整合電力系統衛星時(shí)間同步孤島解決方案

整合電力系統衛星時(shí)間同步孤島解決方案

電力系統對統一時(shí)間的要求愈來(lái)愈迫切，高精度、可管理、高可靠的時(shí)間同步網(wǎng)已經(jīng)成為現代化電力系統穩定運行的重要基礎。

時(shí)間系統孤島林立

　　通常來(lái)講，現有電力系統都是簡(jiǎn)單通過(guò)在變電站等機房?jì)炔颗渲肎PS衛星接收機的方式來(lái)獲得時(shí)間信息。由于不具備各分散GPS接收機的網(wǎng)管能力，全電網(wǎng)統一的時(shí)間同步機制還沒(méi)有形成。各個(gè)電廠(chǎng)、變電站、調度中心都是時(shí)間孤島，各機房的時(shí)間系統也沒(méi)有統一的精度要求和安全性標準。

　　于是，由于時(shí)間同步不良而可能導致的各種問(wèn)題無(wú)法預防：所有的時(shí)間基準依賴(lài)GPS，而GPS時(shí)間受制于天氣因素和政治因素，且安裝過(guò)程復雜，時(shí)間系統的安全性缺乏保障；所有站點(diǎn)準同步，無(wú)統一的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )實(shí)現全網(wǎng)同步；GPS接收機廣泛使用，各站點(diǎn)不能共享，資源浪費嚴重；現網(wǎng)時(shí)間設備種類(lèi)繁多，制式不一，大多數不能納入網(wǎng)管，只能人工現場(chǎng)維護；GPS信號一旦發(fā)生故障，則守時(shí)性能低，同步質(zhì)量下降。

　　因此，這些系統和裝置均需要使用統一的、精確的時(shí)間，才能夠準確完成規定的功能和特定的配合工作。另外，只有具備了統一精確的時(shí)間源，才可以更好的實(shí)現各系統的運行監控和故障分析，可以通過(guò)各種電力系統自動(dòng)化控制設備的開(kāi)關(guān)動(dòng)作、調整的先后順序及準確時(shí)間來(lái)分析事故的原因及過(guò)程。


整合時(shí)間同步孤島

　　基于以上問(wèn)題，電力系統迫切需要建立統一的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )，變準同步的時(shí)間同步孤島為等級同步的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )；時(shí)間同步的基準要做到多元化，避免單一GPS時(shí)間的風(fēng)險；時(shí)間同步設備要做到可管理，制式要統一，提高可維護性。

　　時(shí)間同步與傳統的頻率同步是不同的概念，頻率同步指不同系統之間的時(shí)鐘是同步的，時(shí)間同步是指不同系統之間的絕對時(shí)間是相同的。例如在通信系統中，每個(gè)系統都有內部時(shí)間，包括時(shí)分秒等，但是由于每個(gè)系統內部時(shí)間獨立運行，各個(gè)系統之間的時(shí)間不一定是相同的。時(shí)間同步就是將各個(gè)不同系統之間的時(shí)間偏差控制在特定范圍之內的一種技術(shù)。

　　而不同的電力自動(dòng)化系統對時(shí)間的精度有著(zhù)不同的需求，對時(shí)間同步系統信號的種類(lèi)也是多樣化的?！熬€(xiàn)路行波故障測距裝置”、“雷電定位系統”和“功角測量系統”等時(shí)間同步精度需要達到μs級的要求；“變電站監控系統”、“配電網(wǎng)自動(dòng)化系統”和“微機保護裝置”等自動(dòng)化控制和監測類(lèi)設備時(shí)間同步精度需要達到ms級的要求；“電能量計費系統”、“電力市場(chǎng)交易系統”和“自動(dòng)記錄儀表”等計費和交易類(lèi)系統的時(shí)間同步精度需求則通常為秒級。

·       如何組網(wǎng)？

為了滿(mǎn)足電力系統對時(shí)間同步的特別需求，新型時(shí)間同步系統需要具備如下功能：能跟蹤GPS，也能跟蹤地面參考源和北斗衛星，互為備份；能夠組建時(shí)間同步網(wǎng)，可以跟蹤上級時(shí)間同步節點(diǎn)的時(shí)間源，也可以向下級時(shí)間同步節點(diǎn)分發(fā)時(shí)間；支持時(shí)間延時(shí)的自動(dòng)補償功能；能夠納入網(wǎng)管中心統一管理和維護；具有豐富的時(shí)間同步接口和較高的端口密度；內置光收發(fā)模塊，通信機房和保護小室之間通過(guò)光纖組網(wǎng)，且延時(shí)可自動(dòng)補償。

