整合電力系統(tǒng)衛(wèi)星時(shí)間同步孤島解決方案

整合電力系統(tǒng)衛(wèi)星時(shí)間同步孤島解決方案

電力系統(tǒng)對(duì)統(tǒng)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(xiàn)代化電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

時(shí)間系統(tǒng)孤島林立

　　通常來(lái)講，現(xiàn)有電力系統(tǒng)都是簡(jiǎn)單通過(guò)在變電站等機(jī)房?jī)?nèi)部配置GPS衛(wèi)星接收機(jī)的方式來(lái)獲得時(shí)間信息。由于不具備各分散GPS接收機(jī)的網(wǎng)管能力，全電網(wǎng)統(tǒng)一的時(shí)間同步機(jī)制還沒(méi)有形成。各個(gè)電廠、變電站、調(diào)度中心都是時(shí)間孤島，各機(jī)房的時(shí)間系統(tǒng)也沒(méi)有統(tǒng)一的精度要求和安全性標(biāo)準(zhǔn)。

　　于是，由于時(shí)間同步不良而可能導(dǎo)致的各種問(wèn)題無(wú)法預(yù)防：所有的時(shí)間基準(zhǔn)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(fù)雜，時(shí)間系統(tǒng)的安全性缺乏保障；所有站點(diǎn)準(zhǔn)同步，無(wú)統(tǒng)一的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步；GPS接收機(jī)廣泛使用，各站點(diǎn)不能共享，資源浪費(fèi)嚴(yán)重；現(xiàn)網(wǎng)時(shí)間設(shè)備種類(lèi)繁多，制式不一，大多數(shù)不能納入網(wǎng)管，只能人工現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)；GPS信號(hào)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(tǒng)和裝置均需要使用統(tǒng)一的、精確的時(shí)間，才能夠準(zhǔn)確完成規(guī)定的功能和特定的配合工作。另外，只有具備了統(tǒng)一精確的時(shí)間源，才可以更好的實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控和故障分析，可以通過(guò)各種電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)動(dòng)作、調(diào)整的先后順序及準(zhǔn)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(tǒng)迫切需要建立統(tǒng)一的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)，變準(zhǔn)同步的時(shí)間同步孤島為等級(jí)同步的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)；時(shí)間同步的基準(zhǔn)要做到多元化，避免單一GPS時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)；時(shí)間同步設(shè)備要做到可管理，制式要統(tǒng)一，提高可維護(hù)性。

　　時(shí)間同步與傳統(tǒng)的頻率同步是不同的概念，頻率同步指不同系統(tǒng)之間的時(shí)鐘是同步的，時(shí)間同步是指不同系統(tǒng)之間的絕對(duì)時(shí)間是相同的。例如在通信系統(tǒng)中，每個(gè)系統(tǒng)都有內(nèi)部時(shí)間，包括時(shí)分秒等，但是由于每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間獨(dú)立運(yùn)行，各個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)之間的時(shí)間偏差控制在特定范圍之內(nèi)的一種技術(shù)。

　　而不同的電力自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的精度有著不同的需求，對(duì)時(shí)間同步系統(tǒng)信號(hào)的種類(lèi)也是多樣化的。“線(xiàn)路行波故障測(cè)距裝置”、“雷電定位系統(tǒng)”和“功角測(cè)量系統(tǒng)”等時(shí)間同步精度需要達(dá)到μs級(jí)的要求；“變電站監(jiān)控系統(tǒng)”、“配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)”和“微機(jī)保護(hù)裝置”等自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)類(lèi)設(shè)備時(shí)間同步精度需要達(dá)到ms級(jí)的要求；“電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)”、“電力市場(chǎng)交易系統(tǒng)”和“自動(dòng)記錄儀表”等計(jì)費(fèi)和交易類(lèi)系統(tǒng)的時(shí)間同步精度需求則通常為秒級(jí)。

