闡述智能站變電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)（NTP時(shí)間服務(wù)器）意義

1.概述

在現(xiàn)代電網(wǎng)中，統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)對(duì)于電力系統(tǒng)的故障分析、監(jiān)視控制及運(yùn)行管理具有重要意義。變電站的對(duì)時(shí)是指站內(nèi)的保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)控設(shè)備為了統(tǒng)一時(shí)間的需要，采用相應(yīng)的對(duì)時(shí)方法，實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源時(shí)間保護(hù)同步的過(guò)程，從而確保電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的一致性，為系統(tǒng)故障分析和處理提供了準(zhǔn)確的時(shí)間依據(jù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率和可靠性，提高電網(wǎng)事故分析和穩(wěn)定控制的水平，提高線路故障測(cè)距、相量和功角動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、機(jī)組和電網(wǎng)參數(shù)校驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)變電站采用常規(guī)互感器，一、二次電氣量的傳變延時(shí)很小可以忽略，只要根據(jù)繼電保護(hù)等自動(dòng)化裝置自身的采樣脈沖在某一時(shí)刻對(duì)相關(guān)TA、TV的二次電氣量進(jìn)行采樣，就能保證數(shù)據(jù)的同時(shí)性。智能變電站繼電保護(hù)等自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集模塊前移至合并單元，互感器一次電氣量需要經(jīng)前端模塊采集再由合并單元處理。由于各間隔互感器的采集處理環(huán)節(jié)相互獨(dú)立，沒(méi)有統(tǒng)一協(xié)調(diào)，且一、二次電氣量的傳變附加了延時(shí)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致各間隔電子式互感器的輸出數(shù)據(jù)不具有同時(shí)性，無(wú)法直接用于對(duì)數(shù)據(jù)同步性要求高的保護(hù)計(jì)算。由此可見(jiàn)，時(shí)鐘同步是保證網(wǎng)絡(luò)采樣同步的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)中合并單元、同步相量測(cè)量裝置、故障錄波器、電氣測(cè)控單元、遠(yuǎn)方終端、保護(hù)測(cè)控一體化裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置、電能量采集裝置、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主站、配電網(wǎng)終端裝置和配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)均需要進(jìn)行對(duì)時(shí)，這些設(shè)備對(duì)時(shí)間同步準(zhǔn)確度的要求如表1：

1.1時(shí)間的基本概念

時(shí)間是物理學(xué)的一個(gè)基本參量，也是物質(zhì)存在的基本形式之一，是所謂空間坐標(biāo)的第四維。時(shí)間表示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性和事件發(fā)生的次序和久暫，其最大特點(diǎn)是不可能保持恒定不變。

下面介紹幾個(gè)不同的計(jì)時(shí)方式：

1、世界時(shí)：UT/UT0/UT1/UT2

天文學(xué)界將在英國(guó)格林尼治天文臺(tái)觀測(cè)得到的由平子夜起算的平太陽(yáng)時(shí)稱(chēng)作世界時(shí)，記為UT，并一直沿用至今。

通過(guò)觀測(cè)恒星直接得到的世界時(shí)稱(chēng)為UT0。

地球的自轉(zhuǎn)軸不是固定不變的，因此需對(duì)UT0進(jìn)行極移修正，并將經(jīng)過(guò)極移修正得到的世界時(shí)記為UT1，則UT1=UT0+Δλ。

地球的自轉(zhuǎn)速率有不規(guī)則的變化，自轉(zhuǎn)速率正在變慢，再對(duì)UT1進(jìn)行地球自轉(zhuǎn)速率周期變化的改正，就得到UT2。即UT2=UT1+ΔTs=UT0+Δλ+ΔTs。

2、原子時(shí)/國(guó)際原子時(shí)：TA/TAI

原子物理學(xué)和量子物理學(xué)研究告訴人們，原子核外圍電子會(huì)產(chǎn)生能級(jí)躍遷，以原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的原子頻率標(biāo)準(zhǔn)（原子頻標(biāo)）。以原子頻標(biāo)為基準(zhǔn)的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)稱(chēng)為原子時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)TA。

國(guó)際時(shí)間局建立的原子時(shí)被國(guó)際計(jì)量大會(huì)指定為國(guó)際原子時(shí)，命名為T(mén)AI。

3、協(xié)調(diào)世界時(shí)：UTC

我國(guó)電力系統(tǒng)主要使用協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC），它代表了國(guó)際原子時(shí)TAI和世界時(shí)UT1這兩種時(shí)間尺度的結(jié)合。UTC的定義為

UTC(t)—TAI(t)=N秒（N為整數(shù)）

|UTC(t)—UT1(t)|＜0.9s

UTC的具體實(shí)施辦法是取消頻偏調(diào)整，使UTC秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于TAI秒長(zhǎng)，在時(shí)刻上又使UTC接近于UT1。這樣由地球自轉(zhuǎn)速率不均勻性造成的UT1與TAI的差值采用在UTC時(shí)刻中加1s或減1s的閏秒（即跳秒）措施來(lái)補(bǔ)償。閏秒的時(shí)間定在6月30日或12月31日，也就是說(shuō)使UTC在6月30日或12月31日這兩個(gè)日期的最后一分鐘為61s或者59s。由于地球自轉(zhuǎn)速度的不均勻性，近20年來(lái)，世界時(shí)每年比原子時(shí)大約慢1s，二者間的差逐年累積，到2013年已達(dá)35s。

1.2?常用授時(shí)系統(tǒng)

