一種智能變電站冗余時間同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能變電站冗余時間同步方法，智能變電站冗余時間同步系統(tǒng)采用雙主時鐘以及兩套擴(kuò)展時鐘的冗余配置，雙主時鐘接收并同步雙時間源信號，擴(kuò)展時鐘接收并同步雙主時鐘時間源信號，被授時設(shè)備接收并同步來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，對時間同步性和精度要求較高的被授時設(shè)備采用IRIG-B和IEC61588傳輸時間源信號，在雙主時鐘與雙時間源同步、擴(kuò)展時鐘與雙主時鐘同步以及授時設(shè)備與擴(kuò)展時鐘同步之前均對時間源信號進(jìn)行有效性判斷，并采取固定步長逐步調(diào)整的方式同步上時間源信號，本發(fā)明滿足了智能變電站時間同步可靠性、穩(wěn)定性、高精度的要求。
【專利說明】一種智能變電站冗余時間同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力自動化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種智能變電站冗余時間同步方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的提出，智能變電站的發(fā)展建設(shè)成為變電站的發(fā)展目標(biāo)，其智能化水平集中體現(xiàn)在基于全站數(shù)據(jù)共享的高級應(yīng)用上，且提高智能變電站自動化系統(tǒng)集成度的關(guān)鍵在于發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，簡化設(shè)備聯(lián)系，推廣網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)。時間同步系統(tǒng)是智能變電站內(nèi)必不可少的一部分，其為站內(nèi)各種電力系統(tǒng)二次設(shè)備提供時間信息及同步信息，如:調(diào)度自動化系統(tǒng)、微機(jī)繼電保護(hù)裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、遠(yuǎn)動裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)、雷電定位系統(tǒng)、智能電子設(shè)備IED等。若時間同步系統(tǒng)出現(xiàn)異常，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)采樣值數(shù)據(jù)無效，致使部分二次設(shè)備無法正常工作。因此，提高時間同步系統(tǒng)可靠性是智能變電站發(fā)展的必然要求，而提高時間同步系統(tǒng)的可靠性則是確保其可靠性的一條有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定、可靠、精確的時間同步方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種智能變電站冗余時間同步方法，包括以下步驟:
(1)雙主時鐘接收雙時間源信號；
(2)雙主時鐘對雙時間源信號有效性進(jìn)行判斷；
(3)雙主時鐘同步雙時間源信號；
(4)兩套擴(kuò)展時鐘接收來自雙主時鐘的時間源信號；
(5)兩套擴(kuò)展時鐘對來自雙主時鐘的時間源信號進(jìn)行有效性判斷；
(6)擴(kuò)展時鐘同步來自雙主時鐘的時間源信號；
(7)被授時設(shè)備接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，被授時設(shè)備通過單通道和雙通道接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，其中通過雙通道接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號的被授時設(shè)備對時間同步性和精度的要求比通過單通道接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號的被授時設(shè)備對時間同步性和精度的要求高；
(8)被授時設(shè)備對來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號進(jìn)行有效性判斷；
(9)被授時設(shè)備同步來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號。
[0005]優(yōu)選地，步驟(2)、(5)、(8)所述的時間源信號有效性判斷包括:對時間源信號進(jìn)行鑒相、濾波處理以及時間連續(xù)性判斷，若時間源信號的IPPS精度超出引入范圍或者時間源信號的跳變超過I秒，則將該時間源信號置為不可用源，并根據(jù)優(yōu)先級選擇其它源。
[0006]優(yōu)選地，步驟(3)、(6)、(9)中:若所述時間源信號為有效，則采取固定步長逐步調(diào)整輸出IPPS，直到同步上時間源信號。
[0007]優(yōu)選地，所述雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘、被授時設(shè)備內(nèi)部均設(shè)有時鐘裝置，所采用的時間均以內(nèi)部時鐘裝置為準(zhǔn)。
