用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統設計探究

摘 要： 時間同步系統在電力系統中發揮著關鍵作用，提高時間同步系統的性能對于保證電力系統的運行安全至關重要。文章對用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統的相關設計要點進行了詳細分析，該時間同步系統利用SDH網絡作為媒介，實現系統的高精確對時同步，希望為相關行業工作者提供參考與借鑒。

關鍵詞： 電力系統;時間同步系統;SDH網絡設備

一、 引言

在電力系統中，電路通信調度網、電廠和變電站等場所都需要非常精確的時間同步控制。毫秒或微秒級的時間同步偏差會造成系統的中斷，甚至電網的癱瘓，給使用者和電力公司帶來巨大的損失。因此，高精度的時間同步系統是保障各種電力通信暢通的必備條件。目前世界上普遍使用的方法是通過時間同步系統接收GPS、北斗等衛星導航系統的UTC（世界標準時間）并應用到每個需要精確時鐘信號的通信設備，以實現各種通信設備的時間同步。盡管GPS授時系統是目前最普遍使用的技術，但是仍存在天線維護費用高，衛星信號接收很難得到充分的保障等不足。故需要加強對用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統的設計。

二、 項目概況

文章以國網智能變電站時間同步系統項目新增在線監測裝置工程為例，分析用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統設計要點。該時間同步系統利用電力系統中非常成熟的SDH網絡作為時間同步系統的媒介，在不需要改變現有停用場景的網絡及硬件結構的基礎上，實現系統的高精確對時同步。

三、時間同步系統

隨著電網規模的擴大和自動化水平的提高，不僅作為電網基本組成單元的變電站、發電廠和調度中心內部眾多與時間有密切關系的自動化設備和數字化控制系統對統一、精確授時的依賴程度越來越高，而且電網內對發生事件的記錄，如電網故障時刻的確認、事件記錄和告警時間的準確統一、系統運行狀況、性能分析等對時間精度的要求越來越高。

從時間上來看，電力系統時間同步發展經歷了由相對時間到絕對時間、由區域同步到全網同步的發展過程。現階段，我國電力系統局部對時已經由采用遠動串行通信的相對時發展到采用GPS、北斗等衛星系統的單裝置、單系統絕對時間對時，而全網的天地時間同步系統網的建設還處在初期，特別是在電力數據網上實現全網全站絕對時間的統一，極大提高電網時間同步性上還存在很大缺口，解決方案都不盡完善。建設統一的時間同步網，固然是解決全電網時間問題的好方法。但就能否精確補償時間信號傳輸時延、建設高可靠性高時間精度的時間同步網對保證電力系統的運行安全性至關重要。

四、用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統設計分析

項目時間同步系統是一套可進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的標準化數字信號結構等級，在傳輸媒質上進行同步信號的傳送，可實現電力系統中的各發電廠、變電站、調度中心的自動化設備和系統時間的一致性，保證各設備采集數據、響應事件、分析計算都處在同一條時間線上同步運行。在該時間同步系統中，從時鐘設備的時間信號來源分別為接收SDH網絡傳送的主時鐘設備標準信號、GPS衛星、北斗衛星提供的標準時間信息、由銫鐘或取自SDH網絡的恢復時鐘計時的時間信息。從時鐘設備優先選取接收SDH網絡傳送的主時鐘設備時間信息作為最佳時間信息，當此信號丟失時可通過概率最優化算法從其他四種時間信息中選取最佳時間信息。以均方差最小的時鐘最為系統時鐘輸出，得到最優概率的時鐘信號來源。

（一）主時鐘設備

主時鐘設備，其時間信號有四種來源，分別為GPS衛星導航、北斗衛星導航、銫鐘以及取自SDH網絡的恢復時間;其中GPS、北斗衛星導航提供世界標準時間作為時鐘基準信號;取自SDH網絡的恢復時間以SDH網絡中提取的2.048MHz標準時鐘作為高精度時鐘源，以SDH網絡中提取的時間或銫鐘為初始時間，用時鐘計時的方法來提供當前時間信息;主時鐘設備通過概率最優化算法從四種時間信息中選取最佳時間信息，為整個時間同步網提供標準時間信號。概率最優化算法首先求四種來源的均值，然后用每種來源與均值求均方差，以均方差最小的時鐘最為系統時鐘輸出，得到最優概率的時鐘信號來源。

（二）從時鐘設備

從時鐘設備，其時間信號來源分別為接收SDH網絡傳送的主時鐘設備時間信息、GPS衛星導航、北斗衛星導航、銫鐘以及取自SDH網絡的恢復時鐘;從時鐘設備優先選取接收SDH網絡傳送的主時鐘設備標準時間信息，當此信息丟失時通過概率最優化算法從其他四種時間信息中選取最佳時間信息。在時隙校準時間同步算法中，從時鐘設備和主時鐘設備在SDH網絡中的基本傳輸單元El的某個時隙bit位發送時間信息后開始計時，從時鐘設備在收到主時鐘發送的時間信息后，停止計時，并將計時信息再次發送給主時鐘，系統根據計時差，重新調整發送時間，將標準時間加上單程時間差作為新的時間信息以校準從時鐘的時間信息，實現時間同步。

從時鐘設備其時間信號來源分別為接收SDH網絡傳送的主時鐘設備標準信息、GPS、北斗衛星提供的標準時間信息、由銫鐘以及取自SDH網絡的恢復時鐘計時的時間信息。從時鐘設備優先選取接收SDH網絡傳送的主時鐘設備標準信息作為最佳時間信息，當此信號丟失時可通過概率最優化算法從其他四種時間信息中選取最佳時間信息。

（三）SDH網絡設備

對于SDH網絡設備，可連接主時鐘設備與從時鐘設備，用于接收并發送主時鐘設備提供的標準時間信號，通過時隙校準同步算法實現精確同步;同時，SDH網絡向主時鐘設備、從時鐘設備提供恢復時鐘，同時不影響系統的其他信息傳輸。這種技術與現有技術相比，其具有顯著的優點：通過SDH網絡連接主時鐘設備與從時鐘設備，同時通過SDH網絡提供恢復時鐘，充分利用現有的通信資源;主時鐘設備、從時鐘設備都采用四種時間信息，并通過概率最優化算法來確定最優時鐘源，極大的提高了時鐘系統的穩定性和可靠性。同時主時鐘設備接收外部傳輸過來的標準時鐘信息并進行處理，然后將處理后的信息輸出至與之連接的SDH網絡設備，進而傳輸至與從時鐘設備連接的SDH網絡設備。從時鐘設備通過與之連接的SDH網絡設備接收標準時鐘信息，并根據標準時鐘信息進行校準處理，然后輸出校準后的時鐘信息。

五、 結論

在電力系統的運行中，應提高時間同步系統的性能，保證電力系統中的各個運行設備具有統一的時間同步系統。文章系統分析了用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統的設計要點，項目主從時鐘采用相同的邏輯構架，SDH網絡設備與主時鐘設備、從時鐘設備相連接，并通過光纖以現有的SDH網絡協議進行通信，實現了系統的高精確對時同步，對于提高用于電力系統的可實現同步信號傳送的時間同步系統的性能具有一定的價值。

參考文獻：

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[2]趙成爽.含光伏接入的電力系統多時間尺度及其參數穩定域分析[D].北京：華北電力大學，2018.

作者簡介：? 章聞銘，南京智宏電氣有限公司。