浅析智能变电站高精度时钟同步方法 杨富栋
智能电网高精度时间同步方法
（ 长沙 理 工 大 学 电气 与信 息 工程 学 院 ， 南 长 沙 湖 ４０ ０ ） １ ０４
捅 要 ： 据 智 能 电网 对 时 间 同 步 要求 高精 度 和 高安 全 性 的原 则 ， 智 能 电 网 时 间 同 步 方 案 进 行 研 究 ． 用 北 斗 ／ 根 对 采 Ｇ Ｓ双模 授 时 和 Ｉ Ｅ ５ ８协 议 相 结 合 的 电力 系统 时 间 同步 技 术 ， 据运 行模 式 和 授 时精 度 的不 同分 别 给 出适 用 Ｐ Ｅ Ｅ１８ 根 于 主 站 、 站 的 不 同时 间 同 步 配 置方 案 ， 而 实 现 整个 智 能 电 网 的时 间 同 步． 对 时 间 同 步 系 统 的 误 差 进 行 分 析 与 子 从 并
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６３９４ （０１０— ３—５ １７—１０２１）３ ０５０ ０
Ｈｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ｔｍ ｅ ｓ ｎ ｈ Ｏ ｚ ｔＯ ｅ ｈｏ ｏ ｍ ａ ｔｇ ｉ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎｉ ａ ｉ ｎ ｍ ｔ ｄ ｆ ｒ ｓ ｒ ｒ ｄ
Ｌ ｅｗｅ ＹＡＮＧ ｉ ｇｙ ， ＮＧ ｕ ｒ ｎ Ｆ ＩＺ — ｎ， Ｊｎ — ｕ ＰＥ Ｓｈ —ｏ ｇ， ＥＮＧ Ｋｅ
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ｃ ｏ ｚ ｔｏ ｒ ｍ ｐ ｏｖ ｄ ｈｒ ｎｉａ ｉ ｎ ａ ｅ ｉ ｒ ｅ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｒ ｒｄ；Ｂｅ— ｙ ｗｏ ｄ ： ｍａ ｔ ｇ ｉ ｉＤｏｕ；ＧＰＳ；Ｉ ＥＥＥ ８；ｔｍ ｅ ｓ ｃ ｏ ｉａ ｉ ｎ ｅ ｒ ｒ １８ ５ ｉ ｙｎ ｈｒ ｎ ｚ ｔｏ ｒ ｏ
智能电表实时时钟技术综述
智能电表实时时钟技术综述
杨庆;杜新纲;董赞
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2014(040)012
【摘要】高精度实时时钟芯片/模块作为智能电表中重要的功能模块,近年成为智能电表领域中的研究热门.其具有低功耗、高计时精度的特点,是智能电表中伴随整个电表寿命的模块.围绕智能电表领域近年来对实时时钟性能和技术的研究,对实时时钟技术进行分析,主要包含晶体封装在芯片内部、晶体作为芯片外部分立元器件、无晶体实时时钟等方面.
【总页数】4页(P20-22,26)
【作者】杨庆;杜新纲;董赞
【作者单位】国家电网公司,北京100031;国家电网公司营销部,北京100031;北京南瑞智芯微电子科技有限公司,北京100192
【正文语种】中文
【中图分类】TN4;TM7
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析智能变电站对时方式
析智能变电站对时方式徐强;李智;张军;刘俊【摘要】智能变电站的对时精度要求远大于传统变电站以及数字化变电站，文章通过实际分析智能变电站各种智能设备对时间同步系统对时方式的选择，探讨了智能变电站中几种主要的对时方式的技术特点以及应用范围。
%The requirement of the precision of time adjustment in the smart substations is much higher than the traditional substations and the digitalsubstations .According to analyzing how to choose the mode of time adjustment for the devices in the smart substations ,this paper investigates the technical character-istics and the applications of several major modes of time adjustment in the smart substations .【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2016(021)003【总页数】3页(P38-40)【关键词】智能变电站;对时精度;对时方式【作者】徐强;李智;张军;刘俊【作者单位】国网安徽省电力公司检修公司，安徽合肥 230022;国网安徽省电力公司检修公司，安徽合肥 230022;国网安徽省电力公司检修公司，安徽合肥230022;长园深瑞继保有限公司，广东深圳 518000【正文语种】中文【中图分类】TM645.2+3智能变电站是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
