电力系统中时间同步技术的应用研究

刘孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(国网重庆市电力公司信息通信分公司,重庆 400014)

电力系统中时间同步技术的应用研究

刘孝先 李源 徐郭建 崔燕明

(国网重庆市电力公司信息通信分公司,重庆 400014)

电力系统的自动化程度及规模都日新月异,因此对系统的时钟同步的准确性及精度就要求更高了。本文在分析常规时间同步方案的基础上,根据电力系统的特点,提出了电力系统中站点间采用卫星与SDH 时间同步方式相结合,站点内部采用NTP 与IRIGB 同步方式相结合的综合时间同步方案,并分析了其优点以及应用前景,为电力系统时间同步提出了一个综合解决方案。

时间同步 SDH 电力系统

1 前言

时间同步是一种在现代军事、通讯、电力等领域应用十分广泛的新兴技术,它的快速发展在很大程度上是由于卫星通讯、航天及航空等远距离监测、控制、通讯的实际应用需求。当前,电力系统的自动化程度及规模都日新月异,因此对系统的时钟同步的准确性及精度就要求更高了,另外,由于如果要实现电力系统的运行管理、监视控制及故障分析,就必须要建立统一的时间基准,所以如果要很好地建设与发展电力系统就必须先在全网范围内建立统一的时间与频率。

2 时间同步技术

当前一般有以下五种时间同步技术的实现方案:第一,有线传输时间同步方案,改方案是通过利用串口传输等方式在很短的距离间实现时间的精确同步;第二,PTP协议(精确时钟对时协议),该方案是通过在网络的物理层协议中添加时间信息以来达到提高时间传输精度的目的;第三,卫星时间同步方案,该方案是以北斗系统或全球定位系统输出的标准时间作为系统时间;第四,NTP协议(网络时间协议)或SNTP(简单网络时间协议),这两种方案均是通过以太网包来达到时间同步的高度精确;第五,基于SDH(同步数字体系)的时间同步方案,该方案以SDH作为传输介质,采用双向对时协议进行时间校准,以实现精确的时间同步。

3 时间同步在电力系统中的应用

3.1 电力系统中时间同步系统

我们都知道电力系统的安全运作离不开精确的时间同步,但是当前我们可以实现的还仅仅是各个站点内部的局部时间同步,完全的,精确的时间同步还没有在各个变电站、电厂之间实现,所以这也给我们当前的供电系统埋下了比较大的安全隐患。

3.1.1 站点内部时间同步方案

电力系统站点内部之间的时间同步通常为以卫星同步方式为主,即以北斗系统或全球定位系统输出的标准时间作为系统时间,另外以NTP为辅助的时间同步方案。电力系统各个站点内部的设备都是通过卫星进行授时,设备与从设备之间则通过以NTP为主的网络时间协议的方式进行对时。所以,以卫星同步方式为主的电力系统内部各个站点内部的时间同步方案是比较精确的。

3.1.2 站点间时间同步方案

虽然电力系统内部各个站点内部的时间同步方案是比较精确,但是由于各个站点都是采用一套独立的卫星对时系统,而生产卫星对时系统的厂家比较多,导致各个站点的对时系统的处理方式可能不同,进而会引起系统时间同步的精确性下降。所以从这一点来看,真正的时间同步并没有在各个电力系统的站点间得到实现。

3.2 电力系统的综合时间同步方案

从上面分析我们可知,如今的电力系统中,虽然电力系统内部各个站点内部的时间同步方案是比较精确,但真正的时间同步并没有在各个电力系统的站点间得到实现,所以,当前电力系统中时间同步的主要是建立站点间的时间同步。

众所周知,现今的电力系统主要有基于电路交换的SDH网络和基于分组交换的以太网这两条通讯网络,另外,基于这两种网络的主要时间同步协议分别是基于SDH的时间同步协议和PTP时间同步协议。我们都知道,电力系统中的站点间一般相距比较远,如果通过以太网进行通讯,会使得时间同步的精度达不到电力系统对时间同步的精度要求,这是因为两个相距比较远的站点经过分组交换的以太网进行通讯时,经过多级交换机或路由器不可避免,而在这种复杂的网络环境中,以诸如NTP等的时间同步协议的只能达到毫秒级的时间同步精度;另外,虽然诸如IEEE 1588的时间同步协议的时间同步精度能够达到纳秒级,能够达到电力系统对时间同步的精度要求,但是由于但它必须得到外部硬件的支持,而要更新网络中的全部硬件,就算是部分硬件对电力系统来说都是代价巨大,所以,电力系统中站点间的时间同步使用基于分组交换的时间同步系统并不是最好的选择。基于SDH的时间同步协议以SDH作为传输介质,采用双向对时协议进行时间校准,对网络两端站点的距离没有要求,而且可以在不对硬件进行更换的情况下实现高精度的时间同步,所以利用SDH网络,能够既不增加额外成本,又达到精确的时间同步。我们都知道,无论是对哪个系统来说,其时间同步的可靠程度都取决于通讯链路的稳定程度,而没有哪一条通讯链路是绝对可靠的,所以,对于一个需要高可靠性的时间同步系统来说,仅仅依赖一个时间同步方式是远远不够的。综合考虑当前各个站点卫星系统的独立性及成本两方面的因素,SDH与卫星的时间同步系统的综合还是很符合电力系统站点间时间同步的要求。另外,由于站点内部离的很近,且有各种有线通讯,所以可以结合有线时间同步方式和网络时间同步方式作为一个理想的时间同步方案。

因此,本文提出电力系统中站点间采用卫星与SDH时间同步方式相结合,站点内部采用NTP与IRIGB同步方式相结合的综合时间同步方案。本方案可以在投入较小的前提下实现可靠又稳定的电力系统时间同步,因此具有十分广阔的应用前景。

4 结语

展望未来,随着“三集五大”、智能电网、智能化变电站等政策的推广与应用,全网时间同步技术必然会在未来电力系统运行中发挥重要的作用。

[1] 贺鹏,曾维鲁.电厂数据采集与监控系统的时间同步技术[J].华北电力大学学报,2000,27(3):42-45.

[2] Serizawa Y, Kitamura K, Myoujn M K. SDH-based TimeSynchronous System for Power System Communications [J]. IEEETransactions on Power Delivery,1998,13(1): 59-65.

[3] 陈宁,李洪涛,俞刚,等.电力系统中基于SDH 的时间同步系统研究[J].科学技术与工程,2011,11(16):3672-3678.

[4] 于跃海,张道农,胡永辉,等.电力系统时间同步方案[J].电力系统自动化,2008,32(7):82-86.

[5] 黄小耘．NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用探讨．电力系统自动化,2005;29(15):93—95.