电力时间同步系统介绍

1、1 1成都可为科技发展有限公司成都可为科技发展有限公司2 21、绪论2、现代授时技术5、解决方案 2.1 模式一（站控层NTP、间隔层/过程层IRIG-B） 2.2 模式二（站控层NTP、间隔层/过程层PTP，间隔层IRIG-B） 2.3 模式三 （三网合一，全站PTP）3、技术发展方向3 3时间基准频率基准频率基准搬运钟、长波、卫星、地面链路。时间系统电力军事通信铁路民航广电气象金融物联网地震预报世界时历书时原子时协调世界时行业授时接口行业授时接口时间同步设备行业应用同步技术4 4 时间有两个含义： “时刻”：即某个事件何时发生； “时间间隔”：即某个时间相对于某一时刻持续了多久。 频率的定

2、义：周期信号在单位时间（1s）内的变化次数（周期数）。如果在一定时间间隔T内周期信号重复变化了N次，则频率可表达为：fN/T 频率与时间密切相关，（在数学上）通常称其为时间的倒数，这反映了频率的含义来自于对周期事件（即在一定的时间间隔内重复出现的事件）的测量这个事实。时间同步基础p时间与频率5 5信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，即在相对应的有效瞬间以同一平均速率出现通过一定的比对手段使两个时钟时刻保持一致相对时间同步，是指某个系统内的时钟所进行的时间同步绝对时间同步，是指除了完成本系统内的时间同步外，还要与国家标准时间和国际标准时间UTC相同步6 6时间基时间基准准时间原点时间原

3、点时间尺度（时间尺度（1 1秒）秒）使用情况使用情况世界时UT以本初子午线的平子夜起算的平太阳时平太阳日的1/86400准确度约为107先被历书时代替目前被原子时代替历书时时间参考点为1900年1月1日0时整。回归年长度的1/31556925.9747准确度达1109被原子时代替原子时TAI1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间。铯 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 ；当前的时间基本计量系统1000万年仅误差1秒世界协调时UTC与世界时原点一致国际原子时TAI和世界时UT1的结合，UTC(t)-TAI(t)=N秒（N为整数），UTC(t

4、)-UT1(t)0.9秒以闰秒方式修正UT1与TAI之间的差值，闰秒时间规定：6月30或12月31日的最后一分钟为61秒或59秒时间基准7 7频率基准u主要分类37亿年误差不到1秒8 8电力时间同步系统的演进普通厂站时间同步系统全省广域时间频率同步网全国广域时间频率同步网 2013年1月24日，国家电网因时间错误造成国调中心和四川省调相关系统和设备故障，使四川二滩电站和瀑布沟电厂发电机组异常关机。 2013年4月15日，国家电网公司国调中心发布2013年82号文件，要求加强对时间的运行管理。高精度时间同步对电力系统已经异常重要!需要必要重要异常重要单应用系统卫星单钟不同的需求对应不同的解决方案

5、数字化厂站时间同步系统9 9SDH设备,远动保护装置、测控装置故障录波、雷电定位 行波测距、监控系统OPEN3000、D5000WARMS、EMS/GIS计费系统调度技术支撑平台变电厂站二次设备或系统通信系统电力系统时间应用1010主时钟屏主时钟1主时钟2光输出时间信号扩展屏光接收光缆时间信号扩展装置时间信号扩展装置光接收时间信号扩展装置时间信号扩展装置光缆IRIG-B（DC）码脉冲IRIG-B码网络串口脉冲串口IRIG-B码网络北斗GPSB码B码时间信号扩展屏常规变电站时间同步系统组成11111212数字变电站结构数字变电站结构站控层：站控层：自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统、对时

6、系统等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能间隔层：间隔层：继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主IED等二次设备过程层：过程层：变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置1313智能变电站时间同步网典型组网模式l模式一 站控层采用SNTP/NTP授时，间隔层和过程层设备采用IRIG_B(DC)对时 典型应用：陕西延安750KV智能变电站；l模式二 配置一套北斗/GPS双卫星时间同步系统； 站控层采用SNTP/NTP授时，间隔层和过

7、程层设备采用PTP对时,间隔层 设备同时接收IRIG_B码； 典型应用：吉林长春南500KV智能变电站l模式三 配置双套北斗/GPS,站控层、间隔层、过程层均采用PTP对时方式；AB网 双网双备，同时具备两个PTP主钟在线工作，通过BMC算法决策工作状态 典型应用：辽宁何家变220KV智能变电站1414模式一 站控层采用SNTP/NTP授时，间隔层和过程层设备采用IRIG_B(DC)对时；不占用间隔层，过程层网络资源，对时网独立，各层之间采用 “点对点”方式连接，用时设备大部分都具备IRIG_B码对时接口，技术成熟，对时精度较高； 单向授时，路径时延扣除不一致，需要点对点接线，接线较多，施工繁

