电力系统自动化GPS精确对时的解决措施

电力系统自动化GPS精确对时的解决措施

李波

杭州汉邦电力工程设计有限公司浙江省杭州市311200

摘要：在电力系统以及自动化统一对时的问题上，提出了在一个变电站内共享一台GPS，经过GPS同时产生IRIG-B码，再进行微机保护并用RS-422/485对一切自动化装置同时对时，GPS资源共享，该计划的特点是对时准确。

关键词：电力系统自动化；微机保护；GPS对时；IRIG-B码

引言：

80年代之后，建立了各级电网调度自动化且大批应用了在电力系统上的微机保护，在要求上对电力网对时间统一越来越迫切。在精确统一的时间基准的前提下，可以在发生操作和故障，或发生连续故障是在短功夫内的情形之下，对微机保护的动作行为、故障类型、故障原因、故障发生发展过程的能更加方便的分析。对两端录波数据都有同一时间基准特别是对故障录波，是可以对两端录波数据利用并对其进行故障测距的，采样数据是都有同一的时间标签的对于在线路保护分相差动保护原理的应用上，通道同时调整是不需要的。此外，精准统一的时间基准在现代电网的负荷管理中区域稳定管控也是需要的。所以，提高电网自动化和安全运转需要电力网时间的精准和统一的。我国电力系统在时间统一方面是做过许多工作的，但是种种原因的限制，这一问题就一直没有解决。因此，为了满足电力系统对时间统一的要求急切需要寻找新的办法。

一、分析时钟偏差的原因

1.1GPS能提供精确的时间

精准到1毫秒是各微机装置产生的事件信息标识的要求，因此时间分辨率位1毫秒是电力自动化系统对事件信息的要求，而对微秒不做任何要求。在用于WAMAP系统的IEEEC37.118通信协议，时间表示上是采用的是时间因子的方式，送到毫秒就是几乎一切电力自动化系统通信协议的基本要求，要分析到微妙只需要在必要时通过主站就行了。

GPS的输出误差的情况是不会引起目前存在的微机装置时钟偏差的，因为GPS中的PPM、PPS、IRIG-B的同步时钟输出精度是纳秒级的（不到0.1微秒），与电力系统自动化对时间分析对精度相比要求是很高的的。时钟的误差只能是微秒级的，即便厂站内给不一样的微机装置校时且使用多台GPS。

1.2时钟同步方式多样化

串口通讯同步时钟、IRIG-B同步时钟、网络同步时钟（SNTP）脉冲（PPS、PPM）同步时钟4种方式属于GPS同步时钟。

表示时钟信息的方式是每秒100脉冲的是IRIG-B同步时钟使用的，时、分、秒、本年度第1日到当前日的总天数的日信息都是由这些信息提供的；1个100毫秒宽的脉冲是PPM分脉冲在每一个整分钟到来时发出来的，这样PPM可以提供精准的秒、毫秒时间信息；这样PPS要提供精准的毫秒时间信息，1个脉冲要发出在PPS妙脉冲每一个整秒钟到来时；要求微机装置上报的事件时间要包含年、月、日、时、分、秒、毫秒等时间信息是多数电力系统通信规约，

但不管什么方式，电力自动化规定的1毫秒的要求GPS时钟同步的分辨率是能符合的。

效果会产生不同的校时当对GPS进行时钟同步使用的不同方式时，就是外界补充给出年的时间信息是IRIG-B需要的，这样装置的时间才能完全正确；PPM和秒脉冲是需要外界补充给出年、月、日、时、分的时间信息，装置的时间才会完全正确。装置自身的时钟或微机装置与其他外部设备的通信被动授时是这些外部补充的时间信息一般来源。就算GPS，通信规约的时钟同步（软对时）也是存在的，在传统的时钟同步上如果采用脉冲形式，就算有了GPS，也还是需要增补的通过规约软对时的方式。

