电力时间同步系统介绍

1智能变电站时间同步系统成都可为科技发展有限公司2目录1、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时间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时间同步设备行业应用同步技术绪论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：f＝N/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。绪论时间同步基础时间与频率5绪论同步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时间同步通过一定的比对手段使两个时钟时刻保持一致时间同步分类相对时间同步，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时间基准时间原点时间尺度（1秒）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10－7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1×10－9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)-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秒绪论时间基准7绪论频率基准主要分类石英钟温补晶振，恒温晶振，压控晶振原子钟铯原子钟、氢原子钟、铷原子钟原子钟精度：铯氢铷光钟新一代原子钟。分为原子光钟和离子光钟，2010年美国铝离子光钟，精度可达37亿年误差不到1秒8解决方案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数字化厂站时间同步系统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解决方案电力系统时间应用10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码时间信号扩展屏解决方案常规变电站时间同步系统组成11四川西昌500kV变电站拓扑图四川西昌500kV变电站系统拓扑图主时钟CT-TSS2000（GPS+北斗+铷原子授时）主时钟CT-TSS2000（GPS+北斗）北斗GPS北斗GPS时间同步系统主时钟机柜防雷器防雷器防雷器防雷器时间信号扩展装置CT-KZ001时间信号扩展装置CT-KZ001直流220V交流220V交流220V接地IRIG-B（DC）码光输出时间信号扩展装置CT-KZ001时间信号扩展装置CT-KZ001光接收光接收光电转换器B码B码B码主控继电室主变继电室220kV继电室500kV继电室直流220V交流220V交流220V接地直流220V交流220V交流220V接地直流220V交流220V交流220V接地时间扩展装置机柜时间扩展装置机柜时间扩展装置机柜光缆12解决方案数字变电站结构站控层：自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统、对时系统等，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：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：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13解决方案智能变电站时间同步网典型组网模式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；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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14解决方案模式一站控层采用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。15解决方案模式一16解决方案模式二站控层采用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精确时间同步技术。17解决方案模式二18解决方案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，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。19解决方案模式三20解决方案模式三21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ReferenceIdentifier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。22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，其监测原理为NTP乒乓原理（四时标），23时间同步管理实施方案结构图A网B网工作站1工作站2工作站3服务器1工作站2打印机监控测控故障录波远动保护设备主时钟备时钟SNTP对时SNTP对时综自系统NTP对时测量NTP对时与测量NTP对时测量NTP对时测量NTP对时测量NTP对时与测量NTP对时与测量NTP对时与测量NTP对时与测量NTP对时与测量NTP对时与测量NTP对时与测量B码对时B码对时厂站各设备时间质量体现24时间同步管理实施方案25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;26何家变试点项目结构图27全智能型变电站时间同步重要性通过交换机将MSV、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！28技术特点两网统一天地互备广域同步依托北斗技术发展方向广域时间频率同步系统29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技术发展方向广域时间频率同步系统30技术发展方向广域时间频率同步系统组成磁盘阵列网管服务器通信服务器应用服务器交换机电力调度数据网II区GPS北斗SDH一级基准时钟在线监测装置GPS北斗二次基准时钟SDHGPS北斗工作钟在线监测装置测量数据测量数据测量数据网管数据网管数据网管数据时间频率信息时间频率信息扩展装置时间频率信息广域时间频率同步系统网管数据时间在线管理监测系统在线监测装置31技术发展方向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ITUG.811、G.812、G.813的不同等级对时间同步精度进行精度测量，提供压毫秒级的测量数据;32技术发展方向广域时间频率同步技术33技术发展方向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34技术发展方向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35技术发展方向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