用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统设计探究

摘 要： 时间同步系统在电力系统中发挥着关键作用，提高时间同步系统的性能对于保证电力系统的运行安全至关重要。文章对用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统的相关设计要点进行了详细分析，该时间同步系统利用SDH网络作为媒介，实现系统的高精确对时同步，希望为相关行业工作者提供参考与借鉴。

关键词： 电力系统;时间同步系统;SDH网络设备

一、 引言

在电力系统中，电路通信调度网、电厂和变电站等场所都需要非常精确的时间同步控制。毫秒或微秒级的时间同步偏差会造成系统的中断，甚至电网的瘫痪，给使用者和电力公司带来巨大的损失。因此，高精度的时间同步系统是保障各种电力通信畅通的必备条件。目前世界上普遍使用的方法是通过时间同步系统接收GPS、北斗等卫星导航系统的UTC（世界标准时间）并应用到每个需要精确时钟信号的通信设备，以实现各种通信设备的时间同步。尽管GPS授时系统是目前最普遍使用的技术，但是仍存在天线维护费用高，卫星信号接收很难得到充分的保障等不足。故需要加强对用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统的设计。

二、 项目概况

文章以国网智能变电站时间同步系统项目新增在线监测装置工程为例，分析用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统设计要点。该时间同步系统利用电力系统中非常成熟的SDH网络作为时间同步系统的媒介，在不需要改变现有停用场景的网络及硬件结构的基础上，实现系统的高精确对时同步。

三、时间同步系统

随着电网规模的扩大和自动化水平的提高，不仅作为电网基本组成单元的变电站、发电厂和调度中心内部众多与时间有密切关系的自动化设备和数字化控制系统对统一、精确授时的依赖程度越来越高，而且电网内对发生事件的记录，如电网故障时刻的确认、事件记录和告警时间的准确统一、系统运行状况、性能分析等对时间精度的要求越来越高。

从时间上来看，电力系统时间同步发展经历了由相对时间到绝对时间、由区域同步到全网同步的发展过程。现阶段，我国电力系统局部对时已经由采用远动串行通信的相对时发展到采用GPS、北斗等卫星系统的单装置、单系统绝对时间对时，而全网的天地时间同步系统网的建设还处在初期，特别是在电力数据网上实现全网全站绝对时间的统一，极大提高电网时间同步性上还存在很大缺口，解决方案都不尽完善。建设统一的时间同步网，固然是解决全电网时间问题的好方法。但就能否精确补偿时间信号传输时延、建设高可靠性高时间精度的时间同步网对保证电力系统的运行安全性至关重要。

四、用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统设计分析

项目时间同步系统是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号结构等级，在传输媒质上进行同步信号的传送，可实现电力系统中的各发电厂、变电站、调度中心的自动化设备和系统时间的一致性，保证各设备采集数据、响应事件、分析计算都处在同一条时间线上同步运行。在该时间同步系统中，从时钟设备的时间信号来源分别为接收SDH网络传送的主时钟设备标准信号、GPS卫星、北斗卫星提供的标准时间信息、由铯钟或取自SDH网络的恢复时钟计时的时间信息。从时钟设备优先选取接收SDH网络传送的主时钟设备时间信息作为最佳时间信息，当此信号丢失时可通过概率最优化算法从其他四种时间信息中选取最佳时间信息。以均方差最小的时钟最为系统时钟输出，得到最优概率的时钟信号来源。

（一）主时钟设备

主时钟设备，其时间信号有四种来源，分别为GPS卫星导航、北斗卫星导航、铯钟以及取自SDH网络的恢复时间;其中GPS、北斗卫星导航提供世界标准时间作为时钟基准信号;取自SDH网络的恢复时间以SDH网络中提取的2.048MHz标准时钟作为高精度时钟源，以SDH网络中提取的时间或铯钟为初始时间，用时钟计时的方法来提供当前时间信息;主时钟设备通过概率最优化算法从四种时间信息中选取最佳时间信息，为整个时间同步网提供标准时间信号。概率最优化算法首先求四种来源的均值，然后用每种来源与均值求均方差，以均方差最小的时钟最为系统时钟输出，得到最优概率的时钟信号来源。

（二）从时钟设备

从时钟设备，其时间信号来源分别为接收SDH网络传送的主时钟设备时间信息、GPS卫星导航、北斗卫星导航、铯钟以及取自SDH网络的恢复时钟;从时钟设备优先选取接收SDH网络传送的主时钟设备标准时间信息，当此信息丢失时通过概率最优化算法从其他四种时间信息中选取最佳时间信息。在时隙校准时间同步算法中，从时钟设备和主时钟设备在SDH网络中的基本传输单元El的某个时隙bit位发送时间信息后开始计时，从时钟设备在收到主时钟发送的时间信息后，停止计时，并将计时信息再次发送给主时钟，系统根据计时差，重新调整发送时间，将标准时间加上单程时间差作为新的时间信息以校准从时钟的时间信息，实现时间同步。

從时钟设备其时间信号来源分别为接收SDH网络传送的主时钟设备标准信息、GPS、北斗卫星提供的标准时间信息、由铯钟以及取自SDH网络的恢复时钟计时的时间信息。从时钟设备优先选取接收SDH网络传送的主时钟设备标准信息作为最佳时间信息，当此信号丢失时可通过概率最优化算法从其他四种时间信息中选取最佳时间信息。

（三）SDH网络设备

对于SDH网络设备，可连接主时钟设备与从时钟设备，用于接收并发送主时钟设备提供的标准时间信号，通过时隙校准同步算法实现精确同步;同时，SDH网络向主时钟设备、从时钟设备提供恢复时钟，同时不影响系统的其他信息传输。这种技术与现有技术相比，其具有显著的优点：通过SDH网络连接主时钟设备与从时钟设备，同时通过SDH网络提供恢复时钟，充分利用现有的通信资源;主时钟设备、从时钟设备都采用四种时间信息，并通过概率最优化算法来确定最优时钟源，极大的提高了时钟系统的稳定性和可靠性。同时主时钟设备接收外部传输过来的标准时钟信息并进行处理，然后将处理后的信息输出至与之连接的SDH网络设备，进而传输至与从时钟设备连接的SDH网络设备。从时钟设备通过与之连接的SDH网络设备接收标准时钟信息，并根据标准时钟信息进行校准处理，然后输出校准后的时钟信息。

五、 结论

在电力系统的运行中，应提高时间同步系统的性能，保证电力系统中的各个运行设备具有统一的时间同步系统。文章系统分析了用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统的设计要点，项目主从时钟采用相同的逻辑构架，SDH网络设备与主时钟设备、从时钟设备相连接，并通过光纤以现有的SDH网络协议进行通信，实现了系统的高精确对时同步，对于提高用于电力系统的可实现同步信号传送的时间同步系统的性能具有一定的价值。

参考文献：

[1]孙莉.电网自动化系统时间同步系统的构建[J].电子技术与软件工程，2018，142（20）：114-115.

[2]赵成爽.含光伏接入的电力系统多时间尺度及其参数稳定域分析[D].北京：华北电力大学，2018.

作者简介：  章闻铭，南京智宏电气有限公司。