智能变电站时间同步系统
智能变电站时间同步系统摘要随着智能电网的全面发展，并实现电网的信息化、数字化、自动化、互动化，网络智能接点的正常工作和作用的发挥，离不开统一的时间基准。
【关键词】时间同步智能变电站时间同步系统为我国电网各级调度机构、发电厂、变电站、集控中心等提供统一的时间基准，以满足各种系统和设备对时间同步的要求，?_保实时数据采集时间一致性，提高线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性，从而提高电网事故分析和稳定控制水平，提高电网运行效率和可靠性。
1 时间的基本概念时间是物理学的一个基本参量，也是物资存在的基本形式之一，是所谓空间坐标的第四维。
时间表示物资运行的连续性和事件发生的次序和久暂。
与长度、质量、温度等其他物理量相比，时间最大的特点是不可能保存恒定不变。
“时间”包含了间隔和时刻两个概念。
前者描述物资运动的久暂；后者描述物资运动在某一瞬间对应于绝对时间坐标的读数，也就是描述物资运动在某一瞬间到时间坐标原点之间的距离。
2 时钟配置方案及特点智能变电站宜采用主备式时间同步系统，由两台主时钟、多台从时钟、信号传输介质组成，为被授时设备、系统对时。
主时钟采用双重花配置，支持北斗二代系统和GPS标准授时信号，优先采用北斗二代系统，主时钟对从时钟授时，从时钟为被授时设备、系统授时。
时间同步景点和授时精度满足站内所以设备的对时精度要求。
站控层设备宜采用SNIP对时方式，间隔层和过程层设备采用直流IRIG-B码对时方式，条件具备时也可以采用IEEE1588网络对时。
在智能变电站中，时间装置的技术特点及主要指标如下：（1）多时钟信号源输入无缝切换功能。
具备信号输入仲裁机制，在信号切换时IPPS输出稳定在0.2 us以内。
（2）异常输入信息防误功能。
在外界输入信号收到干扰时，仍然能准确输出时间信息。
（3）高精度授时、授时性能。
时间同步准确度优于1us，秒脉冲抖动小于0.1us，授时性能优于1us/h。
（4）从时钟延时补偿功能。
智能变电站常用的对时方式的分析
智能变电站常用的对时方式的分析发表时间：2018-01-19T21:31:08.993Z 来源：《电力设备》2017年第28期作者：王栋[导读] 摘要：通过对智能变电站的脉冲对时、IRIG-B码对时的原理的分析与探讨，对比出各自的优缺点以及适用场合，从而为理解智能站的对时系统打好基础。
（宁夏送变电工程公司宁夏银川市 750001）摘要：通过对智能变电站的脉冲对时、IRIG-B码对时的原理的分析与探讨，对比出各自的优缺点以及适用场合，从而为理解智能站的对时系统打好基础。
关键字：智能变电站；对时方式；脉冲对时；IRIG-B码1. 引言变电站中常用的对时方式有：脉冲对时（硬对时）、串口通信（软对时）、编码对时。
在智能站中，最常见的授时方式有脉冲对时、直流IRIG-B码对时。
本文就此两种对时方式做了详细的说明。
2. 脉冲对时2.1 概述脉冲对时信号主要分为三种：秒脉冲信号PPS（Pulse per Second）、分脉冲信号PPM（Pulse per Minute）和时脉冲信号PPH （Pulse per Hour）。
秒脉冲是利用GPS所输出的每秒一个脉冲方式进行时间同步校准，获得与UTC同步的时间准确度较高，上升沿的时间误差不大于1μs，这是国内外IED常用的对时方式；分脉冲是利用GPS所输出的每分钟一个脉冲方式进行时间同步校准。
其输出方式有TTL电平、静态空接点、RS-422、RS-485和光纤等。
脉冲对时方式进行对时时，装置利用GPS所提出的时间脉冲信号进行时间同步校准，常见的秒脉冲信号如图3所示：图1 秒脉冲信号2.2 技术指标智能变电站的过程层设备若采用1PPS对时方式，应采用850nm波长的光纤接口，其技术指标如下：（1）脉冲宽度th＞10ms；（2）秒准时沿：上升沿，上升时间≤100ns；（3）上升沿的时间准确度：优于1μs；（4）使用光纤传导时，亮对应高电平，灭对应低电平，由灭转亮的跳变对应准时沿。
