對PTP輸出的時間跳變進(jìn)行嚴(yán)格控制，不得超過100ns;保障時鐘設(shè)備在故障退出網(wǎng)絡(luò)運行后重新進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)參與對時的平滑接入;組網(wǎng)特點 現(xiàn)階段，這種以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)精確時間同步技術(shù)在數(shù)字化變電站的IED設(shè)備的支持度高，

10、檢測機構(gòu)也有針對性檢測，沒有強制要求但設(shè)有委托性測試，也有相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)正在制定，推動該項技術(shù)的成熟和安全應(yīng)用。1919模式三2020模式三2121時間同步管理模式 調(diào)度主站組網(wǎng)特點一： 時間同步監(jiān)測中，NTP采用客戶/服務(wù)器模式。該模式中，時間管理服務(wù)器為客戶端，被監(jiān)測設(shè)備為服務(wù)端。時間管理服務(wù)器定期向被監(jiān)測設(shè)備發(fā)送報文。時間管理服務(wù)器依照被監(jiān)測設(shè)備返回的時鐘報文計算時鐘偏差，但不會修改被監(jiān)測設(shè)備的時鐘監(jiān)測用途NTP與對時用途NTP的區(qū)分 第一層保護(hù)，IP協(xié)議的訪問控制。對時NTP服務(wù)端僅存在于時鐘裝置，監(jiān)測NTP服務(wù)端存在于被監(jiān)測裝置，它們的IP地址不同，因此正確配置IP地址后，監(jiān)測的請求

11、不會與對時請求混淆，保證了不同用途的NTP服務(wù)不會沖突。 第二層保護(hù)，協(xié)議標(biāo)識的訪問控制。通過Reference Identifier字段區(qū)分監(jiān)測和對時的NTP服務(wù)。監(jiān)測的NTP不應(yīng)響應(yīng)“TSSM”標(biāo)識以外的請求報文；對時的NTP則不應(yīng)響應(yīng)標(biāo)識為“TSSM”的請求。從而保證了任何情況下兩者不會沖突。2222時間同步管理模式站控層組網(wǎng)特點站控層監(jiān)控主機作為管理端，對時鐘裝置、測控裝置、故障錄波裝置、PMU、智能終端的時鐘同步狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測管理，其監(jiān)測原理為NTP乒乓原理（四時標(biāo)）過程層組網(wǎng)特點對于智能終端和支持GOOSE的合并單元，時間同步監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)自檢數(shù)據(jù)都通過GOOSE傳輸，其監(jiān)測原理

12、為NTP乒乓原理（四時標(biāo)），2323時間同步管理實施方案結(jié)構(gòu)圖2424時間同步管理實施方案 2525全智能型變電站時間同步模式 試點項目何家變組網(wǎng)特點 全站采用DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的自動化系統(tǒng)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用MMS、G00SE、對時三網(wǎng)合一 共享網(wǎng)絡(luò)資源授時，站控層PTP與MMS共享網(wǎng)絡(luò)資源，間隔層、過程層PTP與GOOSE,SMV共享網(wǎng)絡(luò)資源；組網(wǎng)與數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一致，沒有額外的連接線；對PTP輸出的時間跳變進(jìn)行嚴(yán)格控制，不得超過100ns;保障時鐘設(shè)備在故障退出網(wǎng)絡(luò)運行后重新進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)參與對時的平滑接入;2626何家變試點項目結(jié)構(gòu)圖2727全智能型變電站時間同步重要性 通過交換機將MS

13、V 、GOOSE、時間同步網(wǎng)絡(luò)合并為一個物理網(wǎng)絡(luò) 由于MSV、GOOSE數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸要通過時間同步系統(tǒng)提供的時標(biāo)信息，所以時間同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要得到保證！ 2828技術(shù)特點兩網(wǎng)統(tǒng)一天地互備廣域同步依托北斗廣域時間頻率同步系統(tǒng)2929整體設(shè)計靈活組態(tài)強化管理可控運行標(biāo)準(zhǔn)接口開放兼容分級實施逐步完善設(shè)計原則廣域時間頻率同步系統(tǒng)3030廣域時間頻率同步系統(tǒng)組成3131廣域時間頻率同步系統(tǒng)廣域時間頻率同步，頻率時間兩網(wǎng)統(tǒng)一分級分層在線監(jiān)測，橫向縱向全覆蓋管理功能目標(biāo)性能目標(biāo)廣域同步時間精度 整體優(yōu)于1us提供的BITS信號滿足ITU G.811、 G.812、G.813的不同等級對時間同

14、步精度進(jìn)行精度測量，提供壓毫秒級的測量數(shù)據(jù);3232廣域時間頻率同步技術(shù)3333廣域時間頻率同步技術(shù) 同時提供同步的時間時刻信息，SDH通信網(wǎng)需要的統(tǒng)一頻率信號源 標(biāo)準(zhǔn)接口（頻率傳輸提供2M信號，時間傳輸采用PTP協(xié)議），整體規(guī)劃，向上兼容，零散到整體，分布實施，逐步完成。 冗余設(shè)計，時間頻率的多源頭 ；時鐘內(nèi)部源靈活配置；SDH光通信網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；多種輸出信號特性 。功能和特點3434廣域時間頻率同步技術(shù)服務(wù)于電網(wǎng)暫態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)分布采樣 分布式測控系統(tǒng)同步采樣與控制 如：廣域保護(hù)，廣域向量測量，同步通信； 記錄事件的時間、事件發(fā)生的先后次序，查找事故的原因、明晰事故發(fā)生過程；對故障分析的時

