智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)雙機(jī)對時(shí)研究

謝培元，曾次玲，谷豐強(qiáng)，陳俊杰，劉 力，馬靜雅

(1.湖南省電力公司電力調(diào)度控制中心，長沙 410007；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京 100087)

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智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)雙機(jī)對時(shí)研究

謝培元1，曾次玲1，谷豐強(qiáng)2，陳俊杰1，劉 力1，馬靜雅2

(1.湖南省電力公司電力調(diào)度控制中心，長沙 410007；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司，北京 100087)

針對GPS時(shí)鐘故障可能引起智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)時(shí)間跳變的隱患，提出修改對時(shí)機(jī)制以及雙機(jī)對時(shí)技術(shù)方案，同時(shí)分析編碼對時(shí)原理，雙機(jī)對時(shí)工作原理、結(jié)構(gòu)及配置，介紹雙機(jī)接線方式及服務(wù)器時(shí)鐘自動監(jiān)視方法，對時(shí)鐘同步系統(tǒng)在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中應(yīng)用有一定指導(dǎo)作用。

智能電網(wǎng)；調(diào)度控制系統(tǒng)；雙機(jī)對時(shí)；IRIG-B

為保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，各種自動化設(shè)備(系統(tǒng))已在變電站、電廠、調(diào)度主站廣泛應(yīng)用，如智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)、電能計(jì)量系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、遠(yuǎn)動終端、故障錄波聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、配電自動化系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)、相量測量裝置、用電負(fù)荷管理系統(tǒng)、火電機(jī)組分散控制系統(tǒng)及各種帶時(shí)標(biāo)的測控裝置等。這些自動化設(shè)備(系統(tǒng))均是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)和功能的發(fā)揮，均離不開統(tǒng)一的全網(wǎng)時(shí)間基準(zhǔn)[1]。

自動化裝置內(nèi)部都帶有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其固有誤差難以避免，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，積累誤差越來越大，會失去正確的時(shí)間計(jì)量作用[2]，因此，如何對實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，達(dá)到全網(wǎng)的時(shí)間統(tǒng)一，長期以來一直是電力系統(tǒng)追求的目標(biāo)。目前，在湖南電網(wǎng)中的這些裝置內(nèi)部的實(shí)時(shí)時(shí)鐘一般都帶有GPS時(shí)間同步接口，利用GPS輸入的基準(zhǔn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步[3-10]。

1 引起時(shí)間跳變可能的隱患及對策

智能調(diào)度控制系統(tǒng)中授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器采用串口和GPS時(shí)鐘對時(shí)，所有的服務(wù)器與工作站均與授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器進(jìn)行對時(shí)。授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器通過讀取串口報(bào)文修正時(shí)間，時(shí)鐘發(fā)送串口報(bào)文發(fā)生跳變時(shí)，授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器無錯誤校驗(yàn)，只是簡單的判斷是否超過一個閥值(湖南智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)前期設(shè)置為3 600 s)，在閥值內(nèi)則直接修改授時(shí)節(jié)點(diǎn)時(shí)間。其他服務(wù)器和工作站采用ntpdate命令對時(shí)，而ntpdate命令沒有采用時(shí)間差值比較策略，將采集到的GPS時(shí)鐘信號直接更改本地的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，如果GPS時(shí)鐘裝置故障，輸出錯誤時(shí)間報(bào)文，就會引起智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)時(shí)間跳變。

對于解決智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)時(shí)間跳變的隱患，可以采用修改ntpdate命令對時(shí)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)本機(jī)時(shí)間不對，存在時(shí)間差，當(dāng)時(shí)間差值絕對值在1 h以上，不對本機(jī)進(jìn)行對時(shí)。當(dāng)時(shí)差絕對值在1 h之內(nèi)，進(jìn)行平滑對時(shí)方式，防止出現(xiàn)因?qū)r(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)間跳變。平滑對時(shí)方式是采用操作系統(tǒng)的int adjtime(const struct timeval* delta, struct timeval* olddelta)函數(shù)進(jìn)行，通過判斷本機(jī)的時(shí)間是滯后還是超前，設(shè)置不同的參數(shù)，delta為負(fù)，時(shí)鐘將慢走直到校正結(jié)束，若為正，時(shí)鐘將走快直到校正結(jié)束。

為保證系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘穩(wěn)定性、連續(xù)性，考慮采用雙時(shí)鐘設(shè)備冗余設(shè)計(jì)，只要雙時(shí)鐘設(shè)備中有任何一路正常工作，就能完成授時(shí)功能[11]。

