[發明專利]一種網絡采樣的智能變電站時鐘同步方法

在審

• 申請號: 201410833550.1
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104579624A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 沈鑫;曹敏;王昕;張林山
• 申請（專利權）人: 云南電網公司電力科學研究院
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

技術領域

本發明屬于電力系統變電站自動化技術領域，尤其涉及一種網絡采樣的智能變電站時鐘同步方法。

背景技術

智能電網已成為當前世界關注的熱點，是電網未來發展的方向。建設智能電網已成為世界各國電網發展的目標。智能電網涉及電力系統的各個方面，近年來以實現變電站全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化的基礎上，采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能電子設備，自動完成站內信息的采集、測量、控制、保護、計量等基本功能，并可以根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級應用功能的數字化和智能化變電站已從試點研究向規模化運用發展。截止2014年4月，國家已經建立并投運了近7000個數字化變電站，根據國內電網的數字化變電站建設發展規劃，3～5年之后，我國新設計的變電站項目中將有50％以上采用數字化技術。

物理結構上，智能變電站由三個層次構成：過程層、間隔層、站控層。智能變電站結構如圖1所示，每層均由相應的設備及網絡設備構成。GOOSE和SV合并組成獨立的A、B雙網，且GOOSE和SV采用共口方式傳輸。間隔層主變保護采用雙配置，過程層合并單元、智能終端均雙配置，分別掛在雙單網上；單重化設備跨雙網，其中合并器數據按DL/T860.92方式傳輸。在圖1組網模式下，采樣值從合并單元以IEC61850-9-2方式輸出，采樣率為4000Hz，其同步方式采用IEC61850-9-2報文中的SmpCnt(采樣值計數)位來實現。當整秒同步脈沖到達時，SmpCnt位清0，每發一個幀采樣值，SmpCnt就加1，直到3999，然后又從0開始計數。網絡上的IED設備，只有收到SmpCnt相同的報文時，表示同一時刻的數據。如圖2所示，以主變三側差動為例，差動保護讀取采樣值報文中的SmpCnt位，當三側的SmpCnt位相同時，表示這三個點為同時刻的數據，可以參與保護的重采樣處理。差動保護在接收到某一側的報文后，就需要等待其他側SmpCnt相同的報文。

目前由于國內外制造廠家對時系統制造工藝、硬件元件的選擇、軟件程序及邏輯的設計，導致存在很多問題，主要包括GPS源和北斗源無法正常切換；對時系統時間跳變；對時精度差；某一時鐘擴展板的輸出時間與其他擴展板的輸出時間存在較大差別、長期穩定性等問題。合并單元廠家對采樣值的處理方法是完全依賴對時系統，也就是當對時系統時間跳變時，合并單元采樣SmpCnt位也跳變；當某一側的時間與其他側不一致，使SmpCnt位不一致時，產生角差，從而導致差動保護誤動。

目前國內外主流智能變電站同步方案主要采用秒脈沖(PPS)、網絡對時(SNTP)、IEEE?1588和IRIG-B碼方式，此外也提出了一種基于彈性分組環(RPR)雙環的智能變電站秒脈沖同步方案。時鐘同步對智能變電站極其重要，影響主變差動保護的正確動作、線路光纖差動保護、監控系統和事件順序(SOE)分辨率等。

發明內容

本發明目的在于解決現有技術問題，提供一種網絡采樣的智能變電站時鐘同步方法。

本發明采用雙主時鐘冗余備份，雙主時鐘由主時鐘A和主時鐘B組成；擴展時鐘由從時鐘1至從時鐘n組成，所有擴展時鐘統一選擇主時鐘A為默認時間源，當主時鐘A失效后再統一切換到備用主時鐘B，保證全站所有的時間同步信號使用同一個時間源；北斗時間源作為主時鐘A，GPS時間源作為主時鐘B；同時可根據實際需要調整GPS時間源、北斗時間源、B碼時間源的優先級；B碼時間源為主時鐘和備用時鐘聯系的時間信號，通過的①和②傳輸。本發明采用的優先級設置為：北斗時間源>B碼時間源>GPS時間源，這樣可以避免當兩臺主時鐘A和主時鐘B因為特殊原因存在較大偏差時引起裝置不同步的問題。即所有的擴展時鐘在同一時間只與一臺主時鐘同步，保證被授時設備接收時間信息的統一性。

所有的擴展時鐘(從時鐘1至從時鐘n)內部都安裝銣原子鐘。當確認外部時間源正確且穩定后，控制內部銣原子鐘，使內部銣原子鐘與外部時間源同步，從而達到輸出的時間同步信號與外部時間源同步的目的。如果外部時間源丟失或不穩定，所有的擴展時鐘能夠以內部銣原子鐘進行高精度守時，保證輸出穩定。在時間源切換時，如果兩個時間源主時鐘A和主時鐘B之間存在較大偏差，裝置以一定步長，該步長最大值可設置，優選步長400ns，調整內部銣原子鐘與外部時間源同步，保證輸出時間同步信號跳變不會超過這個步長。