嵌入式远动系统在时间同步在线监测技术中的应用

张继国，李育发，杨 松，董 添，周桂中，张俊伟

（1.国网吉林省电力有限公司，长春 130021；2.国电南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

在能源互联和智能电网快速发展的背景下，智能变电站实现全站自动化系统和调度主站的时间同步管理已是基本要求，已经不存在技术壁垒，但是，对于大量正在运行的常规变电站，特别是220kV 电压等级及其以上的综合自动化变电站，要完全实现间隔层各节点、站控层各系统及电网调度之间的时间闭环管理还存在着诸多难点，不能仅仅依靠智能化改造来实现。因为系统改造存在着工作量大、效率低、运行负荷停电不易等诸多因素的制约，这就要求一种新的技术方案来解决上述难题，因此，本文提出了一种嵌入式远动系统时间同步在线监测技术。

1 时间同步在线监测技术

1.1 技术原则

电网调度端时间同步在线监测及时钟管理是以调度主站前置网关机作为时钟同步监测管理者为前提，通过NTPD（服务器时间同步）工具实现对其他的服务器和设备的时间同步监测。

变电站端时间同步在线监测及时钟管理是以变电站侧的监控后台主机作为站控层时间同步在线监测管理者为前提，以NTP（网络时间协议）乒乓对时为原理，对时钟源设备、测控装置、故障录波设备、一体化电源设备、保信系统等进行时间同步在线监测。

电网调度端与变电站端之间的时间同步监测管理是以调度主站前置网关机作为管理者为前提，基于三时标乒乓原理，通过DL／T 476—2012《电力系统实时数据通信应用层协议》或DL／T 634.5104—2009《远动设备及系统》实现对变电站端通信网关机的时间同步在线监测管理［1］。

1.2 乒乓原理对时

电网调度时间同步在线监测系统针对时钟同步监测功能的实现主要涉及前置应用，前置应用通过IEC104规约或DL／T 476—2012 与变电站自动化系统进行乒乓原理对时，根据对时结果检测各变电站时钟对时的准确性，从而保证全网时钟同步的准确性。具体原理及对时流程见图1，图中时钟差Δt＝［（t3－t2）＋（t0－t1）］／2，其中：t0为调度端发送“测量时钟请求”的时标；t1为厂站收到“测量时钟请求”的时标；t2为厂站端发送“测量时钟请求的结果”的时标；t3为调度端收到“测量时钟请求的结果”的时标［2］。

图1 乒乓对时流程图

调度端前置系统定期向变电站自动化监控系统发送“测量时钟请求”命令。在完成一个“测量时钟请求”的过程后，根据t0、t1、t2、t3计算出主站与变电站间的时钟差Δt，如果时钟差超过系统预设的误差阀值则进行告警处理。调度端前置应用同时对本调度中心的时钟同步装置进行检测，按照时钟同步装置定义的数据传输规约及告警格式，接收时钟同步装置的告警信息，并进行告警处理；同时按照上述的乒乓对时原理，前置应用也对本调度中心内的时间同步装置进行对时偏差计算，当时钟差Δt超过系统预设的误差阀值时，同样发出告警［3］。调度端系统通过IEC104规约或DL／T 476—2012接收变电站全站状态数据分析结果，从而在调度端侧可以实时监视变电站各系统和设备的对时状态信息［4］。

1.3 数据帧及功能控制流程

电网调度时间同步在线监测系统与变电站端嵌入式Vxworks远动系统进行通讯规约匹配，其报文的交互流程和帧格式见图2。

2 嵌入式远动系统的时钟管理方案

2.1 系统架构

图2 时间同步帧格式流程图

系统整体组网架构包括时钟源设备和具有时间采集模块、时间同步模块、时钟监测模块、失步守时模块及时间数据信息处理模块的间隔层设备，还有基于信息流传输的网络设备，以及具备“承上启下”功能的时钟同步管理节点或系统。

该时钟同步管理节点或系统专指嵌入式Vxworks远动系统。间隔层设备主要包括测控装置、保护装置、故障录波装置、保信子站系统、同步相量测量装置（PMU）等节点。时钟源设备则是以北斗二代定位系统或全球定位系统（GPS）为时间基准，通过RS232／RS485／RS422 串口输出、IRIG－B 输出、脉冲有源（无源）输出或网络方式对其他设备定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步。

2.2 数据流配置

电网调度时间同步状态在线监测系统或模块通过厂站端嵌入式Vxworks远动系统完成跟调度主站的乒乓对时，实现了调度主站对厂站端的时间同步管理；厂站端站控层则采用最新的告警直传图形浏览主机系统或远动系统完成对间隔层设备实现时间同步状态的在线监测和管理，特别是还对站控层远动双机系统完成了时间同步的状态监测。时间同步数据流管理配置信息见表1。

2.3 数据采集与处理

对于嵌入式Vxworks远动系统，对上与主站调度“打乒乓”，对下负责管理间隔层设备或节点。电网时间同步在线监测和时间同步管理的数据信息采集和处理的过程（见图3），为嵌入式远动系统的工程应用提供了具体的实施方法。

表1 时间同步数据流管理配置信息

图3 时间同步数据采集和处理

3 结束语

应用嵌入式Vxworks远动系统实现时间同步在线监测和时钟同步管理，顺利完成了长春龙嘉500kV 变电站、合心500kV 变电站等变电站的全站改造。该工程的实际应用，对吉林电网后期加快推进厂站时钟同步在线监测的工程进度，奠定了很好的实践基础，同时，嵌入式远动系统在时间同步在线监测系统中的技术应用也将是电网综合自动化老站实现时钟同步管理的重要途经。

［1］辛耀中.电力系统数据通信协议体系［J］.电力系统自动化，1999，23（1）：40－44.

［2］彭志强，霍雪松，曾飞，等.电力系统时间同步状态在线监测技术应用分析［J］.华东电力，2014，42（10）：2060－2064.

［3］李澄，陈颢，宁艳.二次设备时间同步状态在线监测系统研究［J］.江苏电机工程，2012，31（1）：9－11.

［4］谈苏伟，赵大方，葛云鹏，等.一种按名通信数据接口方案的实现［J］.江苏电机工程，2008，27（6）：59－62.