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整合电力系统卫星时间同步孤岛解决方案

电力系统对统一时间的要求愈来愈迫切，高精度、可管理、高可靠的时间同步网已经成为现代化电力系统稳定运行的重要基础。

时间系统孤岛林立

　　通常来讲，现有电力系统都是简单通过在变电站等机房内部配置GPS卫星接收机的方式来获得时间信息。由于不具备各分散GPS接收机的网管能力，全电网统一的时间同步机制还没有形成。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性标准。

　　于是，由于时间同步不良而可能导致的各种问题无法预防：所有的时间基准依赖GPS，而GPS时间受制于天气因素和政治因素，且安装过程复杂，时间系统的安全性缺乏保障；所有站点准同步，无统一的时间同步网络实现全网同步；GPS接收机广泛使用，各站点不能共享，资源浪费严重；现网时间设备种类繁多，制式不一，大多数不能纳入网管，只能人工现场维护；GPS信号一旦发生故障，则守时性能低，同步质量下降。

　　因此，这些系统和装置均需要使用统一的、精确的时间，才能够准确完成规定的功能和特定的配合工作。另外，只有具备了统一精确的时间源，才可以更好的实现各系统的运行监控和故障分析，可以通过各种电力系统自动化控制设备的开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。


整合时间同步孤岛

　　基于以上问题，电力系统迫切需要建立统一的时间同步网络，变准同步的时间同步孤岛为等级同步的树状网络；时间同步的基准要做到多元化，避免单一GPS时间的风险；时间同步设备要做到可管理，制式要统一，提高可维护性。

　　时间同步与传统的频率同步是不同的概念，频率同步指不同系统之间的时钟是同步的，时间同步是指不同系统之间的绝对时间是相同的。例如在通信系统中，每个系统都有内部时间，包括时分秒等，但是由于每个系统内部时间独立运行，各个系统之间的时间不一定是相同的。时间同步就是将各个不同系统之间的时间偏差控制在特定范围之内的一种技术。

　　而不同的电力自动化系统对时间的精度有着不同的需求，对时间同步系统信号的种类也是多样化的。“线路行波故障测距装置”、“雷电定位系统”和“功角测量系统”等时间同步精度需要达到μs级的要求；“变电站监控系统”、“配电网自动化系统”和“微机保护装置”等自动化控制和监测类设备时间同步精度需要达到ms级的要求；“电能量计费系统”、“电力市场交易系统”和“自动记录仪表”等计费和交易类系统的时间同步精度需求则通常为秒级。

·       如何组网？

为了满足电力系统对时间同步的特别需求，新型时间同步系统需要具备如下功能：能跟踪GPS，也能跟踪地面参考源和北斗卫星，互为备份；能够组建时间同步网，可以跟踪上级时间同步节点的时间源，也可以向下级时间同步节点分发时间；支持时间延时的自动补偿功能；能够纳入网管中心统一管理和维护；具有丰富的时间同步接口和较高的端口密度；内置光收发模块，通信机房和保护小室之间通过光纤组网，且延时可自动补偿。

因此，典型的组网方案为：调度中心放置一级时间同步设备，可以跟踪GPS或者北斗卫星；通过V.24协议将DCLS时间码承载到传输网上，电厂和变电站可以从传输网上获得调度中心的时间作为地面备份；时间在传输网上的延时可以在接收端自动补偿。

电厂和变电站的通信机房可以采取与调度中心相同配置，同时引入调度中心通过传输送过来的地面备用时间源。在卫星不可用的情况下，将主用时间源GPS或者北斗卫星切换到备用时间源上，避免进入守时状态，保证精度。

在变电站的保护小室可以放置二级时间同步设备，不配置卫星接收卡，通过光纤接收通信机房的时间，并自动做延时补偿，使之精度能够达到跟踪卫星的精度。

所有的时间同步设备都能通过DCN网进行维护管理，对于没有DCN网点场合，例如保护小室，则可以通过网管系统进行管理，从而实现全网设备的可维护可管理。

·       时间服务器是核心

时间服务器是时间同步系统的核心设备，也是电力系统时间同步网络必不可少的组件。时间服务器的特性，直接决定着整个时间同步网络的精度、可靠性和安全性。建设高质量的时间同步网络，离不开高质量的时间服务器。

由于电力系统的特殊要求，除传统意义时间服务器的功能外，还存在诸多特殊需求，是在组建电力系统时间同步网时所必须考虑的：

端口能力。时间服务器需要支持多种输出端口类型，包括静态空接点、串口、光纤接口、IRIG-B接口、以太网接口等，以便适应与各种自动化设备的时间信号连接需求。

卫星跟踪能力。从安全性和可靠性考虑，时间服务器设备需要具备跟踪多种卫星系统并获取时间同步信号的能力，主要的卫星系统包括GPS、GLONASS和北斗系统等。
内部振荡源的支持能力。为了满足不同的需求，时间服务器设备需要具备多种内部振荡源的灵活配置能力，以便达到合理控制投资的目的。例如对于高保持和高精度的需求，可以配置铷钟振荡源，如中心机房的一级时间服务器；对于普通时间精度的要求，可以配置晶体钟振荡源，如各变电站的二级时间服务器等。
　　　
组网可扩展能力。时间服务器设备需要支持多个光接口，每个主设备可以通过光口级联若干个从设备，同时从设备可以将时间码通过光口环回，这样从设备可以获得时延参数，自动补偿时延。可以满足从通信机房到多个保护小室的时间同步组网，能够达到变电站的所有机房覆盖。

供电方式。因为通常在通信机房直接使用-48V支流电源，而在继保机房则需要使用220V交流电源，时间服务器需要同时支持220V交流和-48V直流电源。

　　目前，对于在专网行业系统的时间同步问题，尚无行业标准规范。华为基于在电信运营领域已经积累了丰富的时间同步解决方案和实际工程部署经验，旨在为电力系统提供电信级可靠性和高精度的时间同步方案，并已在南方电网、北京电力成功完成测试和试验网建设。我们相信，在电力等专网系统存在的时间同步孤岛即将消失，一张张全新的时间同步网络即将形成，并为各行各业的飞速发展提供基础保障。