智能變電站gps的時鐘同步準確性及穩定性研究

俞愛斌

【摘? 要】電網運行過程中一旦出現故障，必須要第一時間采取錯失才能有效降低電網故障影響，因此各變電站為加強反應速度而應用了GPS時鐘技術進行監控。在本文的研究中，主要針對智能便店長GPS時鐘同步準確性與穩定性進行研究，指出了技術應用存在的問題并給出相應對策。

【關鍵詞】智能變電站;GPS源;時鐘同步

引言

智能電網是電網發展的必然之路，當前世界電網的發展動向都是圍繞建設智能電網展開的。但是在智能變電站投入運行以后，暴露出來很多問題，尤其是在時鐘同步一項上。目前與主要采用的同步方案包括PPS、SNTP、IEE 588與IRIG-B碼等方式。對智能變電站而言，時鐘同步非常重要，直接決定著主變差動保護是否可以采取正確動作、SOE分辨率是否清晰等。因此，加強智能變電站GPS時鐘同步準確性與穩定性研究意義重大，對于保障電網運行穩定性有著非常重要的現實意義。

1.智能變電站GPS存在的時鐘同步問題

時鐘同步系統在運行過程中存在很多問題，分析其原因包括很多方面，例如系統制造商制造工藝存在問題、系統么硬件元件選取不合理、軟件程序設定存在漏洞等等，由這些因素導致的時鐘同步問題也非常明顯，包括GPS源與北斗源之間沒有辦法進行正常轉換、對時系統存在時間跳變情況、對時系統對時不精準、時鐘擴展板與其他擴展板在同一時刻下輸出時間存在誤差、穩定性差等問題[1]。

合并單元廠家在處理采樣值的時候是絕度依賴對時系統，即如果對時系統出現時間跳變的情況下，合并單元采樣SmpCnt也會隨之出現跳變情況。網絡采樣中差動保護適應性較低，如果一側時間同其他側之間存在差異的時候，也會導致SmpCnt位出現不同的情況，從而出現角差，這樣就會造成保護誤動。

2.智能變電站精準時鐘同步的實現

2.1時鐘同步方案整體設計

智能變電站時鐘同步系統架構為雙主時鐘冗余備份，雙主時鐘的構成包括兩個組成部分，分別是主時鐘A和B;擴展時鐘的組成部分包括由時鐘1到n，全部擴展時鐘都選取A作為標準時間源，如果A失效以后，才會全部切換到B，從而保證智能變電站時間同步信號時間源一致[2]。將北斗時間源當做主時鐘A，將GPS時間源當做主時鐘B，并且需要按照具體情況進行GPS、北斗與B碼等時間源的先后順序，B碼時間源在該系統中是主時鐘與備用時鐘之間的聯系信號，利用圖1中的①和②進行傳輸。當前系統先后順序為先是北斗時間源，其次是B碼時間源，最后是GPS時間源，從而就可避免當AB兩者間由于某些原因而出現偏差，從而造成裝置不同步。

各擴展時鐘都需要配置銣原子鐘。一旦外部時間源確定準確并穩定以后，對銣原子鐘加以控制，保證兩者之間同步，這樣就會保證輸出時間同步信號與外部事件源兩者一直。若外部時間源出現問題以后，各擴展鐘可根據銣原子鐘保證守時的精準性，從而確定輸出穩定。在轉換時間源的過程中，若AB兩者之間偏差比較大，系統會用400ns步長調整銣原子鐘，保證其和外部時間源一致，確保輸出信號在400ns步長范圍間進行跳變[3]。

2.2GPS源與北斗源轉換

AB在進行轉換的時候會存在一定幾率出現沒有辦法轉換或者跳變的情況，沒有辦法轉換是工程建設中沒有落實調試工作的問題，因此能夠避免。然而跳變的原因是GPS與北斗時間在進行轉換的時候沒有對守時時鐘源時間進行識別，只是根據絕對衛星時間進行轉換而導致的。為避免這種情況的出現，保證對時系統時間穩定性，可采取無縫切換策略，具體如圖2所示。

如果北斗衛星信號沒有符合時間提取計算要求，對GPS衛星信號此項進行識別，如果其不符合時間提取計算要求，那么識別雙時鐘源守時時間有未超出門檻值，若處于門檻值，那么輸出時間信號，若未處于門檻值，則閉鎖警告。在轉換的時候引入雙時鐘源守時時間進行判斷，當守時時間大于或小于衛星時間門檻值以上，定守時時間為基準，并且采取步進方式對衛星時間進行跟蹤，當兩者相同時輸出信號。在門檻值設置上建議采用1μs～10μs之間，最佳選擇為5μs。

2.3差動保護處理與合并單元連接優化

為避免合并單元產生假同步或出現對時跳變，造成采用同步不一致，出現角差，進而引起差流而出現差動誤動[4]。所以，差動保護在網絡采樣的過程中必須要加入不同合并單元同一計數器采樣到達時刻的識別，如果同一計數器出現采樣到達時刻時間差與正常狀態下到達時間差之間的誤差在2ms以上時，那么就可以判斷系統出現失步或采樣不正常的問題，則立即進行閉鎖差動保護同時發出警告。

通常情況下，合并單元和對時系統之間通過光纖IRIG-B碼進行連接，為不使對時系統出現輸出板異常而造成差動誤動的問題，應注意以下兩點：第一，各主變保護三側合并單元的過程中使用相同時鐘擴展板進行對時;第二，如果保護形式為雙重化配置的情況下，合并單元A、B套沒有辦法同時采用相同時鐘擴展板。

3.結語

針對當前智能變電站時鐘同步系統問題，提出智能變電站精準時鐘同步的實現方案，介紹了整體設計、GPS源與北斗源轉換方案與差動保護處理與合并單元連接優化方案。

參考文獻：

[1]鄭翊.基于IEEE1588的高精度時間同步技術分析[J].無線電工程，2019，49（06）：545-550.

[2]王創，鄭賓.交互式多模型IEEE 1588時鐘同步算法[J].自動化技術與應用，2019，38（04）：13-17.

[3]王頲，徐小權，唐曉銘，黃慶卿，李永福.工業物聯網中的精確時鐘同步：網絡化控制理論觀點[J/OL].自動化學報：1-20[2019-06-17].https：//doi.org/10.16383/j.aas.c180811.

[4]沈鑫，曹敏，王昕，劉清蟬.智能變電站的時鐘同步準確性及穩定性研究[J].電子器件，2015，38（03）：655-660.

（作者單位：嘉善恒興電力建設有限公司供用電服務分公司）