智能电网调度控制系统双机对时研究

谢培元，曾次玲，谷丰强，陈俊杰，刘 力，马静雅

(1.湖南省电力公司电力调度控制中心，长沙 410007；2.北京科东电力控制系统有限责任公司，北京 100087)



智能电网调度控制系统双机对时研究

谢培元1，曾次玲1，谷丰强2，陈俊杰1，刘 力1，马静雅2

(1.湖南省电力公司电力调度控制中心，长沙 410007；2.北京科东电力控制系统有限责任公司，北京 100087)

针对GPS时钟故障可能引起智能电网调度控制系统时间跳变的隐患，提出修改对时机制以及双机对时技术方案，同时分析编码对时原理，双机对时工作原理、结构及配置，介绍双机接线方式及服务器时钟自动监视方法，对时钟同步系统在智能电网调度控制系统中应用有一定指导作用。

智能电网；调度控制系统；双机对时；IRIG-B

为保证电网安全可靠运行，各种自动化设备(系统)已在变电站、电厂、调度主站广泛应用，如智能电网调度控制系统、电能计量系统、水调自动化系统、远动终端、故障录波联网系统、继电保护故障信息系统、电能质量监测装置、配电自动化系统、调度数据网络、电力二次系统安全防护、相量测量装置、用电负荷管理系统、火电机组分散控制系统及各种带时标的测控装置等。这些自动化设备(系统)均是以计算机技术和通信技术为基础的，其正常运转和功能的发挥，均离不开统一的全网时间基准[1]。

自动化装置内部都带有实时时钟，其固有误差难以避免，随着运行时间的增加，积累误差越来越大，会失去正确的时间计量作用[2]，因此，如何对实时时钟实现时间同步，达到全网的时间统一，长期以来一直是电力系统追求的目标。目前，在湖南电网中的这些装置内部的实时时钟一般都带有GPS时间同步接口，利用GPS输入的基准时间实现时间同步[3-10]。

1 引起时间跳变可能的隐患及对策

智能调度控制系统中授时节点服务器采用串口和GPS时钟对时，所有的服务器与工作站均与授时节点服务器进行对时。授时节点服务器通过读取串口报文修正时间，时钟发送串口报文发生跳变时，授时节点服务器无错误校验，只是简单的判断是否超过一个阀值(湖南智能电网调度控制系统前期设置为3 600 s)，在阀值内则直接修改授时节点时间。其他服务器和工作站采用ntpdate命令对时，而ntpdate命令没有采用时间差值比较策略，将采集到的GPS时钟信号直接更改本地的标准时间，如果GPS时钟装置故障，输出错误时间报文，就会引起智能电网调度控制系统时间跳变。

对于解决智能电网调度控制系统时间跳变的隐患，可以采用修改ntpdate命令对时机制，发现本机时间不对，存在时间差，当时间差值绝对值在1 h以上，不对本机进行对时。当时差绝对值在1 h之内，进行平滑对时方式，防止出现因对时导致系统时间跳变。平滑对时方式是采用操作系统的int adjtime(const struct timeval* delta, struct timeval* olddelta)函数进行，通过判断本机的时间是滞后还是超前，设置不同的参数，delta为负，时钟将慢走直到校正结束，若为正，时钟将走快直到校正结束。

为保证系统各节点时钟稳定性、连续性，考虑采用双时钟设备冗余设计，只要双时钟设备中有任何一路正常工作，就能完成授时功能[11]。

2 智能调度控制系统双机对时技术方案

2.1 智能调度控制系统对时方式

在《电网时间同步系统技术规范》中，智能电网调度控制系统规定对于时间精度要求小于等于100 ms，确保时钟设备时间精度满足要求。在对时系统中，主流的对时方式有NTP、TTL硬对时、串口对时和IRIG-B 4种，其对时原理和精度如表1所示。