8、杂，无法共享站内网络资源，数字化变电站的数字化，网络化的要求不一致；组网特点早期智能站通常采用的对时组网模式。1515模式一1616模式二 站控层采用SNTP/NTP授时，间隔层和过程层设备采用PTP对时,间隔层设备同时接收IRIG_B码，只有一个PTP主时钟； 是一个过渡方案，由点对点，单向授时，到共享网络资源双向授时的过渡，PTP技术的应用还不成熟，二次设备对PTP技术的支持还不可靠，对间隔层进行了IRIG_B的冗余备份，保障间隔层对时间的安全应用，全站仅配置了一套对时设备，时间源头的冗余配置不够。组网特点2008年IEEE1588V2-2008 发布后，数字化变电站开始应用这种以太网网络

9、精确时间同步技术。1717模式二1818模式三 配置双套北斗/GPS,站控层、间隔层、过程层均采用PTP对时方式；AB网双网双备，两个PTP主钟在线工作，通过BMC算法决策工作状态；AB网核心交换机作为外部时钟失效后的备用PTP主钟； 共享网络资源授时，站控层PTP与MMS共享网络资源，间隔层、过程层PTP与GOOSE,SMV共享网络资源；组网与数字化变电站的网络结构一致，没有额外的连接线；对PTP输出的时间跳变进行严格控制，不得超过100ns;保障时钟设备在故障退出网络运行后重新进入网络参与对时的平滑接入;组网特点 现阶段，这种以太网网络精确时间同步技术在数字化变电站的IED设备的支持度高，

10、检测机构也有针对性检测，没有强制要求但设有委托性测试，也有相关的检测标准正在制定，推动该项技术的成熟和安全应用。1919模式三2020模式三2121时间同步管理模式 调度主站组网特点一： 时间同步监测中，NTP采用客户/服务器模式。该模式中，时间管理服务器为客户端，被监测设备为服务端。时间管理服务器定期向被监测设备发送报文。时间管理服务器依照被监测设备返回的时钟报文计算时钟偏差，但不会修改被监测设备的时钟监测用途NTP与对时用途NTP的区分 第一层保护，IP协议的访问控制。对时NTP服务端仅存在于时钟装置，监测NTP服务端存在于被监测装置，它们的IP地址不同，因此正确配置IP地址后，监测的请求

11、不会与对时请求混淆，保证了不同用途的NTP服务不会冲突。 第二层保护，协议标识的访问控制。通过Reference Identifier字段区分监测和对时的NTP服务。监测的NTP不应响应“TSSM”标识以外的请求报文；对时的NTP则不应响应标识为“TSSM”的请求。从而保证了任何情况下两者不会冲突。2222时间同步管理模式站控层组网特点站控层监控主机作为管理端，对时钟装置、测控装置、故障录波装置、PMU、智能终端的时钟同步状态进行监测管理，其监测原理为NTP乒乓原理（四时标）过程层组网特点对于智能终端和支持GOOSE的合并单元，时间同步监测数据和设备状态自检数据都通过GOOSE传输，其监测原理

12、为NTP乒乓原理（四时标），2323时间同步管理实施方案结构图2424时间同步管理实施方案 2525全智能型变电站时间同步模式 试点项目何家变组网特点 全站采用DL/T860标准的自动化系统，站控层网络采用MMS、G00SE、对时三网合一 共享网络资源授时，站控层PTP与MMS共享网络资源，间隔层、过程层PTP与GOOSE,SMV共享网络资源；组网与数字化变电站的网络结构一致，没有额外的连接线；对PTP输出的时间跳变进行严格控制，不得超过100ns;保障时钟设备在故障退出网络运行后重新进入网络参与对时的平滑接入;2626何家变试点项目结构图2727全智能型变电站时间同步重要性 通过交换机将MS