数字化变电站高精度时钟同步技术的研究的开题报告
数字化变电站高精度时钟同步技术的研究的开题报告一、选题背景随着电力系统的发展，数字化变电站正成为电力系统的新趋势。
数字化变电站具有运行稳定、操作简便、维护成本低等优点，但在数字化变电站的建设中，时钟同步技术是一个需要解决的关键问题。
因为数字化变电站中涉及到多个终端设备，这些设备需要在相同的时间戳下工作，否则将会出现错误数据或操作失败等问题。
因此，数字化变电站高精度时钟同步技术的研究显得尤为重要。
二、选题目的本课题的研究目的是探究数字化变电站高精度时钟同步技术的实现原理和方法，并设计一种有效的时钟同步方案，以保证数字化变电站中各个终端设备的时钟同步，提高数字化变电站的运行效率和稳定性。
三、研究内容1. 数字化变电站中时钟同步技术的现状和问题分析2. 数字化变电站中时钟同步的关键技术和算法研究3. 设计并实现数字化变电站高精度时钟同步方案4. 实验验证方案的可行性和实用性四、预期成果1. 理论方面：对数字化变电站中时钟同步技术的实现原理和方法进行深入地研究，为数字化变电站的建设提供技术支持。
2. 实践方面：设计并实现一种高精度的数字化变电站时钟同步方案，解决数字化变电站中时钟同步问题，提高数字化变电站的稳定性和可靠性。
3. 社会影响：数字化变电站的广泛建设将大大提高电力系统的控制能力和运行效率，为经济社会发展做出重要贡献。
五、研究方法1. 文献资料研究方法：对数字化变电站高精度时钟同步技术相关的文献资料进行分析和研究，了解研究现状和存在的问题。
2. 算法模型研究方法：根据分析的问题，提出解决方案，并建立相关算法模型进行研究和优化。
3. 数字化变电站实验验证方法：利用实验室环境构建数字化变电站，验证所设计的高精度时钟同步方案的可行性和实用性。
六、预期进度安排第1-2周：收集数字化变电站高精度时钟同步技术相关文献资料，并进行分析和总结。
第3-4周：研究数字化变电站中时钟同步的关键技术和算法，并建立相关算法模型。
智能变电站时间同步系统分析
智能变电站时间同步系统分析摘要：变电站同步系统主要作用是通过接收授时系统所发播的标准时间信号和信息来校准本地时钟，实现标准时间信号、信息的异地复制。
从而为变电站内各类运行设备提供精确、安全、可靠的时间基准，以满足不同等级的时间同步精度要求。
关键词：智能变电站；时间同步；网络时间协议一、智能变电站主要对时方式1.1硬对时（脉冲对时）主要有PPS（秒脉冲信号）、PPM（分脉冲信号），以及PPH（时脉冲信号）。
对时脉冲是利用GPS（全球定位系统）所输出的脉冲的上升沿（或下降沿）来进行时间同步校准，对时精度高，但不包含年月日等时间信息，传输信道包括电缆和光纤。
硬对时按接线方式可分成差分对时与空接点2种方式。
1.2软对时（串口报文对时）主钟通过串口以报文的形式发送时间信息，报文内容包括年、月、日、时、分、秒等在内的完整时间。
待对时装置通过串行口读取同步时钟每秒1次串行输出的时间信息实现对时，串口又分为RS232接口和RS485接口方式。
一般精确度为ms级，输出距离从几十到上百米。
串口对时往往和脉冲对时配合使用，弥补脉冲对时只能对时到秒的缺点。
1.3编码对时目前普遍采用IRIG-B码（美国靶场仪器组B型码）对时，有调制和非调制2种。
IRIG-B码实际上是一种综合对时方案，输出的帧格式既包含了对时的准时沿，又包含了串口报文对时的时间信息。
IRIG-B码可靠性高、接口规范，因此得到了广泛的应用，但不便于组建时间同步网。
根据传输介质的不同，B码对时又分为光B码和电B码，对时精度可以达μs级。
1.4网络对时网络对时是以电力自动化系统现有数据网络提供的通信通道为依托，为接入网络的任何系统提供对时。
主时钟将时间信息按特定协议封装为数据帧，发送给各被授时装置，被授时装置接收到报文后通过协议解析，获取当前时刻信息，校正时间，达到与主时钟时间同步的目的。
网络对时方式的授时精度因所采用协议的不同而有所差异：其中NTP（网络时间协议）授时精度可达到50ms；SNTP（简单网络时间协议）授时精度可达到1s；PTP（精确时间协议）授时精度可达到1μs。
浅析智能变电站时钟同步系统和异常实例分析
Power Technology︱94︱2016年09期浅析智能变电站时钟同步系统和异常实例分析刘 诚江苏省常州供电公司，江苏 常州 213004摘要：智能变电站方兴未艾,而时钟同步系统对于智能变电站而言作用巨大，但在面对智能变电站和传统变电站自动化保护系统的巨大差异时，智能变电站却往往被忽略。