2 智能調(diào)度控制系統(tǒng)雙機(jī)對時(shí)技術(shù)方案

2.1 智能調(diào)度控制系統(tǒng)對時(shí)方式

在《電網(wǎng)時(shí)間同步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中，智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)規(guī)定對于時(shí)間精度要求小于等于100 ms，確保時(shí)鐘設(shè)備時(shí)間精度滿足要求。在對時(shí)系統(tǒng)中，主流的對時(shí)方式有NTP、TTL硬對時(shí)、串口對時(shí)和IRIG-B 4種，其對時(shí)原理和精度如表1所示。

表1 不同對時(shí)方式說明比對

對時(shí)方式對時(shí)原理精度NTP服務(wù)器通過接受GPS信號作為系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn),客戶端通過定期訪問服務(wù)器提供的時(shí)間服務(wù)獲得準(zhǔn)確的時(shí)間信息,并調(diào)整自己的系統(tǒng)時(shí)鐘。100～1000ms(廣域網(wǎng))10～100ms(城域網(wǎng))200μs～10ms(局域網(wǎng))TTL硬對時(shí)TTL電平是高為5V,低接近0V的脈沖信號。當(dāng)脈沖上升沿到來之時(shí)對對時(shí)裝置設(shè)置秒以下的數(shù)進(jìn)行清零?！?μs串口對時(shí)被對時(shí)的自動化裝置通過串行口接收衛(wèi)星時(shí)鐘發(fā)送的串行時(shí)間信息,按照相同的對時(shí)規(guī)約,經(jīng)過解碼后對時(shí)。10～100msIRIG-BIRIG-B為美國IRIG委員會的B標(biāo)準(zhǔn),是專為時(shí)鐘傳輸制定的時(shí)鐘碼,每秒輸出一幀按年、月、日、時(shí)、分、秒等順序排列的時(shí)間信息,然后輸出到對時(shí)總線上,接收裝置解出時(shí)間信息進(jìn)行時(shí)間同步。≤1μs

因此在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，湖南智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)采用了IRIG-B的對時(shí)方式。IRIG-B碼有調(diào)制IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)2種，IRIG-B(AC)的對時(shí)精度一般為10～20 ms ，而IRIG-B(DC)碼的對時(shí)精度可達(dá)到亞微秒數(shù)量級。我國自動化系統(tǒng)設(shè)備原則上均采用IRIG-B(DC)碼方式進(jìn)行對時(shí)。IRIG-B對時(shí)方式的優(yōu)點(diǎn)是對時(shí)精度高、數(shù)據(jù)全面、不需要人工預(yù)置；缺點(diǎn)是編碼相對復(fù)雜。

由于采用其他對時(shí)方式采集的自動化信號存在時(shí)間順序錯位，難以準(zhǔn)確描述事件順序，不能給電網(wǎng)事故分析提供有效的技術(shù)支持等問題，而IRIG-B 碼對時(shí)能有效解決這些問題，《電網(wǎng)時(shí)間同步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》根據(jù)國內(nèi)外涉及時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和要求，統(tǒng)一使用IRIG-B 碼實(shí)現(xiàn)電力二次設(shè)備與時(shí)間同步系統(tǒng)的對時(shí)。

2.2 智能調(diào)度控制系統(tǒng)時(shí)鐘雙機(jī)模式及配置

主時(shí)鐘A和主時(shí)鐘B均連接GPS和北斗2根天線，在主時(shí)鐘A和主時(shí)鐘B之間配置2條心跳線，當(dāng)某個時(shí)鐘獲取時(shí)間失敗時(shí)，能夠從另一臺時(shí)鐘獲取時(shí)間，如圖1所示。

智能調(diào)度控制系統(tǒng)分為3個安全區(qū)，分別為安全區(qū)I、安全區(qū)II和安全區(qū)III，其中安全區(qū)I與安全區(qū)II之間通過防火墻隔離，安全區(qū)II與安全區(qū)III之間通過物理隔離裝置隔離。由于各個安全區(qū)相對獨(dú)立，所以3個安全區(qū)都需要配置主、備授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，安全區(qū)I授時(shí)節(jié)點(diǎn)與GPS時(shí)鐘對時(shí)，安全區(qū)II授時(shí)節(jié)點(diǎn)時(shí)間來源于安全區(qū)I授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，采用NTP服務(wù)對時(shí)，安全區(qū)III授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器時(shí)間來源于上海公共授時(shí)中心，采用NTP服務(wù)器對時(shí)。各安全區(qū)內(nèi)其他服務(wù)器和工作站直接采用NTP client服務(wù)，全部與各自安全區(qū)授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器進(jìn)行對時(shí)。

