整合電力系統(tǒng)衛(wèi)星時間同步孤島解決方案

整合電力系統(tǒng)衛(wèi)星時間同步孤島解決方案

電力系統(tǒng)對統(tǒng)一時間的要求愈來愈迫切，高精度、可管理、高可靠的時間同步網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要基礎(chǔ)。

時間系統(tǒng)孤島林立

　　通常來講，現(xiàn)有電力系統(tǒng)都是簡單通過在變電站等機房內(nèi)部配置GPS衛(wèi)星接收機的方式來獲得時間信息。由于不具備各分散GPS接收機的網(wǎng)管能力，全電網(wǎng)統(tǒng)一的時間同步機制還沒有形成。各個電廠、變電站、調(diào)度中心都是時間孤島，各機房的時間系統(tǒng)也沒有統(tǒng)一的精度要求和安全性標準。

　　于是，由于時間同步不良而可能導(dǎo)致的各種問題無法預(yù)防：所有的時間基準依賴GPS，而GPS時間受制于天氣因素和政治因素，且安裝過程復(fù)雜，時間系統(tǒng)的安全性缺乏保障；所有站點準同步，無統(tǒng)一的時間同步網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全網(wǎng)同步；GPS接收機廣泛使用，各站點不能共享，資源浪費嚴重；現(xiàn)網(wǎng)時間設(shè)備種類繁多，制式不一，大多數(shù)不能納入網(wǎng)管，只能人工現(xiàn)場維護；GPS信號一旦發(fā)生故障，則守時性能低，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、精確的時間，才能夠準確完成規(guī)定的功能和特定的配合工作。另外，只有具備了統(tǒng)一精確的時間源，才可以更好的實現(xiàn)各系統(tǒng)的運行監(jiān)控和故障分析，可以通過各種電力系統(tǒng)自動化控制設(shè)備的開關(guān)動作、調(diào)整的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。


整合時間同步孤島

　　基于以上問題，電力系統(tǒng)迫切需要建立統(tǒng)一的時間同步網(wǎng)絡(luò)，變準同步的時間同步孤島為等級同步的樹狀網(wǎng)絡(luò)；時間同步的基準要做到多元化，避免單一GPS時間的風(fēng)險；時間同步設(shè)備要做到可管理，制式要統(tǒng)一，提高可維護性。

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

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

·       如何組網(wǎng)？

為了滿足電力系統(tǒng)對時間同步的特別需求，新型時間同步系統(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；能夠組建時間同步網(wǎng)，可以跟蹤上級時間同步節(jié)點的時間源，也可以向下級時間同步節(jié)點分發(fā)時間；支持時間延時的自動補償功能；能夠納入網(wǎng)管中心統(tǒng)一管理和維護；具有豐富的時間同步接口和較高的端口密度；內(nèi)置光收發(fā)模塊，通信機房和保護小室之間通過光纖組網(wǎng)，且延時可自動補償。

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

電廠和變電站的通信機房可以采取與調(diào)度中心相同配置，同時引入調(diào)度中心通過傳輸送過來的地面?zhèn)溆脮r間源。在衛(wèi)星不可用的情況下，將主用時間源GPS或者北斗衛(wèi)星切換到備用時間源上，避免進入守時狀態(tài)，保證精度。

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

所有的時間同步設(shè)備都能通過DCN網(wǎng)進行維護管理，對于沒有DCN網(wǎng)點場合，例如保護小室，則可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)進行管理，從而實現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的可維護可管理。

·       時間服務(wù)器是核心

時間服務(wù)器是時間同步系統(tǒng)的核心設(shè)備，也是電力系統(tǒng)時間同步網(wǎng)絡(luò)必不可少的組件。時間服務(wù)器的特性，直接決定著整個時間同步網(wǎng)絡(luò)的精度、可靠性和安全性。建設(shè)高質(zhì)量的時間同步網(wǎng)絡(luò)，離不開高質(zhì)量的時間服務(wù)器。

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

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

衛(wèi)星跟蹤能力。從安全性和可靠性考慮，時間服務(wù)器設(shè)備需要具備跟蹤多種衛(wèi)星系統(tǒng)并獲取時間同步信號的能力，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。為了滿足不同的需求，時間服務(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間服務(wù)器；對于普通時間精度的要求，可以配置晶體鐘振蕩源，如各變電站的二級時間服務(wù)器等。
　　　
組網(wǎng)可擴展能力。時間服務(wù)器設(shè)備需要支持多個光接口，每個主設(shè)備可以通過光口級聯(lián)若干個從設(shè)備，同時從設(shè)備可以將時間碼通過光口環(huán)回，這樣從設(shè)備可以獲得時延參數(shù)，自動補償時延?？梢詽M足從通信機房到多個保護小室的時間同步組網(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，時間服務(wù)器需要同時支持220V交流和-48V直流電源。

　　目前，對于在專網(wǎng)行業(yè)系統(tǒng)的時間同步問題，尚無行業(yè)標準規(guī)范。華為基于在電信運營領(lǐng)域已經(jīng)積累了豐富的時間同步解決方案和實際工程部署經(jīng)驗，旨在為電力系統(tǒng)提供電信級可靠性和高精度的時間同步方案，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(shè)。我們相信，在電力等專網(wǎng)系統(tǒng)存在的時間同步孤島即將消失，一張張全新的時間同步網(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。