·       如何組網(wǎng)？

為了滿(mǎn)足電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步的特別需求，新型時(shí)間同步系統(tǒng)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(wèi)星，互為備份；能夠組建時(shí)間同步網(wǎng)，可以跟蹤上級(jí)時(shí)間同步節(jié)點(diǎn)的時(shí)間源，也可以向下級(jí)時(shí)間同步節(jié)點(diǎn)分發(fā)時(shí)間；支持時(shí)間延時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償功能；能夠納入網(wǎng)管中心統(tǒng)一管理和維護(hù)；具有豐富的時(shí)間同步接口和較高的端口密度；內(nèi)置光收發(fā)模塊，通信機(jī)房和保護(hù)小室之間通過(guò)光纖組網(wǎng)，且延時(shí)可自動(dòng)補(bǔ)償。

因此，典型的組網(wǎng)方案為：調(diào)度中心放置一級(jí)時(shí)間同步設(shè)備，可以跟蹤GPS或者北斗衛(wèi)星；通過(guò)V.24協(xié)議將DCLS時(shí)間碼承載到傳輸網(wǎng)上，電廠和變電站可以從傳輸網(wǎng)上獲得調(diào)度中心的時(shí)間作為地面?zhèn)浞荩粫r(shí)間在傳輸網(wǎng)上的延時(shí)可以在接收端自動(dòng)補(bǔ)償。

電廠和變電站的通信機(jī)房可以采取與調(diào)度中心相同配置，同時(shí)引入調(diào)度中心通過(guò)傳輸送過(guò)來(lái)的地面?zhèn)溆脮r(shí)間源。在衛(wèi)星不可用的情況下，將主用時(shí)間源GPS或者北斗衛(wèi)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(hù)小室可以放置二級(jí)時(shí)間同步設(shè)備，不配置衛(wèi)星接收卡，通過(guò)光纖接收通信機(jī)房的時(shí)間，并自動(dòng)做延時(shí)補(bǔ)償，使之精度能夠達(dá)到跟蹤衛(wèi)星的精度。

所有的時(shí)間同步設(shè)備都能通過(guò)DCN網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)管理，對(duì)于沒(méi)有DCN網(wǎng)點(diǎn)場(chǎng)合，例如保護(hù)小室，則可以通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的可維護(hù)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(tǒng)的核心設(shè)備，也是電力系統(tǒng)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，直接決定著整個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)的精度、可靠性和安全性。建設(shè)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(tǒng)的特殊要求，除傳統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)與各種自動(dòng)化設(shè)備的時(shí)間信號(hào)連接需求。

衛(wèi)星跟蹤能力。從安全性和可靠性考慮，時(shí)間服務(wù)器設(shè)備需要具備跟蹤多種衛(wèi)星系統(tǒng)并獲取時(shí)間同步信號(hào)的能力，主要的衛(wèi)星系統(tǒng)包括GPS、GLONASS和北斗系統(tǒng)等。
內(nèi)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(shè)備需要具備多種內(nèi)部振蕩源的靈活配置能力，以便達(dá)到合理控制投資的目的。例如對(duì)于高保持和高精度的需求，可以配置銣鐘振蕩源，如中心機(jī)房的一級(jí)時(shí)間服務(wù)器；對(duì)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(jí)時(shí)間服務(wù)器等。
　　　
組網(wǎng)可擴(kuò)展能力。時(shí)間服務(wù)器設(shè)備需要支持多個(gè)光接口，每個(gè)主設(shè)備可以通過(guò)光口級(jí)聯(lián)若干個(gè)從設(shè)備，同時(shí)從設(shè)備可以將時(shí)間碼通過(guò)光口環(huán)回，這樣從設(shè)備可以獲得時(shí)延參數(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)延?？梢詽M(mǎn)足從通信機(jī)房到多個(gè)保護(hù)小室的時(shí)間同步組網(wǎng)，能夠達(dá)到變電站的所有機(jī)房覆蓋。

供電方式。因?yàn)橥ǔＴ谕ㄐ艡C(jī)房直接使用-48V支流電源，而在繼保機(jī)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(duì)于在專(zhuān)網(wǎng)行業(yè)系統(tǒng)的時(shí)間同步問(wèn)題，尚無(wú)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。華為基于在電信運(yùn)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(yàn)，旨在為電力系統(tǒng)提供電信級(jí)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(cè)試和試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)。我們相信，在電力等專(zhuān)網(wǎng)系統(tǒng)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(chǔ)保障。