時間同步技術在主子站一體化系統中的方案實現

楊杉 劉自洋 楊丹琳

摘 ?要：基于泛在電力物聯網新興業務的發展，時間基準對主站端電網調度自動化和變電站端綜合自動化系統、智能變電站系統中信號告警、事故反演排查及智能專家告警等故障診斷顯得愈發必需而重要。時間同步技術就是一種基于主子站一體化的時間同步系統為基準進行數據采集和數據挖掘技術。本文介紹了一種基于變電站端內部、主站端內部及變電站與主站間為研究視角的主子站一體化時間同步系統的整體設計方案與實現，從而解決了時間同步系統的分散性和不完整性，并在吉林省電網中得到實際應用和推廣。

關鍵詞：時間同步技術;主子站一體;故障診斷;通訊規約

1 引言

隨著泛在電力物聯網的快速發展，當前電網系統中時間同步存在諸多亟待解決的技術問題。變電站端存在多套時鐘源的問題，有些變電站端存在脈沖對時、網絡103對時等低精度對時方式問題，調度主站端無法對授時與被授時設備進行在線監測和狀態評估。當電網出現異常時，時間不準給事故分析和原因判斷造成了極大困擾，甚至因時間跳變對負荷的控制給出了錯誤的指令。電網調度自動化和變電站自動化對時間同步系統的實現目前更多基于局部或區域性，智能電網的綜合應用需要一種基于變電站和主站一體化的時間同步系統為基準進行數據采集和數據挖掘。為解決上述問題，本文從智能電網調控一體化的功能區域劃分，介紹了一種基于變電站端內部、主站端內部及變電站與主站間為研究視角的主子站一體化時間同步系統的整體設計方案，從而解決了時間同步系統的分散性和不完整性^[1]。

2 主子站一體化方案

2.1方案內容

按照主子站一體化時間同步系統的功能區域劃分，研究了變電站端內部、調度主站端內部、調度主站端與變電站端之間三部分技術方案實現。如下圖1和圖2示意。

2.2乒乓原理

本文應用乒乓原理，來實現時間同步的閉環管理。所謂時間同步閉環管理是指時間同步體系由授時端和被授時端組成，時間同步狀態在線監測的對象包括授時端和被授時端。將時鐘、被對時設備構成閉環，使對時狀態可監測，且監測結果可上送，從而將時間同步系統納入自動化監控系統管理。

乒乓原理典型分為四時標和三時標^[2]，△t為鐘差（超前為正，滯后為負）。四時標計算方式為：△t=[（T3–T2）+（T0–T1）]/2 。其中T0為主站發送“測量時鐘請求”的時標;T1為變電站收到“測量時鐘請求”的時標;T2為變電站發送“測量時鐘請求的結果”的時標;T3為主站收到“測量時鐘請求的結果”的時標。三時標計算方式為：△t=[（T2+T0）/2]-T1。其中：T0為主站發送“測量時鐘請求”的時標;T1為變電站收到“測量時鐘請求”的時標;T2為主站收到“測量時鐘請求的結果”的時標。

2.3通訊原理

時間同步監測中，NTP采用客戶/服務器模式^[3]。該模式中，時間管理服務器為客戶端，被監測設備為服務端。時間管理服務器定期向被監測設備發送報文。時間管理服務器依照被監測設備返回的時鐘報文計算時鐘偏差，但不會修改被監測設備的時鐘。

3 一體化方案實現

3.1變電站端內部

變電站端內部通過采用“四時標法”，解決了站內時間同步的管理問題。本環節方案主要有四部分內容：一是全站統一使用一套變電站端時鐘源設備。二是站控層監控主機實現對間隔設備的時間同步管理。三是站控層監控主機通過間隔層測控裝置間接完成跟過程層設備的時間同步管理。四是站控層監控主機跟處于站控層同一網絡的其它站控層設備進行時間同步管理。變電站內部各個環節的時間同步性能應優于2ms。變電站端內部層次結構自上而下分為：站控層、間隔層、過程層。時鐘源設備是指時間同步裝置。

3.2主站端內部

調度主站端內部通過采用“四時標法”，解決了主站內時間同步的管理問題。其實現過程是先由調度主站端時間同步裝置通過網絡NTP完成調度主站端內部設備的授時，然后由D5000系統前置網關機再通過NTP方式，運用“四時標法”，完成對被授時設備的時間同步管理。其時間同步性能應優于2ms。調度主站端內部設備主要指D5000系統前置網關機、各服務器工作站、工程師站等。

3.3主站端與變電站端之間

調度主站端與變電站端之間通過采用“三時標法”，解決了站內時間同步的管理問題。本環節方案主要是D5000系統前置網關機實現對變電站端數據網關機的時間同步管理，并通過變電站端告警直傳遠程圖形瀏覽網關機調取變電站端的時間同步管理功能。該環節的時間同步性能應精確到毫秒級。D5000系統前置網關機采用基于DL/T634.5 104網絡通訊協議^[4]，運用“三時標法”，完成對變電站端數據網關機的時間同步管理，并且通過基于DL476網絡通訊協議完成對變電站端時間同步信息的遠程調取和在線監視等功能。調度主站端設備是指D5000系統前置網關機，變電站端設備則是變電站端數據網關機。

4 一體化功能應用

主子站一體化時間同步系統典型應用主要體現在授時質量自動判別、動態可視化展示、分層管理、告警檢索和歷史查詢、狀態在線評估和故障區域定位五種功能。其中狀態在線評估和故障區域定位功能是一體化時間同步系統進行數據采集和數據挖掘的突出特征。調度端和變電站端都具備自動彈窗告警和智能分析時間同步信息，依據該信息來源，調用橫向對比、縱向排查的縱橫對查算法，時間同步系統按照軟件專家系統自動評估電網設備時間同步的運行狀況和故障區域定位。

5 結語

通過對吉林省電網所轄吉林東500kV智能變電站、龍嘉500kV常規變電站一體化時間同步系統的應用實施。該系統利用現有設備的軟硬件平臺，將時間同步管理的通用模型嵌入到調度主站D5000系統，并移植至變電站端監控主機。變電站端時間同步裝置和被授時設備經過軟硬件升級，應用“乒乓原理”技術，實現了調度主站端對變電站端的時間同步管理。運用縱橫對查算法，不僅實現了在智能調度技術支持系統下各設備時間同步的運行狀況評估和故障區域定位，而且完整實現了調度端、智能站、常規站，多層級、立體式時間同步管理。前景將結合試點變電站的運行經驗，配合綜合能源網的發展，可在更大范圍內推廣應用。

參考文獻

國調中心關于強化電力系統時間同步監測管理工作的通知（調自〔2014〕53號）.

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張俊偉，關峰等.電力系統IEC60870-5-104規約典型報文應用解析[J].電子測試，2016（12）：18-36.

作者簡介：

楊杉：（1967-），男，助理工程師，從事風電場建設前期管理工作.

劉自洋（1987-），男，工學學士，初級工程師，從事電力系統自動化工程調試及應用.

楊丹琳：（1987-），女，雙學士，工程師，從事電力自動化系統技術支持工作.