因此，典型的組網(wǎng)方案為：調度中心放置一級時(shí)間同步設備，可以跟蹤GPS或者北斗衛星；通過(guò)V.24協(xié)議將DCLS時(shí)間碼承載到傳輸網(wǎng)上，電廠(chǎng)和變電站可以從傳輸網(wǎng)上獲得調度中心的時(shí)間作為地面備份；時(shí)間在傳輸網(wǎng)上的延時(shí)可以在接收端自動(dòng)補償。

電廠(chǎng)和變電站的通信機房可以采取與調度中心相同配置，同時(shí)引入調度中心通過(guò)傳輸送過(guò)來(lái)的地面備用時(shí)間源。在衛星不可用的情況下，將主用時(shí)間源GPS或者北斗衛星切換到備用時(shí)間源上，避免進(jìn)入守時(shí)狀態(tài)，保證精度。

在變電站的保護小室可以放置二級時(shí)間同步設備，不配置衛星接收卡，通過(guò)光纖接收通信機房的時(shí)間，并自動(dòng)做延時(shí)補償，使之精度能夠達到跟蹤衛星的精度。

所有的時(shí)間同步設備都能通過(guò)DCN網(wǎng)進(jìn)行維護管理，對于沒(méi)有DCN網(wǎng)點(diǎn)場(chǎng)合，例如保護小室，則可以通過(guò)網(wǎng)管系統進(jìn)行管理，從而實(shí)現全網(wǎng)設備的可維護可管理。

·       時(shí)間服務(wù)器是核心

時(shí)間服務(wù)器是時(shí)間同步系統的核心設備，也是電力系統時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )必不可少的組件。時(shí)間服務(wù)器的特性，直接決定著(zhù)整個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )的精度、可靠性和安全性。建設高質(zhì)量的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )，離不開(kāi)高質(zhì)量的時(shí)間服務(wù)器。

由于電力系統的特殊要求，除傳統意義時(shí)間服務(wù)器的功能外，還存在諸多特殊需求，是在組建電力系統時(shí)間同步網(wǎng)時(shí)所必須考慮的：

端口能力。時(shí)間服務(wù)器需要支持多種輸出端口類(lèi)型，包括靜態(tài)空接點(diǎn)、串口、光纖接口、IRIG-B接口、以太網(wǎng)接口等，以便適應與各種自動(dòng)化設備的時(shí)間信號連接需求。

衛星跟蹤能力。從安全性和可靠性考慮，時(shí)間服務(wù)器設備需要具備跟蹤多種衛星系統并獲取時(shí)間同步信號的能力，主要的衛星系統包括GPS、GLONASS和北斗系統等。
內部振蕩源的支持能力。為了滿(mǎn)足不同的需求，時(shí)間服務(wù)器設備需要具備多種內部振蕩源的靈活配置能力，以便達到合理控制投資的目的。例如對于高保持和高精度的需求，可以配置銣鐘振蕩源，如中心機房的一級時(shí)間服務(wù)器；對于普通時(shí)間精度的要求，可以配置晶體鐘振蕩源，如各變電站的二級時(shí)間服務(wù)器等。
　　　
組網(wǎng)可擴展能力。時(shí)間服務(wù)器設備需要支持多個(gè)光接口，每個(gè)主設備可以通過(guò)光口級聯(lián)若干個(gè)從設備，同時(shí)從設備可以將時(shí)間碼通過(guò)光口環(huán)回，這樣從設備可以獲得時(shí)延參數，自動(dòng)補償時(shí)延?？梢詽M(mǎn)足從通信機房到多個(gè)保護小室的時(shí)間同步組網(wǎng)，能夠達到變電站的所有機房覆蓋。

供電方式。因為通常在通信機房直接使用-48V支流電源，而在繼保機房則需要使用220V交流電源，時(shí)間服務(wù)器需要同時(shí)支持220V交流和-48V直流電源。

　　目前，對于在專(zhuān)網(wǎng)行業(yè)系統的時(shí)間同步問(wèn)題，尚無(wú)行業(yè)標準規范。華為基于在電信運營(yíng)領(lǐng)域已經(jīng)積累了豐富的時(shí)間同步解決方案和實(shí)際工程部署經(jīng)驗，旨在為電力系統提供電信級可靠性和高精度的時(shí)間同步方案，并已在南方電網(wǎng)、北京電力成功完成測試和試驗網(wǎng)建設。我們相信，在電力等專(zhuān)網(wǎng)系統存在的時(shí)間同步孤島即將消失，一張張全新的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò )即將形成，并為各行各業(yè)的飛速發(fā)展提供基礎保障。