15、間精度有明確要求，行波故障測距、雷電定位對時間同步精度要求優(yōu)于1us。服務(wù)于電網(wǎng)故障分析3535廣域時間頻率同步技術(shù)服務(wù)于SDH同步通信，提供BITS時鐘源外部時鐘源直接利用外部輸入站時鐘（2048kHz或2Mb/s ）線路時鐘源從STMN線路信號中提取時鐘每個SDH網(wǎng)絡(luò)單元中的SETPI模塊提供了輸出定時和輸入定時接口，接口具有G.7032Mbit/s的物理特性。外部提供的定時源一般有三種（1）PDH網(wǎng)同步中的2048kHZ同步定時源（2）同局中其他SDH網(wǎng)絡(luò)單元輸出的定時（3）同局中BITS輸出的時鐘。一般在較大的局站中，設(shè)備有稱為綜合定時供給系統(tǒng)（BITS）的時鐘源。BITS接收國內(nèi)基準(zhǔn)

16、或其他如GPS的定時基準(zhǔn)同步，具有保持功能。局內(nèi)需要同步的SDH設(shè)備均受其同步。3636廣域時間頻率監(jiān)測技術(shù)3737廣域時間頻率監(jiān)測技術(shù)信號不足 外部時源信號狀態(tài) 天線損壞 天線狀態(tài) OEM 板損壞 OEM 板狀態(tài)時源異常 時間連續(xù)性狀態(tài)主晶振狀態(tài) 主晶振狀態(tài)時鐘硬件故障 設(shè)備硬件自檢狀態(tài)時鐘電源故障 電源模塊狀態(tài) 對時信號源或鏈路故障 對時接口狀態(tài) 設(shè)備未對時 對時接口狀態(tài)& 對時服務(wù)狀態(tài)對時信號異常 時間連續(xù)性狀態(tài) 授時設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測受時設(shè)備/系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測3838廣域時間頻率監(jiān)測技術(shù)站內(nèi)提供各授時、受時設(shè)備監(jiān)測裝置時間間的同步差值站間提供中心站與監(jiān)測裝置間的同步差值分級測量，關(guān)聯(lián)狀態(tài)

17、分析同步時鐘設(shè)備具備自身頻率同步性能的自檢信息，提供的BITS信號輸出SSM同步狀態(tài)信息，指示頻率源質(zhì)量。同步性能監(jiān)測頻率狀態(tài)監(jiān)測3939廣域時間頻率同步系統(tǒng)管理技術(shù)4040廣域時間頻率同步系統(tǒng)管理技術(shù)以調(diào)度管理層次為準(zhǔn)，進(jìn)行分級管理參與時間同步業(yè)務(wù)的所有的授時設(shè)備，電力行業(yè)業(yè)務(wù)設(shè)備和業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理對象管理分級管理內(nèi)容所有與對時同步有關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)，主要來自時間同步在線監(jiān)測系統(tǒng)4141廣域時間頻率同步系統(tǒng)管理技術(shù)主要研究。1、研究組態(tài)模式，廠站端授時設(shè)備、用時設(shè)備的時間狀態(tài)信息接收到調(diào)度管理平臺后的表現(xiàn)形式；通過橫向縱向比較動態(tài)分析分布各廠站的授時設(shè)備信息，把授時設(shè)備輸出的時間信號屬性正

18、確客觀的反映出來，設(shè)備的工作狀態(tài)情況反映出來，根據(jù)查詢統(tǒng)計分析等手段對系統(tǒng)所管理的廠站端授時設(shè)備進(jìn)行檢修改造指導(dǎo)；2、通過對授時設(shè)備和用時設(shè)備的時間狀態(tài)信息進(jìn)行比較分析，了解用時設(shè)備的實際用時情況，并對用時設(shè)備進(jìn)行時間功能的檢修改造指導(dǎo)；3、完成廠站端時間設(shè)備的運行情況統(tǒng)計考核， 并對分析結(jié)果打印上報；4、考慮時間精度遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)建設(shè)過程中，針對廠站端已建設(shè)的授時設(shè)備，如何進(jìn)行管理和檢測。 5、完成對全網(wǎng)內(nèi)各分布站點的時間同步系統(tǒng)從授時到用時設(shè)備的全面管理和監(jiān)測。4242廣域時間頻率同步系統(tǒng)管理技術(shù) 挖掘授時設(shè)備輸出時間自然屬性，智能分析授時設(shè)備的工作狀態(tài)；建立收集的授時設(shè)備的內(nèi)部各時間源時間和狀態(tài)信息的關(guān)聯(lián)性，以及輸出時間與所有輸入時間之間的數(shù)據(jù)差值，從眾多的信息中提取設(shè)備輸出時間的穩(wěn)定性，連續(xù)性，可靠性，智能分析其授時的精度情況，可用情況；建立各信息間的關(guān)聯(lián)性以及挖掘時間自然屬性