整合電力系統衛星時間同步孤島解決方案

整合電力系統衛星時間同步孤島解決方案

電力系統對統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已經成為現代化電力系統穩定運行的重要基礎。

時間系統孤島林立

　　通常來講，現有電力系統都是簡單通過在變電站等機房內部配置GPS衛星接收機的方式來獲得時間信息。由于不具備各分散GPS接收機的網管能力，全電網統一的時間同步機制還沒有形成。各個電廠、變電站、調度中心都是時間孤島，各機房的時間系統也沒有統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致的各種問題無法預防：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，且安裝過程復雜，時間系統的安全性缺乏保障；所有站點準同步，無統一的時間同步網絡實現全網同步；GPS接收機廣泛使用，各站點不能共享，資源浪費嚴重；現網時間設備種類繁多，制式不一，大多數不能納入網管，只能人工現場維護；GPS信號一旦發生故障，則守時性能低，同步質量下降。

　　因此，這些系統和裝置均需要使用統一的、精確的時間，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間源，才可以更好的實現各系統的運行監控和故障分析，可以通過各種電力系統自動化控制設備的開關動作、調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，電力系統迫切需要建立統一的時間同步網絡，變準同步的時間同步孤島為等級同步的樹狀網絡；時間同步的基準要做到多元化，避免單一GPS時間的風險；時間同步設備要做到可管理，制式要統一，提高可維護性。

　　時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鐘是同步的，時間同步是指不同系統之間的絕對時間是相同的。例如在通信系統中，每個系統都有內部時間，包括時分秒等，但是由于每個系統內部時間獨立運行，各個系統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之間的時間偏差控制在特定范圍之內的一種技術。

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

·       如何組網？

為了滿足電力系統對時間同步的特別需求，新型時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；能夠組建時間同步網，可以跟蹤上級時間同步節點的時間源，也可以向下級時間同步節點分發時間；支持時間延時的自動補償功能；能夠納入網管中心統一管理和維護；具有豐富的時間同步接口和較高的端口密度；內置光收發模塊，通信機房和保護小室之間通過光纖組網，且延時可自動補償。

因此，典型的組網方案為：調度中心放置一級時間同步設備，可以跟蹤GPS或者北斗衛星；通過V.24協議將DCLS時間碼承載到傳輸網上，電廠和變電站可以從傳輸網上獲得調度中心的時間作為地面備份；時間在傳輸網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度中心相同配置，同時引入調度中心通過傳輸送過來的地面備用時間源。在衛星不可用的情況下，將主用時間源GPS或者北斗衛星切換到備用時間源上，避免進入守時狀態，保證精度。

在變電站的保護小室可以放置二級時間同步設備，不配置衛星接收卡，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星的精度。

所有的時間同步設備都能通過DCN網進行維護管理，對于沒有DCN網點場合，例如保護小室，則可以通過網管系統進行管理，從而實現全網設備的可維護可管理。

·       時間服務器是核心

時間服務器是時間同步系統的核心設備，也是電力系統時間同步網絡必不可少的組件。時間服務器的特性，直接決定著整個時間同步網絡的精度、可靠性和安全性。建設高質量的時間同步網絡，離不開高質量的時間服務器。

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

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

衛星跟蹤能力。從安全性和可靠性考慮，時間服務器設備需要具備跟蹤多種衛星系統并獲取時間同步信號的能力，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。為了滿足不同的需求，時間服務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間服務器；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器等。
　　　
組網可擴展能力。時間服務器設備需要支持多個光接口，每個主設備可以通過光口級聯若干個從設備，同時從設備可以將時間碼通過光口環回，這樣從設備可以獲得時延參數，自動補償時延。可以滿足從通信機房到多個保護小室的時間同步組網，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，時間服務器需要同時支持220V交流和-48V直流電源。

　　目前，對于在專網行業系統的時間同步問題，尚無行業標準規范。華為基于在電信運營領域已經積累了豐富的時間同步解決方案和實際工程部署經驗，旨在為電力系統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、北京電力成功完成測試和試驗網建設。我們相信，在電力等專網系統存在的時間同步孤島即將消失，一張張全新的時間同步網絡即將形成，并為各行各業的飛速發展提供基礎保障。