[0008]優(yōu)選地，所述時鐘裝置具有延遲補(bǔ)償功能模塊，雙主時鐘的時鐘裝置延遲補(bǔ)償功能模塊用于補(bǔ)償天線與雙主時鐘之間的傳輸延遲，擴(kuò)展時鐘的時鐘裝置延遲補(bǔ)償功能模塊用于補(bǔ)償主時鐘與擴(kuò)展時鐘之間的傳輸延遲，被授時設(shè)備的時鐘裝置延遲補(bǔ)償能模塊用于補(bǔ)償擴(kuò)展時鐘與被授時設(shè)備之間的傳輸延遲。
[0009]優(yōu)選地，所述雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘、被授時設(shè)備均設(shè)置有自守時功能模塊，用于在外部時間源信號均失效的情況下能夠穩(wěn)定自身的時間輸出。
[0010]優(yōu)選地，所述的雙主時鐘與兩套擴(kuò)展時鐘的工作電源均分別來自兩套獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)。
[0011]優(yōu)選地，所述雙時間源信號為GPS時間源信號與北斗時間源信號。
[0012]優(yōu)選地，所述雙主時鐘包括主用主時鐘與備用主時鐘，兩者之間采用IRIG-B互備。
[0013]優(yōu)選地，所述單通道為IEC61588通道，所述雙通道為ffiC61588通道和IRIG-B通道。
[0014]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:本發(fā)明一種智能變電站冗余時間同步方法用于將智能變電站中被授時設(shè)備的時間與時間源同步，系統(tǒng)方案主要特點(diǎn)有:采用雙時間源信號輸入、雙主時鐘以及兩套擴(kuò)展時鐘的冗余配置,雙主時鐘包括主用主時鐘與備用主時鐘，兩者之間采取互備，對時間同步性和精度要求不高的被授時設(shè)備采用IEC61588接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，對時間同步性和精度要求相對前者要求較高的被授時設(shè)備采用IEC61588和IRIG-B接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，雙主時鐘與兩套擴(kuò)展時鐘的工作電源分別來自兩套獨(dú)立的直流電源，以上措施保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘以及被授時設(shè)備在同步時間源信號之前對時間源信號進(jìn)行鑒相、濾波處理以及連續(xù)性判斷以完成時間源信號有效性判斷，在同步時間源信號時采用固定步長逐步調(diào)整輸出1PPS，直到同步上時間源信號，并且雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘以及被授時設(shè)備內(nèi)部均設(shè)有時鐘裝置，所輸出的時間均以內(nèi)部時鐘裝置為準(zhǔn)，時鐘裝置還具有延遲補(bǔ)償功能算法，雙主時鐘的時鐘裝置可以補(bǔ)償天線到雙主時鐘的傳輸延遲，擴(kuò)展時鐘可以補(bǔ)償主時鐘與擴(kuò)展時鐘之間的傳輸延遲，該時鐘裝置還具有自守時功能，在外部時間源信號均失效的情況下能夠穩(wěn)定自身的時間輸出，以上措施保證了時間同步方法的可靠性。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明方案的總體架構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明提供的冗余時間同步系統(tǒng)正常運(yùn)行的示意圖；
圖3是本發(fā)明提供的主用主時鐘GPS時間源異常時冗余時間同步系統(tǒng)的示意圖；
圖4是本發(fā)明提供的主用主時鐘GPS、北斗時間源異常時冗余時間同步系統(tǒng)的示意圖； 圖5是本發(fā)明提供的雙主時鐘GPS、北斗時間源異常時冗余對時系統(tǒng)的示意圖；
圖6是本發(fā)明提供的擴(kuò)展時鐘與主用主時鐘間通道異常時冗余對時系統(tǒng)的示意圖；
圖7是本發(fā)明提供的某臺擴(kuò)展時鐘切換至備用主時鐘后，備用主時鐘GPS時間源發(fā)生異常時冗余系統(tǒng)的示意圖； 圖8是本發(fā)明提供的被授時設(shè)備的可靠性同步方案架構(gòu)圖；
圖9是本發(fā)明提供的被授時設(shè)備主授時源異常時采用備用授時源的示意圖。
[0017]
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和效果，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0019]參照圖1，本發(fā)明一種智能變電站冗余時間同步系統(tǒng)，包括主用主時鐘、備用主時鐘、兩套擴(kuò)展時鐘、交換機(jī)以及若干被授時設(shè)備。雙主時鐘采用GPS/北斗雙時間源冗余輸入，雙主時鐘之間還采用IRIG-B互備提供了冗余的時間源，雙主時鐘不直接輸出時間源信號給被授時設(shè)備，所有的對時信號都從擴(kuò)展時鐘上給出，并且所有擴(kuò)展時鐘統(tǒng)一選擇主用主時鐘為默認(rèn)時間源，當(dāng)主用主時鐘失效或者品質(zhì)降低后再統(tǒng)一切換到備用主時鐘，擴(kuò)展時鐘采用雙主鐘時間源冗余輸入，擴(kuò)展時鐘采用雙時間源冗余輸入的目的在于防止擴(kuò)展時鐘與主用主時鐘或者備用主時鐘之間的通道故障導(dǎo)致擴(kuò)展時鐘所授時的設(shè)備丟失時鐘，所述主用主時鐘與備用主時鐘的工作電源來自兩套獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)，兩套擴(kuò)展時鐘的工作電源也來自兩套獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)，以此保證系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性。