电力系统时钟同步技术分析

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在电力系统中，它是时间相关的系统、在基于时间轴的波形中，通过电压、电流、相角、功角的变化，来对电网稳定运行提供了有利的保障，在时间同步中的有要求是：继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制系统、能量管理系统和生产信息管理系统要基于统一的时间基准运行。这样来满足同步采样、系统的稳定性判别、线路故障及逆行那个具体的定位、故障录波、故障进行分析以及故障反演时间一致性的要求。这些能够提高电网系统运行的效率。

1 电力系统时间同步及其原理

在当前，电力系统的时间同步中主要的通过确定变电站内GPS和北斗卫星授时系统统一状态，以及对于一些比较陈旧的变电站要进行时间同步的配置。时间同步就是一种最基本的技术应用，在电力系统的运用中，时间同步也在不断的更新，不断的提高技术以及工艺。但是在GPS和北斗卫星授时系统中由于设备的品牌不同这就使得站内、站与站之间的时间不能够统一。在运行的过程中时间接受系统之间不能够相互通用，这就会造成内部之间的运行不能够不能确定准确的备份，不能够保障整个系统运行的可靠性。因此在电力系统的设备更新的状态中要逐渐的扩展到发电厂、变电站控制中心、调度中心等相关的电力系统，加强对时间同步的技术，并且在该系统中要基于不同的授时源要建立时间同步，而且之间要互为热备用。更广泛的应用电力系统的时间同步技术。

现代的时钟同步的原理就是在电力系统中安装了各种自动化的设备主要有监控装置、PMU、故障录波器、微机保护装置、分时电能表等。这些自动化设备的内部都有实时时钟，但是这些电子钟也有可能出现的误差是：初始值设备的不够准确；石英晶体振荡频率误差及其频率振荡的温度漂移和老化漂移；电路中电容量的变化等。因此要对这些电子钟进行校准，其中的原理就与我们日常生活中的对手表一样，隔一定实践要对时间基准信号进行设置一次。在当前主要的是利用GPS和北斗卫星授时系统取得时间基准信号，并且能够换成各种自动化设备需要的实践信号输出。这就实现了各个自动化设备的时间的统一。将这种时钟同步的技术运用到电力系统中去。

2 电力系统对于实践同步的需求

在电力自动化设备对于时间同步的精度有不同的要求，但是根据一般的电力系统来说，其中授时精度可以大致的分为4种，具体的表现如下文所述。

2.1 在电力系统时间同步的系统中，实践同步准确度不大于1μs

这其中包括线路行波故障测距装置、同步相量装置、雷电定位系统的装置、电子式互感器的合并单元等相关的装置。

2.2 时间同步准确度不大于1ms

这其中包括故障录波器、SOE装置、电气测控单元、PMU、功角测量系统、保护测控一体化装置、事件顺序记录装置等一系列的装置。

2.3 时间同步准确不大于10ms

这其中包括微机保护装置、安全自动化装置、馈线终端装置、变压器终端装置、配电网自动化系统等

2.4 时间同步准确不大于1s

这其中包括的有：电能量采集装置、负荷，用电监控终端装置、电气设备在线状态检测终端装置或者是自动化记录、控制、调度中心数字显示时钟、火电厂以及水电厂、变电站计算机监控系统、监控与采集数据、EMS、电能量计费系统、继电保护以及保障信息管理系统主站、电力市场技术支持联系系统等一些主站、还有就是负荷监控，用电管理系统主站、配电网自动化、管理系统的主站、调度管理信息系统、企业管理信息系统等相关的管理系统。

3 电力系统内时间同步技术

时钟同步技术能够使电力系统重数量比较多、分布广泛的智能电子设备获得统一的时间基准，因此这种技术对于电网的实时监控、并网管理和安全保护具有很重要的意义。其中比较常见的电力系统时间同步技术有：

3.1 脉冲对时

这种脉冲对时也叫做硬对时，其基本的工作原理就是利用脉冲的准时沿即上升沿或者是下降沿来进行校准被授时设备。根据脉冲对时的优点可以了解到授时精度比较的高、在使用的过程中被动点的适应性比较强，但是它存在的缺点是仅仅能够校准到秒，剩下其他的数据都需要人工预置进行。其中比较常用的脉冲对时的信号有1PPS、1PPH等信号。