1.3时间上的误差由多种时钟同步方式的配合不合适招致的；

采用多种时钟同步共存的方式是大多数厂站的情况，IRIG-B、脉冲、规约软对时共存的情况是很广泛的。

首先，咱们来剖析一下IRIG-B时钟同步方式中的的2种误差状况；

第一种误差，IRIG-B同步时钟，是很容易计算出月和日的，它的时间信息只是含有当前日是在今年年的第几天的信息不含有年，，但也是会偏差的如果年不正确且又遇到闰年。

第二种误差，在微机装置采用GPS的IRIG-B方式校时，也同时接受了其他主站的规约软对时，在接纳其他主站对时后，因为主站时间通过通信链路后，多少会存在一些时间上的延迟，并且对到毫秒是规约对时的要求，微机装置所授的主站时间是会呈现误差的，如果没有得到精确的误差纠正，而此时装置内的时钟是不正确的，那么事件的时间也是会发现误差的。

最后，咱们来剖析一下PPS时钟同步方式呈现的2种误差状况：

第一种误差，年、月、日、时、分、秒的信息是不被PPS方式时间信息蕴含的，规约软对时是这些信息的必须依靠，或者由人工对微机装置进行设置而取得。假如缺少规约软对时，也没有对微机装置的进行人工设置系统时间，微机装置的时间就会呈现误差。

第二种误差，在采纳GPS秒脉冲校时的微机装置，其余主站的规约的软对时也同时承受，当接受其他主站对时后，时间在年、月、日、时、分、秒上正确了，多少会存在时间的延迟是因为主站时间通过通信链路，毫秒就会存在误差的，微机装置所授的主站时间也会有误差在没有得到精准的误差纠正后。

二、推荐解决措施

2.1国外的微机产品广泛使用的IRIG-B时钟同步模式是逐步推行采用IRIG-B的时钟同步方式，它本身具备时、分、秒、毫秒的时钟信息是比脉冲校时更大的长处，还可以得出月和日通过对日的计算，仅是在微机装置上核准年的信息就可以了，对于外部的时间信息的补充不需要就很精确了。因为这种形式要避免软对时的干扰，所以在推广采用该方式时，还需要功能是能具备关闭与主站通信软对时，GPS信号丢失应该要有告警的功能。

然而脉冲方式（PPM、PPS）是目前国内基本上应用的的微机装置产品，该方式简单且实用，却需要外部补充时间信息关于年、月、日、时、分、秒，如果不能很好的与主站配合，就会产生很大的误差，给电力系统故障分析带来很大的困扰，很难表现GPS的优越性。

2.2调整对时模式逐渐完善既有系统

由于目前比较多的采用脉冲校时的微机装置，处于生产运行状态的是大多数，推广IRIG-B的校时方式在这一时是很难的，不提议对微机装置的对时程序进行修正也是为了安全生产着想，可以做一些相应调整根据脉冲对时的一些特点，要基本保证时间的准确性。

第一种方法，使得微机装置的时间有差主要原因是主站软对时，主站软对时模式的调整，只在微机装置启动时进行一次微机装置软对时的是主站，不能再对该装置进行对时了如果确认对时成功后，就保证了微机装置的时间的准确。这不光要求主站修改规约对时程序，主站下发的对时命令微机装置只接纳一次，而且每一个微机装置能否正确接纳GPS的脉冲对时也是需要确认的，这样就能做出相应的告警当GPS信号出现问题时。

第二种方法，封锁一切软对时的机制在微机装置上，核识每个微机装置的年、月、日、时、分、秒的时间信息经过采用人工方式，并且生产制度也是需要完善的，在微机装置重新发动之后，微机装置的年、月、日、时、分、秒的时间信息必需重新核查。这样GPS的脉冲对时就可以保证对毫秒精准的要求。

三、结语

以上所提出的自动化时间同步问题实际上很是广泛的，我希望可以减少自动化时标不一致的情况经过文中提出的措施，在新的采用厂站采用新的模式也是愈加希望的。可以提供精准的时间信息为电力自动化的故障剖析。

参考文献：

[1]黄益庄.《变电站综合自动化技术》.中国电力出版社行口对时、码对时三种，以下分别讨论这三种对时方式-变电站自动化系统中的应用以及IRIGB的实现

[2]熊志昂.《技术与工程应用》.国防工业出版社.GPS脉冲对时