智能电网时间同步方案

第33卷第12期2011年12月华电技术HuadianTechnology

Vol．33No．12

Dec．2011

智能电网时间同步方案

杨京渝

(长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410114)

摘

要:根据智能电网对时间同步高精度和高安全性的要求，给出了智能电网时间同步方案，采用北斗卫星导航系统/全

球定位系统双模授时和IEEE1588协议相结合的电力系统时间同步技术。根据运行模式和授时精度的不同，分别给出了适用于主站、子站的不同时间同步配置方案，从而实现整个智能电网的时间同步。关键词:智能电网;北斗卫星导航系统;全球定位系统;双模授时;时间同步中图分类号:TM73

文献标志码:B

文章编号:1674－1951(2011)12－0036－03

1智能电网概况

智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电

网协调发展的坚强电网，通过硬件基础和技术手段可实现智能电网的信息化、数字化、自动化和互动［1－2］

。智能电网系统的建立和数字化电网的实现化

需要全网时间同步的紧密支持。因此，建立安全、可靠、高精度的时间同步系统，是当代电网乃至未来智能电网运行的一项基本要求。

目前，电力系统中的时钟主要采用全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)信号接收单元，是

的外部时间基准。实践证明，以GPS信号为“主”

GPS由于自身的问题，已经不能满足智能电网、智能调度系统的精确时间同步系统的要求。当前的电力

系统时间同步性很差，制约了电力系统综合性能的提高，无法适应智能电网的需求。因此，迫切需要新的时间同步方式解决现代电力系统的时间同步问

以满足智能电网的要求。题，

2011年4月10日，我国成功地将第8颗北斗导航卫星送入太空预定转移轨道，标志着我国初步完成北斗二代系统的基本组网功能。按照计划，2012年将形成亚太地区天源服务能力，在2020年前发射35颗卫星，环绕地球运行，最终组成覆盖全

［3］

球的卫星导航系统。未来建成的北斗二号卫星导航系统将完全兼容并极大地扩充北斗一号卫星导航系统的现有功能。我国北斗卫星导航系统(以下简称北斗)的崛起，将在快速定位、双向数据通信和精密授时3大领域充当重要的角色，也将打破美国GPS一统天下的局面。

为满足未来智能电网对时间同步的要求，本文提出了全网时间同步方案，采用北斗/GPS互为备用

收稿日期:2011－08－11

作为智能电网的时钟源，同时给出了全网时间同步

框架以及IEEE1588时间协议的具体应用规则。该方案不仅在很大程度上保证了全网时间同步质量，而且大大提高了电网运行的安全性。

2GPS授时技术

GPS是美国陆、海、空三军联合研制的卫星导航定位系统，为陆、海、空领域提供定时、全天候和全球性的导航服务。GPS由卫星星座、地面测控站和用户设备3大部分组成。

GPS的卫星星座由21颗工作卫星和3颗备用卫星构成，他们均匀分布在6个与赤道夹角为55°的近似圆形轨道上，轨道间夹角为60°。这种布置

任何时刻都能同时方式可保证在地球上任何地方、

收到4颗以上的卫星信号。地面监控系统包括1个

3个注入站和5个监测站，主站、该系统的作用是:跟踪观测GPS卫星、计算编制卫星星历、监测和控制卫星状态、保持精确的GPS时间系统、向卫星注入导航电文和控制命令。GPS接收机是用户部分的核心部件，它接收多颗GPS卫星发出的信号，经过

时间信息以及卫星状一系列处理后输出定位信息、

态信息等，接收机输出的时间信息包括串行口输出

［4］

的年、月、日、分、秒和频率为1Hz的秒脉冲。

但GPS天线安装位置要求苛刻，从而导致馈线铺设难。各站GPS时间系统相当分散、庞大，现场维护困难，易受美国控制。美国采用了有选择可用性政策SA(SelectiveAvaibility)，但没有承诺过服务质量，可以控制任何区域、任意时段的GPS信号而不影响自己和盟

GPS的自主性和可靠性都得不友的正常使用。因此，

到保证。我国若大规模采用GPS，一旦发生危机或战

［5］

争威胁，就会对我国电网构成严重的安全隐患。

3北斗授时技术

北斗是我国正在实施的自主研发、独立运行的

第12期杨京渝:智能电网时间同步方案·37·

全球卫星导航系统。北斗由空间卫星、地面中心控制系统和用户终端组成。

北斗一号空间部分由2颗地球同步导航卫星和1颗在轨备用卫星组成，这3颗卫星距离地面约3600km，140．0°和分别位于赤道面东经80．0°，110．5°，由它们完成中心控制系统与用户收发机之间的双向无线电信号转发。地面中心控制系统由1个中心控制站、若干个卫星定轨标校站、差分定位标校站和测高标校站组成。地面控制中心不仅是北斗的控制和管理中心，而且还是北斗的中枢，它由信号收发分系统、信息处理分系统、时间分系统、监控分系统和信道监控分系统等组成。用户终端由信号接收天线、混频和放大电路、发射装置、信息输入键盘和显示器等组成，根据执行任务的不同，用户终端分为通信终端、卫星测轨终端、差分定位标校终端和授

［6］

时终端等。

北斗卫星授时功能具有安全、准确、全天候和通用的特点，具有单向和双向2种授时功能，根据不同的精度要求，利用定时用户终端完成与北斗之间的时间和频率同步，提供100ns(单向授时)和20ns(双向授时)的时间同步精度。目前，华东电网公司所管辖的富春江水电站、新安江水电站、南京东善桥变电站、上海南汇变电站安装的北斗授时监控装置运行稳定、安全可靠，各项技术指标完全达到设计要求。

非系统的全局同步;各个电厂、变电站、调度中心都

是时间孤岛，各机房的时间系统也没有统一的精度要求和安全标准。

现在的电力系统运行管理形成了以调度自动化系统为中心的主站系统，以电站监控(包括发电厂、变电站、开关站等)为主的子站系统。由于主站、子

［8］

站的运行模式不同，对授时精度的要求也不同。针对该问题，笔者分别给出了主站系统和子站系统的时间同步方案。5．1

主站系统时间同步方案

主站系统通常由分布在网公司、省(自治区、直辖市)公司、市(地)公司、县公司的多级系统组成，所管理的电压等级、管理范围和用户不同，因此，要各司其职，完成综合管理功能;主站系统通过电力调度运行管理网络，互联成为大型管理信息系统(MIS)，由于应用系统间信息交换的需要，系统之间是互联的，所以接入的计算机数量较大

［9］

。

主站系统主要包括电能量采集装置、负荷/用电监控终端装置、电气设备在线状态检测或自动记录仪、控制/调度中心数字显示时钟、火电厂/水电厂/变电站计算机监控系统、监控与数据采集(SCADA)系统/能源管理系统(EMS)、电能计费系统(PBS)、继电保护及保障信息管理系统、电力市场技术支持系统、负荷监控/用电管理系统、配电自动化管理系调度管理信息系统(DMIS)、管理信息系统统、

(MIS)等。这些管理系统对时间精度的要求为秒级，授时精度达到0．01s即可。主站授时网络结构如图1所示

。

4IEEE1588时间协议

为提高广域时间同步精度，网络精密时钟同步

委员会在2002年年底发布了适用于网络化测量和——IEEE控制系统的高精度网络时钟同步协议—

1588协议［7］。该协议具有占用网络带宽小、对系统资源要求低等优点，采用时间分布机制和时间调度概念，客户机可使用普通振荡器 …… 此处隐藏：2772字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……