13、V 、GOOSE、时间同步网络合并为一个物理网络 由于MSV、GOOSE数据在网络中的传输要通过时间同步系统提供的时标信息，所以时间同步系统的稳定性、可靠性要得到保证！ 2828技术特点两网统一天地互备广域同步依托北斗广域时间频率同步系统2929整体设计灵活组态强化管理可控运行标准接口开放兼容分级实施逐步完善设计原则广域时间频率同步系统3030广域时间频率同步系统组成3131广域时间频率同步系统广域时间频率同步，频率时间两网统一分级分层在线监测，横向纵向全覆盖管理功能目标性能目标广域同步时间精度 整体优于1us提供的BITS信号满足ITU G.811、 G.812、G.813的不同等级对时间同

14、步精度进行精度测量，提供压毫秒级的测量数据;3232广域时间频率同步技术3333广域时间频率同步技术 同时提供同步的时间时刻信息，SDH通信网需要的统一频率信号源 标准接口（频率传输提供2M信号，时间传输采用PTP协议），整体规划，向上兼容，零散到整体，分布实施，逐步完成。 冗余设计，时间频率的多源头 ；时钟内部源灵活配置；SDH光通信网络为网络基础；多种输出信号特性 。功能和特点3434广域时间频率同步技术服务于电网暂态、动态数据分布采样 分布式测控系统同步采样与控制 如：广域保护，广域向量测量，同步通信； 记录事件的时间、事件发生的先后次序，查找事故的原因、明晰事故发生过程；对故障分析的时

15、间精度有明确要求，行波故障测距、雷电定位对时间同步精度要求优于1us。服务于电网故障分析3535广域时间频率同步技术服务于SDH同步通信，提供BITS时钟源外部时钟源直接利用外部输入站时钟（2048kHz或2Mb/s ）线路时钟源从STMN线路信号中提取时钟每个SDH网络单元中的SETPI模块提供了输出定时和输入定时接口，接口具有G.7032Mbit/s的物理特性。外部提供的定时源一般有三种（1）PDH网同步中的2048kHZ同步定时源（2）同局中其他SDH网络单元输出的定时（3）同局中BITS输出的时钟。一般在较大的局站中，设备有称为综合定时供给系统（BITS）的时钟源。BITS接收国内基准

16、或其他如GPS的定时基准同步，具有保持功能。局内需要同步的SDH设备均受其同步。3636广域时间频率监测技术3737广域时间频率监测技术信号不足 外部时源信号状态 天线损坏 天线状态 OEM 板损坏 OEM 板状态时源异常 时间连续性状态主晶振状态 主晶振状态时钟硬件故障 设备硬件自检状态时钟电源故障 电源模块状态 对时信号源或链路故障 对时接口状态 设备未对时 对时接口状态& 对时服务状态对时信号异常 时间连续性状态 授时设备状态监测受时设备/系统状态监测3838广域时间频率监测技术站内提供各授时、受时设备监测装置时间间的同步差值站间提供中心站与监测装置间的同步差值分级测量，关联状态

17、分析同步时钟设备具备自身频率同步性能的自检信息，提供的BITS信号输出SSM同步状态信息，指示频率源质量。同步性能监测频率状态监测3939广域时间频率同步系统管理技术4040广域时间频率同步系统管理技术以调度管理层次为准，进行分级管理参与时间同步业务的所有的授时设备，电力行业业务设备和业务系统管理对象管理分级管理内容所有与对时同步有关的状态数据，测量数据，主要来自时间同步在线监测系统4141广域时间频率同步系统管理技术主要研究。1、研究组态模式，厂站端授时设备、用时设备的时间状态信息接收到调度管理平台后的表现形式；通过横向纵向比较动态分析分布各厂站的授时设备信息，把授时设备输出的时间信号属性正

18、确客观的反映出来，设备的工作状态情况反映出来，根据查询统计分析等手段对系统所管理的厂站端授时设备进行检修改造指导；2、通过对授时设备和用时设备的时间状态信息进行比较分析，了解用时设备的实际用时情况，并对用时设备进行时间功能的检修改造指导；3、完成厂站端时间设备的运行情况统计考核， 并对分析结果打印上报；4、考虑时间精度远程管理系统建设过程中，针对厂站端已建设的授时设备，如何进行管理和检测。 5、完成对全网内各分布站点的时间同步系统从授时到用时设备的全面管理和监测。4242广域时间频率同步系统管理技术 挖掘授时设备输出时间自然属性，智能分析授时设备的工作状态；建立收集的授时设备的内部各时间源时间和状态信息的关联性，以及输出时间与所有输入时间之间的数据差值，从众多的信息中提取设备输出时间的稳定性，连续性，可靠性，智能分析其授时的精度情况，可用情况；建立各信息间的关联性以及挖掘时间自然属性