電力系統(tǒng)時(shí)鐘同步原理及授時(shí)方式詳解

電力系統(tǒng)時(shí)間同步及其原理當(dāng)前，電力系統(tǒng)的時(shí)間同步主要通過(guò)確定變電站內(nèi)GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)統(tǒng)一狀態(tài)，以及對(duì)于一些比較陳舊的變電站要進(jìn)行時(shí)間同步的配置。

在電力系統(tǒng)的運(yùn)用中，時(shí)間同步是一種最基本的應(yīng)用，也在不斷的更新技術(shù)以及工藝。但是在GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)中，由于設(shè)備的品牌不同，這就使得站內(nèi)、站與站之間的時(shí)間不能統(tǒng)一。在運(yùn)行的過(guò)程中，時(shí)間接受系統(tǒng)之間不能相互通用，這就會(huì)造成內(nèi)部之間的運(yùn)行不能準(zhǔn)確備份，難以保障整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。因此電力系統(tǒng)的設(shè)備更新要逐漸擴(kuò)展到發(fā)電廠、變電站控制中心、調(diào)度中心等，加強(qiáng)時(shí)間同步技術(shù)，并且要基于不同的授時(shí)源建立時(shí)間同步，而且要互為熱備用。

現(xiàn)代的時(shí)鐘同步的原理是在電力系統(tǒng)中安裝了監(jiān)控裝置、PMU、故障錄波器、微機(jī)保護(hù)裝置、分時(shí)電能表等。這些自動(dòng)化設(shè)備的內(nèi)部都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，但是這些電子鐘也有可能出現(xiàn)的誤差是：初始值設(shè)備的不夠準(zhǔn)確;石英晶體振蕩頻率誤差及其頻率振蕩的溫度漂移和老化漂移;電路中電容量的變化等。因此要對(duì)這些電子鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，其中的原理就與我們?nèi)粘Ｉ钪械膶?duì)手表一樣，要定期對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)前主要是利用GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)取得時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成各種自動(dòng)化設(shè)備需要的時(shí)間信號(hào)輸出，這就實(shí)現(xiàn)了各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備的時(shí)間統(tǒng)一。

電力系統(tǒng)內(nèi)時(shí)間同步技術(shù)時(shí)鐘同步技術(shù)能夠使電力系統(tǒng)中的智能電子設(shè)備獲得統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，因此這種技術(shù)對(duì)于電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、并網(wǎng)管理和安全保護(hù)具有很重要的意義。比較常見(jiàn)的電力系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)有：

脈沖對(duì)時(shí)：脈沖對(duì)時(shí)也叫做硬對(duì)時(shí)，其原理是利用脈沖的準(zhǔn)時(shí)沿即上升沿或者下降沿來(lái)校準(zhǔn)被授時(shí)設(shè)備。脈沖對(duì)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是授時(shí)精度比較高，在使用過(guò)程中被動(dòng)點(diǎn)的適應(yīng)性比較強(qiáng);缺點(diǎn)是僅僅能夠校準(zhǔn)到秒，其他的數(shù)據(jù)都需要人工預(yù)置進(jìn)行。其中比較常用的脈沖對(duì)時(shí)的信號(hào)有1PPS、1PPH等信號(hào)。

串口報(bào)文對(duì)時(shí)：這種對(duì)時(shí)也稱為軟對(duì)時(shí)。它是通過(guò)利用一組時(shí)間數(shù)據(jù)并按照一定的格式進(jìn)行的，在串行通信的接口發(fā)送給被授時(shí)裝置，被授時(shí)裝置就會(huì)利用這組數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)內(nèi)部時(shí)鐘。串口報(bào)文對(duì)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)比較全面、不需要任何人工預(yù)置;缺點(diǎn)是授時(shí)精度比較低，報(bào)文的格式需要授時(shí)和被授時(shí)裝置雙方進(jìn)行約定。其中常用的串行通信接口有RS-232，RS-422或RS-485等接口通信。