表1 不同对时方式说明比对

对时方式对时原理精度NTP服务器通过接受GPS信号作为系统的时间基准,客户端通过定期访问服务器提供的时间服务获得准确的时间信息,并调整自己的系统时钟。100～1000ms(广域网)10～100ms(城域网)200μs～10ms(局域网)TTL硬对时TTL电平是高为5V,低接近0V的脉冲信号。当脉冲上升沿到来之时对对时装置设置秒以下的数进行清零。≤1μs串口对时被对时的自动化装置通过串行口接收卫星时钟发送的串行时间信息,按照相同的对时规约,经过解码后对时。10～100msIRIG-BIRIG-B为美国IRIG委员会的B标准,是专为时钟传输制定的时钟码,每秒输出一帧按年、月、日、时、分、秒等顺序排列的时间信息,然后输出到对时总线上,接收装置解出时间信息进行时间同步。≤1μs

因此在满足标准要求的基础上，湖南智能电网调度控制系统采用了IRIG-B的对时方式。IRIG-B码有调制IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)2种，IRIG-B(AC)的对时精度一般为10～20 ms ，而IRIG-B(DC)码的对时精度可达到亚微秒数量级。我国自动化系统设备原则上均采用IRIG-B(DC)码方式进行对时。IRIG-B对时方式的优点是对时精度高、数据全面、不需要人工预置；缺点是编码相对复杂。

由于采用其他对时方式采集的自动化信号存在时间顺序错位，难以准确描述事件顺序，不能给电网事故分析提供有效的技术支持等问题，而IRIG-B 码对时能有效解决这些问题，《电网时间同步系统技术规范》根据国内外涉及时间统一技术的有关标准、规范和要求，统一使用IRIG-B 码实现电力二次设备与时间同步系统的对时。

2.2 智能调度控制系统时钟双机模式及配置

主时钟A和主时钟B均连接GPS和北斗2根天线，在主时钟A和主时钟B之间配置2条心跳线，当某个时钟获取时间失败时，能够从另一台时钟获取时间，如图1所示。

智能调度控制系统分为3个安全区，分别为安全区I、安全区II和安全区III，其中安全区I与安全区II之间通过防火墙隔离，安全区II与安全区III之间通过物理隔离装置隔离。由于各个安全区相对独立，所以3个安全区都需要配置主、备授时节点服务器，安全区I授时节点与GPS时钟对时，安全区II授时节点时间来源于安全区I授时节点服务器，采用NTP服务对时，安全区III授时节点服务器时间来源于上海公共授时中心，采用NTP服务器对时。各安全区内其他服务器和工作站直接采用NTP client服务，全部与各自安全区授时节点服务器进行对时。

授时节点服务器NTP配置详细信息如下：

# Permit time synchronization with our time source ,but do not

# permit the source to query or modify the service on this system.

restrict default kod nomodify notrap noquery

restrict -6 default kod nomodify notrap noquery

# Permit all access over the loopback interface. This could

# be tightened as well, but to do so would

effect some of

# the administrative functions.

图1 双机时钟网络拓扑

restrict 127.0.0.1

restrict -6::1

restrict 1.1.1.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap

# Undisciplined Local Clock. This is a fake driver intended for backup

# and when no outside source of synchronized time is available.

server hn-sdf1 # local clock

server hn-sdf2 # local clock

fudge hn-sdf1 stratum 10

fudge hn-sdf2 stratum 10

# Drift file. Put this in a directory which the daemon can write to.

# No symbolic links allowed, either, since the daemon updates the file

# by creating a temporary in the same directory and then rename ()'ing

# it to the file.

driftfile/var/lib/ntp/drift

# Key file containing the keys and key identifiers used when operating

# with symmetric key cryptography.

Keys/etc/ntp/keys

3 主时钟双机接线方式及服务器时间监视

湖南省调智能调度控制系统时钟采用HY-8000时间同步时钟，HY-8000时间同步时钟双机互联接线主要涉及到B1 IRIG-B UNIT及G35 INPUT UNIT 2个模块。