時(shí)鐘源用于提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，授時(shí)系統(tǒng)主要包括無(wú)線授時(shí)和有線授時(shí)兩類(lèi)。無(wú)線授時(shí)系統(tǒng)包括美國(guó)GPS（Global Positioning System）導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲伽利略（Galileo）導(dǎo)航系統(tǒng)、中國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLINASS）等；有線授時(shí)系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)或?qū)＞€作為載體，例如通信網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)。目前變電站中主要應(yīng)用的時(shí)鐘源為GPS衛(wèi)星授時(shí)和北斗授時(shí)技術(shù)。

（1）GPS衛(wèi)星授時(shí)

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制的。GPS系統(tǒng)由專(zhuān)門(mén)的接收器接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，可以獲得位置、時(shí)間和其他相關(guān)信息。GPS系統(tǒng)每秒發(fā)送一次信號(hào)，其時(shí)間精度在100ns以內(nèi)。其時(shí)間信息包含年、月、日、時(shí)、分、秒以及1PPS（標(biāo)準(zhǔn)秒）信號(hào)，因而具有很高的頻率精度和時(shí)間精度。在綜自變電站中采用GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故后的故障分析。

（2）北斗授時(shí)技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)獨(dú)立開(kāi)發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，類(lèi)似于美國(guó)的GPS和歐洲的伽利略定位系統(tǒng)，它提供海、陸、空全方位的全球?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)，目前已經(jīng)發(fā)展至第二代，授時(shí)精度可以達(dá)到20ns。目前已將13顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星順利送入太空預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，預(yù)計(jì)在2020年建成由30多顆衛(wèi)星組成的，覆蓋全球的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。北斗時(shí)間系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)北斗時(shí)（BDT），是一個(gè)連續(xù)的時(shí)間系統(tǒng)，秒長(zhǎng)取國(guó)際單位制SI秒，起始?xì)v元為2006年1月1日0時(shí)0分0秒?yún)f(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）。BDT與UTC的偏差保持在100ns以內(nèi)。

1.3?智能變電站授時(shí)技術(shù)和時(shí)間同步系統(tǒng)

變電站GPS時(shí)間同步系統(tǒng)由主時(shí)鐘、擴(kuò)展時(shí)鐘和時(shí)間同步信號(hào)傳輸通道組成，主時(shí)鐘和擴(kuò)展時(shí)鐘均由時(shí)間信號(hào)接收單元、時(shí)間保持單元和時(shí)間同步信號(hào)輸出單元組成。

因智能變電站對(duì)時(shí)間同步采集需求較高，為保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集時(shí)間的一致性，智能變電站應(yīng)配置一套全站公用的時(shí)間同步系統(tǒng)，主時(shí)鐘應(yīng)雙重化配置。時(shí)鐘同步精度和守時(shí)精度滿足站內(nèi)所有設(shè)備的對(duì)時(shí)精度要求，異常時(shí)鐘信息的防誤、主從時(shí)鐘的傳輸延時(shí)補(bǔ)償?shù)葷M足智能化變電站同步采樣要求。

智能變電站宜采用主備式時(shí)間同步系統(tǒng)，由兩臺(tái)主時(shí)鐘、多臺(tái)從時(shí)鐘和信號(hào)傳輸介質(zhì)組成，為被授時(shí)設(shè)備/系統(tǒng)對(duì)時(shí)。

主時(shí)鐘采用雙重化配置，支持北斗授時(shí)系統(tǒng)和GPS標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號(hào)，優(yōu)先采用北斗授時(shí)系統(tǒng)。主時(shí)鐘對(duì)從時(shí)鐘授時(shí)，從時(shí)鐘為被授時(shí)設(shè)備/系統(tǒng)對(duì)時(shí)。時(shí)間同步精度和守時(shí)精度滿足站內(nèi)所有設(shè)備的對(duì)時(shí)精度要求。站控層設(shè)備宜采用SNTP對(duì)時(shí)方式，間隔層和過(guò)程層設(shè)備宜采用直流IRIG-B碼對(duì)時(shí)方式，條件具備時(shí)也可采用IEEE 1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)。根據(jù)需要和技術(shù)要求，主時(shí)鐘可留有接口，用來(lái)接收上一級(jí)時(shí)間同步系統(tǒng)下發(fā)的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。

在智能變電站中，時(shí)間裝置的技術(shù)特點(diǎn)及主要指標(biāo)如下：

（1）多時(shí)鐘信號(hào)源輸入無(wú)縫切換功能。具備信號(hào)輸入仲裁機(jī)制，在信號(hào)切換時(shí)1PPS輸出穩(wěn)定在0.2μs以內(nèi)。

（2）異常輸入信息防誤功能。在外界輸入信號(hào)受到干擾時(shí)，仍然能準(zhǔn)確輸出時(shí)間信息。

（3）高精度授時(shí)、守時(shí)性能。時(shí)間同步準(zhǔn)確度優(yōu)于1μs，秒脈沖抖動(dòng)小于0.1μs，守時(shí)性能優(yōu)于1μs/h。

（4）從時(shí)鐘延時(shí)補(bǔ)償功能。彌補(bǔ)傳輸介質(zhì)對(duì)秒脈沖的延遲影響。

（5）提供高精度可靠地IEEE 1588時(shí)鐘源。

（6）支持DL/T860建模及MMS組網(wǎng)。

（7）豐富的對(duì)時(shí)方式，配置靈活。支持RS232、RS485、空觸點(diǎn)、光纖、網(wǎng)絡(luò)等多種對(duì)時(shí)方式。?