時(shí)間編碼方式對(duì)時(shí)：這種時(shí)鐘同步技術(shù)主要是為了解決兩種對(duì)時(shí)方式的矛盾，通常采用脈沖和串口相結(jié)合的方法，但是在輸送的過(guò)程中需要同時(shí)輸送兩種信號(hào)，這就造成了信號(hào)的矛盾，因此為了解決這種矛盾，目前采用的是國(guó)際上通用的時(shí)間格式碼。它的原理是將脈沖對(duì)時(shí)的準(zhǔn)時(shí)沿和串口報(bào)文對(duì)時(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，這樣就能夠組成一個(gè)脈沖串，最終來(lái)輸送時(shí)間信息。因此被授時(shí)設(shè)備就能夠通過(guò)這個(gè)脈沖串中解析準(zhǔn)時(shí)沿和一組時(shí)間數(shù)據(jù)。這種碼被稱為IRIG-B碼，研究表明：時(shí)間編制碼方式對(duì)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)比較全面，其中對(duì)時(shí)的精度比較高，不需要人工預(yù)置，但是它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，很有可能帶來(lái)一些困擾。

網(wǎng)絡(luò)方式對(duì)時(shí)：網(wǎng)絡(luò)方式對(duì)時(shí)主要是基于時(shí)間協(xié)議NTP，精確時(shí)間協(xié)議PTP。當(dāng)前比較簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議SNTP應(yīng)用的比較多。網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘傳輸是以1990年1月1日0時(shí)0分0秒算起時(shí)間戳的用戶數(shù)據(jù)協(xié)議報(bào)文，PTP所具備的的雙重優(yōu)點(diǎn)能夠滿足對(duì)時(shí)間精度的要求。PTP系統(tǒng)是支持PTP時(shí)鐘同步協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)PTP系統(tǒng)通常包括PTP時(shí)鐘同步設(shè)備和各種普通設(shè)備、終端等。網(wǎng)絡(luò)授時(shí)方式可以接入網(wǎng)絡(luò)的任何系統(tǒng)提供對(duì)時(shí)。

影響時(shí)鐘同步精度的因素有兩個(gè)：時(shí)間戳數(shù)據(jù)精度、路徑延遲對(duì)稱情況。

電力系統(tǒng)中GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘同步技術(shù)的作用 在電力系統(tǒng)中時(shí)鐘同步技術(shù)的作用是能夠相位測(cè)量。在電力系統(tǒng)中的電壓和電流波形基本上是通過(guò)正弦波、頻率、幅值和相角弦波等要素，在電力系統(tǒng)中，頻率是相同的，幅值比較容易測(cè)量，其中相角測(cè)量是一個(gè)難題。對(duì)于故障測(cè)距，在電力系統(tǒng)中，輸電線路經(jīng)常發(fā)生各種故障，線路比較長(zhǎng)，并且地形比較復(fù)雜，但是GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用輸電線路發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)將產(chǎn)生線路兩端以光速進(jìn)行的行波，如果能在同一時(shí)間基準(zhǔn)下記錄兩端首次接受到的行波時(shí)刻，就很容易確定出故障點(diǎn)的位置，這就是行波測(cè)距的原理;雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在雷電閃產(chǎn)生電磁波往空間各個(gè)方向傳播時(shí)，各個(gè)基站測(cè)出接收到電磁波的時(shí)間和電磁波的幅值，同時(shí)能夠傳送到中心站，這樣就可以測(cè)量出雷閃位置以及雷電流的大小;繼電保護(hù)，GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)的繼電保護(hù)有線路差勁保護(hù)和保護(hù)聯(lián)合調(diào)試。

GPS和北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)衛(wèi)星同步時(shí)鐘技術(shù)在電力系統(tǒng)中的使用，能夠有效地減少檢修和運(yùn)行人員的工作量，使變電站內(nèi)部的運(yùn)行設(shè)備得到統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間基準(zhǔn)，方便了設(shè)備運(yùn)行，提高了電力系統(tǒng)中自動(dòng)化的水平。