圖中合并單元1、合并單元2、智能終端、保護(hù)測控IED均為被授時設(shè)備，其中合并單元I與合并單元2為對時間同步性和精度要求較高的被授時設(shè)備，智能終端與保護(hù)測控IED為對時間同步性和精度要求相對較低的被授時設(shè)備。
[0020]參照圖1至圖7對于雙主時鐘采用GPS時間源優(yōu)先于北斗時間源，北斗時間源優(yōu)先于互備IRIG-B時間源的優(yōu)先選擇策略，參照圖2，當(dāng)冗余時間同步系統(tǒng)正常運(yùn)行時，主用主時鐘和備用主時鐘均采用獨(dú)立的GPS時間源，系統(tǒng)所有的擴(kuò)展時鐘采用主用主時鐘作為時間源，整個系統(tǒng)授時源來源于主用主時鐘的GPS時間源。
[0021]參照圖3，當(dāng)主用主時鐘GPS出現(xiàn)異常時，則切換至北斗時間源，此時系統(tǒng)所有擴(kuò)展時鐘依然采用主用主時鐘作為時間源，整個系統(tǒng)的授時來源于主用主時鐘的北斗時間源。
[0022]參照圖4，當(dāng)主用主時鐘GPS和北斗時間源均異常的情況下，主用主時鐘切換為IRIG-B互備時間源并降低輸出的時間品質(zhì)，系統(tǒng)中所有擴(kuò)展時鐘將統(tǒng)一切換至備用主時鐘,整個系統(tǒng)的授時來源于備用主時鐘的GPS時間源。
[0023]參照圖5，當(dāng)GPS和北斗時間源均異常的情況下，此時雙主時鐘都進(jìn)入自守時狀態(tài)，以內(nèi)部高精度銣鐘或恒溫晶振保證輸出信號的精度，但雙主時鐘在系統(tǒng)中的作用并不改變，系統(tǒng)中所有擴(kuò)展時鐘仍然以之前的主用主時鐘為時間源，保證所有擴(kuò)展時鐘與自守時狀態(tài)的主用主時鐘同步。
[0024]參照圖6，當(dāng)某臺擴(kuò)展時鐘與主用主時鐘之間的通道發(fā)生異常時，則將其切換至備用主時鐘,此時整個系統(tǒng)的授時仍來源于GPS時間源。
[0025]參照圖7，當(dāng)某臺擴(kuò)展時鐘切換至備用主時鐘后，備用主時鐘GPS時間源發(fā)生異常時，則本臺擴(kuò)展時鐘授時來源于北斗時間源，而其他擴(kuò)展時鐘授時仍來源于GPS時間源。為了保證雙主時鐘的時間同步性，避免當(dāng)兩臺主時鐘因?yàn)樘厥庠虼嬖谳^大偏差時引起系統(tǒng)中被授設(shè)備時間不同步問題將采用如下技術(shù)方案: 系統(tǒng)中的雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘以及被授時設(shè)備內(nèi)部均設(shè)有時鐘裝置，系統(tǒng)中所有的時鐘裝置輸出的時間都以裝置內(nèi)部時鐘(高精度銣鐘或恒溫晶振)為準(zhǔn)，不依賴于外部時間源，在同步所接收到的時間源之前該時鐘裝置會對輸入的時間源(如GPS時間源/北斗時間源/IRIG-B碼時間源)作鑒相和濾波處理，當(dāng)輸入時間源IPPS的精度超出引入范圍，則將其置為不可用源，設(shè)備不再跟蹤此源，并根據(jù)源的優(yōu)先級重新選擇其它源，這就確保了多時間源雙主時鐘之間的時間同步性，若輸入時間源IPPS精度在引入范圍內(nèi)，則該時鐘裝置將以固定步長逐步調(diào)整輸出1PPS，直到同步上輸入時間源，而不會引起輸出IPPS跳變，當(dāng)某輸入時間源出現(xiàn)大跳變時，例如北斗衛(wèi)星時間跳變大于I秒，此時該時鐘裝置還可以對時間的連續(xù)性進(jìn)行判別，對報(bào)文進(jìn)行分析，將該時間源置為不可用源，重新選擇有效的時間源，從而達(dá)到時鐘防誤的效果，該裝置具備自守時功能，當(dāng)外部時間源都失效時，以該時鐘裝置自身時間作為輸出時間，此外該時鐘裝置還具有延遲補(bǔ)償功能模塊，雙主時鐘的時鐘裝置的延遲補(bǔ)償功能模塊能夠補(bǔ)償天線到雙主時鐘的傳輸延遲，擴(kuò)展時鐘的時鐘裝置延遲補(bǔ)償功能模塊能夠補(bǔ)償主時鐘與擴(kuò)展時鐘之間的傳輸延遲，被授時設(shè)備的時鐘裝置延遲補(bǔ)償功能模塊能夠補(bǔ)償擴(kuò)展時鐘與被授時設(shè)備之間的傳輸延遲，以此保證每一步時間傳輸?shù)耐叫浴?br> [0026]參照圖8和圖9，對于時間同步性和精度要求不高的IED設(shè)備設(shè)置IEC61588 —種通道授時，采用IEC61588通道傳輸時可以較大利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施較為方便，對于時間同步性和精度要求較高的合并單元設(shè)置IRIG-B和IEC61588兩種通道授時，將IRIG-B設(shè)置為主授時通道，IEC61588設(shè)置為備授時通道，采用通道冗余使授時更加可靠，采用備授時通道時，擴(kuò)展時鐘通過IEC61588輸出授時信號到IEC61588過程層交換機(jī)，交換機(jī)對來自不同擴(kuò)展時鐘的時間源采用BMC最優(yōu)時鐘算法選擇某一擴(kuò)展時鐘最為授時源，合并單元通過網(wǎng)絡(luò)接收IEC61588傳來的授時信號作為備用授時源。