3.2 串口报文对时

这种对时也称为软对时。它是通过利用一组时间数据并且按照一定的格式进行的，在串行通信的接口发送给被授时装置。被授时装置就会利用这组数据预设的内部时钟。串口报文对时的优点是：数据比较的全面、不需要任何人工的预置，但是其中也存在着缺点：授时精度比较低，报文的格式需要授时和被授时装置双方进行约定。其中常用的串行通信接口有RS-232。RS-422或者是RS-485等接口通信。

3.3 时间编码方式对时

这种时钟同步技术主要是为了解决两种对时方式的矛盾，通常在常用的过程中采用比较多的两种对时方式结合的方法。也就是脉冲和串口相结合的两种方式。但是在输送的过程中需要同时输送两种信号，这就造成了信号的矛盾，因此为了解决这种矛盾，目前采用的是国际上通用的时间格式码，它的原理是将脉冲对时的准时沿和串口报文对时的数据结合在一起。这样就能够组成一个脉冲串。最终来输送时间信息。因此被授时设备就能够通过这个脉冲串中解析春准时沿和一组时间数据。这种码被称为IRIG-B码，通过研究表明：时间编制码方式对时的优点是数据比较的全面，其中对时的精度比较的高，在这其中不需要设置人和的人工预置，但是它在运行的过程中其中的结构比较复杂，很有可能带来一些困扰。

3.4 网络方式对时

网络方式的对时主要的是基于时间协议NTP，精确时间协议PTP。其中当前比较简单的网络时间协议SNTP应用的比较多。在网络时钟传输时：传输的是以1990年1月1日0时0分0秒算起时间戳的用户数据协议报文。这里运用的是64位进行表示，其中前32位为秒后32为秒等分数。在网络中保温的往返时间是可以估算的。最常用的是采用补偿算法来达到最终精确对时的目的。其中PTP所具备的的双重优点，在电力系统中能够满足对时间精度的要求，PTP系统是支持PTP时钟同步协议的网络，一个PTP系统通常包括PTP时钟同步设备和各种普通设备、终端等。其中PTP协议将报文划分为两种PTP事件消息和PTP普通消息。网络授时方式可以接入网络的任何系统提供对时。

4 影响时钟同步精度的因素

影响时钟同步精度的因素有两个：时间戳数据精度、路径延迟对称情况。

5 电力系统中GPS和北斗卫星授时系统时钟同步技术的作用

在电力系统中时钟同步技术的作用是能够相位测量，在电力系统中的电压和电流波形基本上是通过正弦波、频率、幅值和相角弦波的三个要素，这在电力系统中，频率是相同的，幅值比较容易测量。其中相角测量是一个难题；对于故障测距。在电力系统中，输电线路会经常发生各种故障，但是由于线路比较长，并且地形比较复杂，但是GPS和北斗卫星授时系统应用输电线路发生故障时，故点将产生线路两端以光速进行的行波，如果能在同一时间基准下记录两端首次接受到的行波时刻，就很容易确定出故障点的位置，这就是行波测距的原理；雷电监测系统。在雷电闪产生电磁波往空间各个方向传播时，各个基站测=接收到电磁波的时间和电磁波的幅值，同时能够传送到中心站，这样就可以测量出雷闪位置以及雷电流的大小；继电保护。GPS和北斗卫星授时系统的继电保护有：线路差劲保护和保护联合调试。

通过GPS和北斗卫星授时系统卫星同步时钟技术在电力系统中的使用，能够有效的减少检修和运行人员的工作量，能够使变电站内部的运行设备得到统一、标准的时间基准，这样就方便了设备运行，提高了电力系统中自动化的水平。

结语

通过同步技术在电力系统中的应用，在满足同步精度的要求中，采用了组合方式进行授时，其中借用GPS和北斗卫星授时系统技术与PTP技术，在一套运行管理系统中存在着多种方式中正常的运行，能够充分的应用授时时钟，这样就提供了有效的信息。将一种相对于比较成熟的频率同步技术得到了广泛的应用，能够不断的研发出新的时间同步的技术，这就为以后频率同步与实践同步技术的统一奠定了良好的基础，因此，要不断的进行研究，将这种时钟同步技术应用到变电站、发电厂、调控中心、水电站等一些电力系统中，将这种技术不断的引进、应用，为提高我国的电力系统的技术进步做出更大的贡献。

[1]王国栋，杜志伟.基于GPS和北斗卫星授时系统的同步时钟研制及其在电力系统中的应用[J].电子世界，2011（15）.

[2]王鹏程，梁志广.基于FPGA的IEEE1588协议的实现及其在电力系统中广泛测量中的应用[J].电力技术研究，2010（24）.

[3]基于FPGA的电力系统时钟同步技术实现[J].电力科学与工程，2009（12）.