B1 IRIG-B UNIT模块输出12路满足IEEE STD 1344-1995标准的IRIG-B(DC RS-422)时码接口,可驱动不少于8台标准IRIG-B(DC RS-422)设备，如图2所示。

图2 B1 IRIG-B UNIT模块

G35 INPUT UNIT模块支持1路IRIG-B(DC RS-422)时码输入，用于时间同步系统主时钟，IRIG-B IN1：IRIG-B (RS-422电平)输入接口，+端为R+，-端为R-。

双机时钟的连接线有心跳线2根和串口线2根。心跳线用于主时钟级联，传输的是B码信号；串口线为主时钟和服务器连接，传输串口报文。双机互联接线方式如图3所示。

图3 双机时钟心跳接线

为了及时发现系统设备时间异常，可以将自动化设备本地时间与GPS时钟进行对比，对比差异结果实时展示在监视界面上，便于及时发现自动化设备异常，该方案可以提高智能电网控制系统安全运行水平。

4 结束语

通过修改对时机制，采用平滑对时方式，避免了时钟跳变的风险。采用IRIG-B(DC)码方式对时以及双机对时方案，可以保证智能电网控制系统各节点时钟的稳定性、连续性，为了及时发现自动化设备时间异常，采用实时监视自动化设备的本地时钟与GPS时钟差异方案，提高了智能电网控制系统安全运行水平。

[1] 朱文治，肖晓刚.GPS卫星时钟在电网自动化系统中的应用[J].电网技术，1997,21(3):32-33.

[2] 刘 洋，张道农，于跃海，等.时间同步误差对电力自动化系统影响的定量分析[J].电力科学与技术学报，2011,26(3)：15-24.

[3] 曾祥君，黎锐烽，李泽文，等.基于IEEE 1588的智能变电站时钟同步网络[J].电力科学与技术学报，2011,26(3)：3-8.

[4] 张 坤，邓志刚，张道农，等.智能化变电站中多源自适应时间同步系统[J].电力科学与技术学报，2011,26(3)：30-34.

[5] 王玉东,尤天晴. 电力系统时间同步组网研究[J].电力系统通信,2009, 30(7):64-67.

[6] 黄 鑫,王永福, 张道农,等. 智能变电站IEC61588时间同步系统与安全评估[J].电力系统自动化,2012,36(13):76-80.

[7] 章晋龙.广东电网同步网络优化与应用研究[J].电力系统通信,2006,27(1):18-21.

[8] 王峪梅.GPS对时系统在发电厂中的应用[J].电气工程与自动化, 2011(21):7-8.

[9] 李小叶，史恒超.变电站自动化系统 GPS 对时技术分析[J].企业技术开发, 2015, 34(9):67-68.

[10] 许保落，张道农，袁文广，等.基于多时钟源的时间同步系统设计与应用[J].电力科学与技术学报，2011,26(3)：25-29.

[11] 邹建华.GPS对时系统在变电站综合自动化系统中的应用[J].电气工程与自动化,2014(18):5-6.

本文责任编辑：齐胜涛

Research on Time Synchronization of Smart Grid Power Dspatching System

Xie Peiyuan1,Zeng Ciling1,Gu Fengqiang2,Chen Junjie1,Liu Li1,Ma Jingya2

(1.State Grid Hu'nan Electric Power Company Dispatches & Communication Center, Changsha 410007,China；2.Beijing Kedong Power Control System Co Ltd,Beijing 100087,China)

According to the risk of smart grid power dispatching system time hopping caused by GPS synchronization equipment ,the paper raises the technical proposal of changing the existing synchronization mechanisms to dual active, and Analysis on the principle of dual active encoding, working principle, structure and configuration of automatic monitoring method, introduced dual connection and the server clock, it is useful for the application of GPS synchronization system in intelligent power dispatching control system.

smart grid power; dispatching system; dual-active synchronization; IRIG-B

2016-08-03

谢培元(1975-)，男，高级工程师，主要从事电力系统自动化方面的研究。

TM73

A

1001-9898(2016)05-0005-04