授時(shí)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器NTP配置詳細(xì)信息如下：

# Permit time synchronization with our time source ,but do not

# permit the source to query or modify the service on this system.

restrict default kod nomodify notrap noquery

restrict -6 default kod nomodify notrap noquery

# Permit all access over the loopback interface. This could

# be tightened as well, but to do so would

effect some of

# the administrative functions.

圖1 雙機(jī)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

restrict 127.0.0.1

restrict -6::1

restrict 1.1.1.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap

# Undisciplined Local Clock. This is a fake driver intended for backup

# and when no outside source of synchronized time is available.

server hn-sdf1 # local clock

server hn-sdf2 # local clock

fudge hn-sdf1 stratum 10

fudge hn-sdf2 stratum 10

# Drift file. Put this in a directory which the daemon can write to.

# No symbolic links allowed, either, since the daemon updates the file

# by creating a temporary in the same directory and then rename ()'ing

# it to the file.

driftfile/var/lib/ntp/drift

# Key file containing the keys and key identifiers used when operating

# with symmetric key cryptography.

Keys/etc/ntp/keys

3 主時(shí)鐘雙機(jī)接線方式及服務(wù)器時(shí)間監(jiān)視

湖南省調(diào)智能調(diào)度控制系統(tǒng)時(shí)鐘采用HY-8000時(shí)間同步時(shí)鐘，HY-8000時(shí)間同步時(shí)鐘雙機(jī)互聯(lián)接線主要涉及到B1 IRIG-B UNIT及G35 INPUT UNIT 2個模塊。

B1 IRIG-B UNIT模塊輸出12路滿足IEEE STD 1344-1995標(biāo)準(zhǔn)的IRIG-B(DC RS-422)時(shí)碼接口,可驅(qū)動不少于8臺標(biāo)準(zhǔn)IRIG-B(DC RS-422)設(shè)備，如圖2所示。

圖2 B1 IRIG-B UNIT模塊

G35 INPUT UNIT模塊支持1路IRIG-B(DC RS-422)時(shí)碼輸入，用于時(shí)間同步系統(tǒng)主時(shí)鐘，IRIG-B IN1：IRIG-B (RS-422電平)輸入接口，+端為R+，-端為R-。

雙機(jī)時(shí)鐘的連接線有心跳線2根和串口線2根。心跳線用于主時(shí)鐘級聯(lián)，傳輸?shù)氖荁碼信號；串口線為主時(shí)鐘和服務(wù)器連接，傳輸串口報(bào)文。雙機(jī)互聯(lián)接線方式如圖3所示。

圖3 雙機(jī)時(shí)鐘心跳接線

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備時(shí)間異常，可以將自動化設(shè)備本地時(shí)間與GPS時(shí)鐘進(jìn)行對比，對比差異結(jié)果實(shí)時(shí)展示在監(jiān)視界面上，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動化設(shè)備異常，該方案可以提高智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。

4 結(jié)束語

通過修改對時(shí)機(jī)制，采用平滑對時(shí)方式，避免了時(shí)鐘跳變的風(fēng)險(xiǎn)。采用IRIG-B(DC)碼方式對時(shí)以及雙機(jī)對時(shí)方案，可以保證智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的穩(wěn)定性、連續(xù)性，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)自動化設(shè)備時(shí)間異常，采用實(shí)時(shí)監(jiān)視自動化設(shè)備的本地時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘差異方案，提高了智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。

[1] 朱文治，肖曉剛.GPS衛(wèi)星時(shí)鐘在電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，1997,21(3):32-33.

[2] 劉 洋，張道農(nóng)，于躍海，等.時(shí)間同步誤差對電力自動化系統(tǒng)影響的定量分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2011,26(3)：15-24.

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本文責(zé)任編輯：齊勝濤

Research on Time Synchronization of Smart Grid Power Dspatching System

Xie Peiyuan1,Zeng Ciling1,Gu Fengqiang2,Chen Junjie1,Liu Li1,Ma Jingya2

(1.State Grid Hu'nan Electric Power Company Dispatches & Communication Center, Changsha 410007,China；2.Beijing Kedong Power Control System Co Ltd,Beijing 100087,China)

According to the risk of smart grid power dispatching system time hopping caused by GPS synchronization equipment ,the paper raises the technical proposal of changing the existing synchronization mechanisms to dual active, and Analysis on the principle of dual active encoding, working principle, structure and configuration of automatic monitoring method, introduced dual connection and the server clock, it is useful for the application of GPS synchronization system in intelligent power dispatching control system.

smart grid power; dispatching system; dual-active synchronization; IRIG-B

2016-08-03

謝培元(1975-)，男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究。

TM73

A

1001-9898(2016)05-0005-04