[0027]當(dāng)合并單元通過IRIG-B接收到的授時信號異常時，根據(jù)源有效性策略選擇當(dāng)前的參考授時源(如IEC61588授時源)，如系統(tǒng)當(dāng)前并無可靠的有效源，則被授時設(shè)備進(jìn)入自守時狀態(tài)并告警(圖9)。在源切換的過程中，被授時設(shè)備實(shí)時對比所有接入時間源，過濾存在與該設(shè)備時間偏差過大和輸出跳變較大的無效時間源，切換時，若該設(shè)備時間與時間源存在一定的時間偏差，則該設(shè)備按照固定的步長逐步對偏差進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)時間源的無縫切換。
[0028]上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采取等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)雙主時鐘接收雙時間源信號； (2)雙主時鐘對雙時間源信號有效性進(jìn)行判斷； (3)雙主時鐘同步雙時間源信號； (4)兩套擴(kuò)展時鐘接收來自雙主時鐘的時間源信號； (5)兩套擴(kuò)展時鐘對來自雙主時鐘的時間源信號進(jìn)行有效性判斷； (6)擴(kuò)展時鐘同步來自雙主時鐘的時間源信號； (7)被授時設(shè)備接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，被授時設(shè)備通過單通道和雙通道接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號，其中通過雙通道接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號的被授時設(shè)備對時間同步性和精度的要求比通過單通道接收來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號的被授時設(shè)備對時間同步性和精度的要求高； (8)被授時設(shè)備對來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號進(jìn)行有效性判斷； (9)被授時設(shè)備同步來自擴(kuò)展時鐘的時間源信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，步驟(2)、(5)、(8)所述的時間源信號有效性判斷包括:對時間源信號進(jìn)行鑒相、濾波處理以及時間連續(xù)性判斷，若時間源信號的IPPS精度超出引入范圍或者時間源信號的跳變超過I秒，則將該時間源信號置為不可用源，并根據(jù)優(yōu)先級選擇其它源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，步驟(3)、(6),(9)中:若所述時間源信號為有效，則采取固定步長逐步調(diào)整輸出1PPS，直到同步上時間源信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘、被授時設(shè)備內(nèi)部均設(shè)有時鐘裝置，所采用的時間均以內(nèi)部時鐘裝置為準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述時鐘裝置具有延遲補(bǔ)償功能模塊，雙主時鐘的時鐘裝置延遲補(bǔ)償功能模塊用于補(bǔ)償天線與雙主時鐘之間的傳輸延遲，擴(kuò)展時鐘的時鐘裝置延遲補(bǔ)償功能模塊用于補(bǔ)償主時鐘與擴(kuò)展時鐘之間的傳輸延遲，被授時設(shè)備的時鐘裝置延遲補(bǔ)償能模塊用于補(bǔ)償擴(kuò)展時鐘與被授時設(shè)備之間的傳輸延遲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述雙主時鐘、擴(kuò)展時鐘、被授時設(shè)備均設(shè)置有自守時功能模塊，用于在外部時間源信號均失效的情況下能夠穩(wěn)定自身的時間輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述的雙主時鐘與兩套擴(kuò)展時鐘的工作電源均分別來自兩套獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述雙時間源信號為GPS時間源信號與北斗時間源信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述雙主時鐘包括主用主時鐘與備用主時鐘，兩者之間采用IRIG-B互備。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能變電站冗余時間同步方法，其特征在于，所述單通道為IEC61588通道，所述雙通道為IEC61588通道和IRIG-B通道。
【文檔編號】G04G7/00GK103513569SQ201310424373
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】高磊, 熊漢, 張鵬, 袁宇波, 卜強(qiáng)生, 宋亮亮, 張佳敏, 劉玙 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 武漢中元華電科技股份有限公司