電力系統時間同步管理應用分析與研究

徐 帥，楊 帆，趙旭陽，李雅海

(1. 上海漕涇熱電有限責任公司，上海 201507；2. 上海明華電力技術工程有限公司，上海 200090；3. 上海東土遠景工業科技有限公司, 上海 201206)

時間同步系統是電力系統應用的標準配置，為電力系統的各種生產系統和設備提供準確的時間同步信號，滿足電力系統時間同步的要求。根據國家電網公司文件《調自〔2013〕82號<國調中心關于加強電力系統時間同步運行管理工作的通知>》的要求，對于已經投入運行的時間同步系統需要進行改造升級并同時建立完整的時間同步管理體系。在此應用需求范圍內，通過對電力系統時間同步系統應用需求的研究和分析，合理有效地利用電力系統現有資源和條件，建立有效的手段和方法實現時間同步狀態的監視和管理[1-2]。

1 電力系統時間同步系統概述

電力系統時間同步系統由設在各級電網的調度機構、變電站(發電廠)等的時間同步系統組成。電力系統時間同步系統技術規范[3]中定義了時間同步系統的典型應用結構圖，如圖1所示。

圖1 時間同步系統應用結構

時間同步是各類監控系統進行數據采樣、故障處理、網絡監管、信息管理及事故追憶和分析的基礎，是系統安全運行的重要組成部分[4]。任何參與時間同步的節點如果發生時間偏差問題，都可能影響系統的穩定運行。為了保證用戶能實時掌握系統中北斗/GPS時鐘運行狀態，以及系統中相關參與時間同步的計算機、服務器、交換機、智能設備及相關其他系統的同步狀態，建立一套完整的時間同步管理機制是完全必要的。

針對電力系統時間同步管理的研究和分析可以解決電力系統時間不同步引起設備數據信息時標誤報及電力系統安全生產和運維的管理成本問題，通過有效的時間管理手段可以監視和管理電力系統時間同步狀態，對于整個電力系統的時間同步性、時間同步狀態、時間同步偏差等數據，降低電力系統的安全生產隱患，確保數據記錄的準確性，增加電力運維生產對時間同步問題的準確定位。

時間同步管理的范圍不僅針對時間同步系統中的主備時鐘和擴展時鐘，而且必須覆蓋所有二次系統的智能設備，全面管理任何參與時間同步的所有系統和設備，其目的就是全面監測授時設備的工作狀態以及各種被授時系統及設備的運行工況，實現全面的時間同步狀態信息預報和維護，提高全網時鐘同步水平，保證系統的安全穩定運行。

2 目前電力系統時間同步管理存在的問題

隨著電力系統對時間同步管理逐步試點投入的開展，涌現出了多樣化的時間管理方法和手段，但在解決問題的同時還不同程度地出現了一些時間管理的誤區。

放置時間測量類儀器設備監視時間輸出信號的方法雖然解決了長期運行過程中對時間信號的測量分析，但由于獨立測量儀器設備仍然采用獨立衛星時間源系統，其準確度及同步性狀態的監測將成為此管理方案的另一個盲點，這種精密設備的老化維護管理由誰來負責監管無人問津。另外，一個盲點是對時間輸出信號的監測結論說明的是這個時間信號的好壞，不能直接反應電力系統生產數據信息時間戳的數據變化問題，而電力系統真正關心的是電力系統生產數據本身的準確性和可靠性。

提供非標準化時間管理方法雖然可以有效地監視被授時系統和設備的同步性，但由于電力系統設備種類和生產廠商眾多，意味著所設計的設備及其生產廠商必須進行全面的兼容性測試和升級。對于新建的系統推行實施雖然沒有問題，但對于改造項目就需要完全升級所有設備，如果不能升級就只能替換，嚴重造成固定資產流失，勢必會造成成本增加問題。

如何正確找到解決問題的方法是目前時間同步管理研究過程中的一個主要問題，同時也要求在探討時間同步管理的應用過程中必須全面綜合考慮電力系統目前的狀況，任何管理措施必須貼合目前的發展方向，圍繞目前電力系統的資源進行技術管理的整合和推陳出新，確保時間管理的可實施性和可操作性。

3 電力系統時間同步管理的運行經驗和技術能力

目前電力系統在時間同步領域已經積累了豐富的運行經驗和技術能力，時間同步管理實施過程中可以完全利用這些經驗和能力，確保時間同步管理研究的正確性。

高精度的時鐘源近年來在各種技術規范的指引下提高了各種可靠性的指標，狀態監視管理方面已經要求實現自檢數據的通信通道。通過對自身時間狀態數據的發布，可以快速準確地掌握設備目前的工作狀態，進一步加強并細化高精度時鐘源的時間狀態數據信息可提高時間管理的應用水平。目前已經要求高精度時鐘源必須支持DL/T 860和DL/T 634.5104通信標準規范實現時鐘源狀態數據信息的監視。

強大的自動化監控系統的存在對電力系統而言是另一個強大的支撐平臺，時間同步管理處理的也是各種數據信息，通過平臺對接即可實現對時間管理數據信息的管理，無需增加其他支撐平臺針對性進行獨立管理。

隨著自動化程度的不斷提高，電力系統標準化通信協議和數據通道可以保障時間同步管理數據的傳輸，標準化的信息可以確保信息之間交互的一致性，減少管理成本。

電力系統設備具備DI/DO信號節點以及GOOSE虛擬端子，可接收外部觸發信號，產生狀態動作時間的SOE數據記錄，通過SOE時標可快速甄別設備時間同步狀態。

這些資源是電力系統的基礎信息，是經過長期驗證的基本資源，如果能夠利用這些資源建立一套完整的時間同步管理方法則其可靠性和安全性是毋容置疑的。

4 實施方案

利用電力系統的優勢資源，輕松實現一種被動型時間管理體系，如圖2所示。無需增加任何設備，無需增加新的標準，僅由時間源設備按照設定的整點方式周期性發送觸發信號，被監測設備產生SOE順序事件記錄提交給SCADA監控系統進行SOE時戳分析并計算出時間偏差，驗證時間同步系統的時間同步性。

圖2 時間同步管理體系(被動型)

由于被動型時間同步分析結果與觸發源不能互通信息，無法建立有效的數據溝通機制，無法對當前分析結果進行智能化確認。因此，提出主動式測量機制建立主動型時間同步管理體系，如圖3所示。主動型管理機制可實時計算監測結果，針對不穩定的數據可靈活設定智能化監測確認方法進行主動式反復驗證，確保計算結果的正確性。主動型通過請求響應過程中的四個時戳動態計算時間偏差，每個回合時間源發起者即可計算出當前被監測設備的時間偏差，通過通信協議可以提交分析結果給SCADA系統，完成時間同步狀態的管理。

圖3 時間同步管理體系(主動型)

5 結語

無論是主動型還是被動型時間管理體系，其最大的優勢在于完全利用了現有電力系統的資源，不需要增加額外的設備成本來完成時間同步的管理，解決方案的標準化技術不會帶給設備廠商無形的技術管理成本，同時后期運維也可正常移交相關自動化管理部門。電力系統生產單位形式多樣化，采用那種管理體系都必須結合自身的特點來考量，不能一味選擇一種拋棄另一種，往往在某些時候可以為你帶來意想不到的結果。

總之，時間同步管理系統的實施必須結合電力系統的實際情況，在大量的數據信息中進行數據再加工，各種技術深層研究的同時加大作業的規范化和流程的標準化，通過時間同步管理系統提高電力系統的可靠性和安全性。