电力系统时间同步管理应用分析与研究

徐 帅，杨 帆，赵旭阳，李雅海

(1. 上海漕泾热电有限责任公司，上海 201507；2. 上海明华电力技术工程有限公司，上海 200090；3. 上海东土远景工业科技有限公司, 上海 201206)

时间同步系统是电力系统应用的标准配置，为电力系统的各种生产系统和设备提供准确的时间同步信号，满足电力系统时间同步的要求。根据国家电网公司文件《调自〔2013〕82号<国调中心关于加强电力系统时间同步运行管理工作的通知>》的要求，对于已经投入运行的时间同步系统需要进行改造升级并同时建立完整的时间同步管理体系。在此应用需求范围内，通过对电力系统时间同步系统应用需求的研究和分析，合理有效地利用电力系统现有资源和条件，建立有效的手段和方法实现时间同步状态的监视和管理[1-2]。

1 电力系统时间同步系统概述

电力系统时间同步系统由设在各级电网的调度机构、变电站(发电厂)等的时间同步系统组成。电力系统时间同步系统技术规范[3]中定义了时间同步系统的典型应用结构图，如图1所示。

图1 时间同步系统应用结构

时间同步是各类监控系统进行数据采样、故障处理、网络监管、信息管理及事故追忆和分析的基础，是系统安全运行的重要组成部分[4]。任何参与时间同步的节点如果发生时间偏差问题，都可能影响系统的稳定运行。为了保证用户能实时掌握系统中北斗/GPS时钟运行状态，以及系统中相关参与时间同步的计算机、服务器、交换机、智能设备及相关其他系统的同步状态，建立一套完整的时间同步管理机制是完全必要的。

针对电力系统时间同步管理的研究和分析可以解决电力系统时间不同步引起设备数据信息时标误报及电力系统安全生产和运维的管理成本问题，通过有效的时间管理手段可以监视和管理电力系统时间同步状态，对于整个电力系统的时间同步性、时间同步状态、时间同步偏差等数据，降低电力系统的安全生产隐患，确保数据记录的准确性，增加电力运维生产对时间同步问题的准确定位。

时间同步管理的范围不仅针对时间同步系统中的主备时钟和扩展时钟，而且必须覆盖所有二次系统的智能设备，全面管理任何参与时间同步的所有系统和设备，其目的就是全面监测授时设备的工作状态以及各种被授时系统及设备的运行工况，实现全面的时间同步状态信息预报和维护，提高全网时钟同步水平，保证系统的安全稳定运行。

2 目前电力系统时间同步管理存在的问题

随着电力系统对时间同步管理逐步试点投入的开展，涌现出了多样化的时间管理方法和手段，但在解决问题的同时还不同程度地出现了一些时间管理的误区。

放置时间测量类仪器设备监视时间输出信号的方法虽然解决了长期运行过程中对时间信号的测量分析，但由于独立测量仪器设备仍然采用独立卫星时间源系统，其准确度及同步性状态的监测将成为此管理方案的另一个盲点，这种精密设备的老化维护管理由谁来负责监管无人问津。另外，一个盲点是对时间输出信号的监测结论说明的是这个时间信号的好坏，不能直接反应电力系统生产数据信息时间戳的数据变化问题，而电力系统真正关心的是电力系统生产数据本身的准确性和可靠性。

提供非标准化时间管理方法虽然可以有效地监视被授时系统和设备的同步性，但由于电力系统设备种类和生产厂商众多，意味着所设计的设备及其生产厂商必须进行全面的兼容性测试和升级。对于新建的系统推行实施虽然没有问题，但对于改造项目就需要完全升级所有设备，如果不能升级就只能替换，严重造成固定资产流失，势必会造成成本增加问题。

如何正确找到解决问题的方法是目前时间同步管理研究过程中的一个主要问题，同时也要求在探讨时间同步管理的应用过程中必须全面综合考虑电力系统目前的状况，任何管理措施必须贴合目前的发展方向，围绕目前电力系统的资源进行技术管理的整合和推陈出新，确保时间管理的可实施性和可操作性。

3 电力系统时间同步管理的运行经验和技术能力

目前电力系统在时间同步领域已经积累了丰富的运行经验和技术能力，时间同步管理实施过程中可以完全利用这些经验和能力，确保时间同步管理研究的正确性。

高精度的时钟源近年来在各种技术规范的指引下提高了各种可靠性的指标，状态监视管理方面已经要求实现自检数据的通信通道。通过对自身时间状态数据的发布，可以快速准确地掌握设备目前的工作状态，进一步加强并细化高精度时钟源的时间状态数据信息可提高时间管理的应用水平。目前已经要求高精度时钟源必须支持DL/T 860和DL/T 634.5104通信标准规范实现时钟源状态数据信息的监视。

强大的自动化监控系统的存在对电力系统而言是另一个强大的支撑平台，时间同步管理处理的也是各种数据信息，通过平台对接即可实现对时间管理数据信息的管理，无需增加其他支撑平台针对性进行独立管理。

随着自动化程度的不断提高，电力系统标准化通信协议和数据通道可以保障时间同步管理数据的传输，标准化的信息可以确保信息之间交互的一致性，减少管理成本。

电力系统设备具备DI/DO信号节点以及GOOSE虚拟端子，可接收外部触发信号，产生状态动作时间的SOE数据记录，通过SOE时标可快速甄别设备时间同步状态。

这些资源是电力系统的基础信息，是经过长期验证的基本资源，如果能够利用这些资源建立一套完整的时间同步管理方法则其可靠性和安全性是毋容置疑的。

4 实施方案

利用电力系统的优势资源，轻松实现一种被动型时间管理体系，如图2所示。无需增加任何设备，无需增加新的标准，仅由时间源设备按照设定的整点方式周期性发送触发信号，被监测设备产生SOE顺序事件记录提交给SCADA监控系统进行SOE时戳分析并计算出时间偏差，验证时间同步系统的时间同步性。

图2 时间同步管理体系(被动型)

由于被动型时间同步分析结果与触发源不能互通信息，无法建立有效的数据沟通机制，无法对当前分析结果进行智能化确认。因此，提出主动式测量机制建立主动型时间同步管理体系，如图3所示。主动型管理机制可实时计算监测结果，针对不稳定的数据可灵活设定智能化监测确认方法进行主动式反复验证，确保计算结果的正确性。主动型通过请求响应过程中的四个时戳动态计算时间偏差，每个回合时间源发起者即可计算出当前被监测设备的时间偏差，通过通信协议可以提交分析结果给SCADA系统，完成时间同步状态的管理。

图3 时间同步管理体系(主动型)

5 结语

无论是主动型还是被动型时间管理体系，其最大的优势在于完全利用了现有电力系统的资源，不需要增加额外的设备成本来完成时间同步的管理，解决方案的标准化技术不会带给设备厂商无形的技术管理成本，同时后期运维也可正常移交相关自动化管理部门。电力系统生产单位形式多样化，采用那种管理体系都必须结合自身的特点来考量，不能一味选择一种抛弃另一种，往往在某些时候可以为你带来意想不到的结果。

总之，时间同步管理系统的实施必须结合电力系统的实际情况，在大量的数据信息中进行数据再加工，各种技术深层研究的同时加大作业的规范化和流程的标准化，通过时间同步管理系统提高电力系统的可靠性和安全性。