本文从运维人员的角度，结合生产现场发生的异常探讨了智能变电站时钟同步系统的运行原理、异常的处理和预防。
关键词：智能变电站；时钟同步系统；对时中图分类号：TM63 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）09-0094-01引言 智能化变电站正在逐渐普及，其与传统变电站相比，在技术先进性、安全可靠性、信息共享、少维护、环境友好等方面具有无可比拟的优势。
然而一些智能化变电站特有的问题也纷纷暴露出来，例如：网络设备的稳定性、光隔的稳定性、通信线路的稳定性和时钟对时的稳定性。
这些也对运维人员也提出了更高的要求，时钟同步系统异常是常规站内的小问题，但在智能变电站往往影响到整个系统的安全运行。
1 电力系统时钟同步系统的基本原理 GPS 卫星时钟同步系统利用RS232接口接收GPS 卫星传来的信号，然后经主CPU 中央处理单元的规约转换、当地时间转换成满足各种要求的接口标（RS232/RS422/RS485等）和时间编码输出（IRIG_B 码，ASCII 码等）。
GPS 卫星时钟同步系统一般由GPS 卫星信号接收部分、CPU 部分、输出或扩展部分、电源部分、人机交互模块部分组成。
GPS 时钟同步系统主要有同步脉冲输出、串行时间信息输出和IRIG-B 码输出三种对时方式。
脉冲同步输出方式，即同步时钟每隔一定的时间间隔输出一个精确的同步脉冲。
被授时装置在接收到同步脉冲后进行对时，消除装置内部时钟的走时误差。
脉冲同步的缺点是无法直接提供时间信息，被授时装置如果时间源就出错，会一直错误走下去。
串行同步输出方式，是将时刻信息以串行数据流的方式输出。
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浅析智能变电站高精度时钟同步方法杨富栋
发表时间：2018-03-14T10:29:13.807Z 来源：《电力设备》2017年第29期作者：杨富栋[导读] 摘要：近年来，IEC61850的标准得到进一步完善，关于智能变电站的同步时钟精度与稳定性能带来了更高的要求。
(国网烟台供电公司山东烟台 264000) 摘要：近年来，IEC61850的标准得到进一步完善，关于智能变电站的同步时钟精度与稳定性能带来了更高的要求。
为符合智能变电站更大的对时精准度需要与适应智能变电站的时钟同步系统本身的特征，本文综合了智能变电站对时钟同步的实际需要与参照的IEC61850相关标准，探讨了智能变电站的卫星时钟同步的几种方法。
为进一步研究智能变电站与电网时间统一技术打下了基础。
关键词：智能变电站；IEEE1588； DPSM；随着我国社会经济的发展，人们对智能变电站的建设也得到了进一步地发展。
其中高精度的时钟同步方法得到了相关研究人员的关注与重视。
应当具备下以的原则：建设统一的同步对时的系统，时钟的同步网一定要符合智能变电站关于时精度的要求，时钟同步系统要有效地应用网络同步技术，支持NTP/SNTP, IEEE1588等同步技术等。
本文针对智能变电站精度时钟的同步方法进行较为详细地阐述。
一、关于智能变电站的构成以及特征第一，从智能电网的构成上分析，智能变电站是智能电网的发电、输电、变电、配电、用电和调度等几个环节衔接的重要平台，作为智能电网变换电压、接受以及分配电能、调节电压与控制电力方向的主要电力设施。
它既是智能电网安全运行的关键，又是信息流、电力流以及业务流的交汇点，对于建设优化的智能电网有着极大的意义。
第二，智能变电站其结构大体划分三个层面：战控层、间隔层与过程层。
第三，智能变电站的设计与建设一定要符合我国当前智能电网信息化、数字化等发展要求，以提升变电站的自动化程度。
二、智能变电站的时钟同步方法的重要性与精度要求第一，重要性分析：IEC61850的指标在不断地更新与完善，智能变电站关于同步时钟的精准度与稳定性能也有了更高的要求。
建设适宜的智能变电站的精确网络时钟同步系统可以提升变电站设备的时间同步精度、集成程度、运行安全性，减少系统的成本，提升工作效率，且可以保障变电站的安全可靠等相关性能。
能明显降低因系统时钟的不同步产生的很大损失，为推动中国智能电网的建设有着重大作用。
第二，时钟同步精度要求。
智能变电站测量、控制和保护等自动化设备对时间同步精度的要求各不相同，例如同步向量测量、故障定位、IED同步采样要求对时精度为微妙级;而故障录波、时间顺序记录、变电站之间的同步实验要求对时精度为毫秒级。
三、智能变电站时钟同步的几种方法（一）GPS卫星时钟的同步方法当前变电站广泛采样GPS授时系统为站中的网络时钟来源，其可靠性与自主性无法获得保障。
所以，本文构建了智能变电站卫星时钟同步统一系统模型这个模型里各个智能变电站作为一个时间的节点，各个节点有其独立的卫星同步的时钟源，担负着本节点中全部电力设备的时间同步，且经过通信网和其它厂站端或上级的调度机构互相监测时间的同步性，若某个时间节点时间的同步时钟失效以后，则借助通信网里的同步时间信息保持同步。
智能变电站的卫星同步时钟能够同时接受GPS卫星时钟与北斗卫星时钟为站中的时间基准源；依据卫星时钟无累计的误差与晶振时钟无随机误差的特征，应用GPS卫星时钟、北斗卫星时钟以及晶振时钟比较法进行分析，产生了高精度的同步时钟源。
可以提升了智能变电站同步时钟源的精度与可靠性能。
（二）SNTP+IEEE1588的网络时钟同步方法依据智能变电站中的站控层、间隔层以及过程层关于时钟同步精度与功能的标准，应用分层同步的方式，在站级总线网络应用SNTP 的协议对时，在过程层的总线网应用IEEE1588协议对时，这一方法应用了北斗/GPS时钟组成的双模授时系统和晶振时钟融合而成的高精度同步时钟为站中时间同步网络的时钟源。
卫星时钟和世界标准时间保持高度的同步，为变电站带来稳定且精确的时间指标。
站中时钟同步网应用对独立总线的网络结构设计方案，两层子网分别进行时间同步。
因站级总线网络对时精度要求不高，因此在站级网络里能够接入专门的SNTP服务器来同步站级网络上的各种设备。
过程层要求同步精度达到亚微秒级，所以采用IEEE 15 8 8协议来实现过程总线的网络同步，在过程总线网络中接入专门的IEEE 15 8 8主时钟(Master Clock)和支持边界时钟(Boundary Clock)的交换机。
边界时钟先与主时钟进行时间同步，然后自己扮演主时钟去同步过程层的设备。
为提升时钟同步网络的可靠性，又给出了SNTP+IEEE 1588变电站时钟同步网络的冗余方法构成图。
系统接入两套北斗/GPS和晶振时钟融合授时系统。
另外，配置两套SNTP服务器和IEEE1588主时钟互为备用，时钟同步网络采用双总线冗余方式。
备用时钟同步网络在线监测工作时钟同步网络，当工作网络出现故障时，自动进行冗余切换。
（三）IEEE 1588网络时钟同步方法应用单一的IEEE 1588网络时钟协议为全站网络时钟的同步方式。
由北斗/GPS时钟构成的双模授时系统和晶振时钟融合生为高精度同步时钟为IEEE1588时钟同步网的时钟源。
这一时钟源为系统的跟时钟节点安装于服务器里。
卫星时钟与世界标准时间保持高度地同步，为变电站带来稳定且精确的时间标准。
站中的时钟同步网应用全站总线的网络构成同步方法，全站接入很多边界时钟同步于IEEE1588主时钟，与此同时又对从时钟独立来授时，进而达到整个智能变电站的时间同步。
在时钟源的工作异常或者站中某个节点时钟失步时，其各个节点能够实现互备授时，就是旁路节点能够作为主时钟向时钟失步节点发送全新的同步信号源。
另外，为提升智能电网的时间同步的精度度，站外应用了电力通信SDH恺装电缆达到和调度中心以及相近变电站间的时间同步。
经过在站间网络时钟同步线路中安设的透明时钟，一定程度上降低了因长距离的传输带来的网络延迟。
提升了广域同步网的授时精准度，进而达到了整个智能电网的时间同步。
结束语： IEEE1588的时钟同步方法应用的是全站唯一的总线网构成，这种方法与IEC61850的标准时间同步模型是一致的。
IEEE1588应用最佳主时钟的算法，自动对最佳时钟的节点作出选择，达到每个节点之间的互备授时。
这种方法既提升了智能变电站的时钟同步网的准确率与安全性能，又符合了广域网的时钟同步精度的相关标准。
然而它的协议正在研究与健全过程中，其技术以及经济方面尚未成熟，故这种方法的成本很高。
因此，现阶段智能变电站能够将SNTP+IEEE1588时钟同步当作一种过渡的方法。
在其时钟的同步协议得到不断地进步之下，IEEE1588时钟同步方法一定会成为智能变电站时钟同步系统的主体方法。
参考文献：
[1]杨京渝. 智能变电站高精度时钟同步方法研究[D].长沙理工大学,2013.
[2]王建微,陈雷,钟振新,邝代华. 基于MCF54418的精确时间同步协议简单高效实现[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2011,11(08):11-13+21。