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技術方案 Technology program
時間同步系統是電力系統的基礎，智能電網在綜合自動化設備、自動保護設備等自控、遙控設備的用量不斷加大的當前，電網在發電、輸電、配電等領域，對全網時間同步精度、安全性、穩定性、可靠性等性能提出越來越高的要求。
在電網功角測量系統、廣域繼電保護系統、廣域電網同步狀態監測系統等應用中，都需要發展大范圍高精度測量技術，而這些技術能夠實施的關鍵和基礎是高可靠性、高精度和高度統一的電網時間。
GPS主導的時間同步系統在電網中已經運行多年，其運行中仍然存在以下問題：
1.安全性無保障
GPS完全受美國控制，電網運行的安全存在極大的隱患，并且，在國防要求和我國自主知識產權的北斗系統已經相對完善的情況下，電網作為國計民生最重要的行業，使用北斗授時的時間系統取代單一GPS授時系統，是智能電網的發展需要，同時也是國家發展的需要。
2.現有的授時裝置功能單一，授時精度無法監測和保證
目前國內現有變電站和中心站一般采用獨立的授時裝置(電力同步鐘)進行授時。現有的電力同步鐘功能單一，只具備單一的授時功能，授時精度無法監測和保證，以GPS/北斗為參考信號源，在GPS/北斗信號受到干擾的區域，容易引起授時時間異常，可靠性不高。
3.全網時間同步精度偏差較大
電網的授時由各站點分散提供、開環運行，全網時間無法統一，無法抵御空間干擾，嚴重制約了智能電網發展。
現有的授時裝置以GPS/北斗為參考信號源，輸出的時間碼信號溯源到GPS/北斗時間，不同變電站和中心站之間因地域位置不同、衛星接收機授時精度不同、授時裝置器件老化和授時裝置運行時間長短不一等因素，各變電站和中心站授時裝置輸出的時間均存在一定的偏差，致使不同變電站和中心站之間時間不一致，全網時間同步精度偏差較大；影響了其他裝置的正常工作，引起用電記錄數據丟失、運行記錄混亂或系統癱瘓等故障，不利于電網的科學化管理和運營。
4.電網時鐘設備種類繁多，缺乏統一的時間同步管理方法
電網設備種類繁多，現有的電力全網時間同步精度監測手段單一，監測精度較低；暫無可靠的手段，對電力全網時間同步精度進行高精度監測。無法有效地管理和監測各類時鐘設備的授時狀態。
隨著技術的發展，建立電網授時、監測及監控管理系統已具備條件。
本解決方案可有效解決電力時間同步系統存在的授時精度低、廣域監測精度較低、無法監測站內各電力設備的時間同步精度等問題：
1.安全可靠
電力時間同步從GPS全面切換至我國自主研發的北斗衛星導航系統，安全可靠；
2.可作為備份授時設備
本方案成果“電力時鐘同步及監測系統（TSM）”，高度集成授時、監控等功能，同步精度遠高于現有的電網授時設備（電力鐘），即可作為備份授時設備，也可全面替代現有的授時設備。
3.為各所轄變電站站內設備提供統一的、高精度的電網時間。
“電力時鐘同步及監測系統（TSM）”可為變電站內設備提供統一、高精度的電網時間，保證站內所有設備的高精度時間同步。
4.站內同步精度監測
采用高精度測量技術，實現站內高精度時間同步精度監測；實時監測站內時鐘設備、行波設備、繼電保護設備、合并單元等設備的時間同步精度。并通過現有的數據網絡，采用IEC61850技術，將測量的時間誤差上報至時間同步監控平臺，實現站內設備的時間同步精度監測。
5.廣域高精度時間同步
“電力時鐘同步及監測系統（TSM）”采用先進的軟、硬件相結合的方式，實現廣域高精度時間同步，可靠性高；通過軟件算法，替代高性能的接收機硬件，成本低。
各所轄變電站時間溯源到地區中心站，達到地區范圍內的高精度時間同步，實現廣域全網高精度時間同步。
6.廣域高精度時間同步精度監測
“電力時鐘同步及監測系統（TSM）”以北斗衛星共視技術為基礎，消除了衛星星鐘的影響，通信鏈路的非對稱性、鏈路切換所帶來的影響，解決了傳統廣域時間同步監測技術監測精度低、可靠性差等問題。各系統實時監測及上報廣域時間同步精度，實現廣域高精度時間同步精度的監測。
本系統的建設，可大大減少因時間同步異常所帶來的經濟損失。同時兼容現有的時間同步系統，可降低電網智能化改造的難度，具有較大的優勢。
針對電力系統對時間同步監測的迫切需求以及當前電力系統時間同步系統的不足，我公司提出電力時鐘同步及監測系統(TSM)產品及解決方案。TSM基于我國自主研發的北斗衛星導航定位系統，主要實現：
1.全網高精度時間同步
采用先進、穩定、可靠的衛星共視技術，電力全網時間通過北斗衛星系統溯源到中國科學院國家授時中心。實現各變電站之間、變電站與調度/中心站之間的高精度時間同步，電力全網時間同步精度優于20ns。
2.高精度授時
采用高精度授時技術，為變電站內設備提供高精度的時間同步信號，站內授時精度優于10ns。
3.高精度監測
采用多通道高精度監測技術，實時監測變電站站內設備的時間同步精度，實現全網監測精度優于20ns。在時間同步精度出現異常時，快速、準確告警，可為電力系統安全、穩定、可靠的運行提供有力保障。
4.智能管理通信平臺
采用IEC61850技術，構建智能管理通信平臺，實現電力時鐘同步及系統授時監測裝置的統一、自動化管理。實現變電站內各設備同步狀態、精度監測、狀態報表、告警信息、故障分析等數據智能化處理，與調度站管理系統之間完成自動對接，變電站信息自動上傳，調度站管理系統自動獲取變電站端信息。
圖 1 TSM在電力系統中的應用示意圖
如圖 1所示，調度/中心站配備中心站TSM，在各變電站配置站端TSM，調度/中心站與各變電站通過綜合數據網交互數據，通過北斗衛星共視技術，各站端TSM都同步到中心站TSM上，作為授時、監測參考。各站端TSM為變電站內的時鐘、保護等設備提供高精度時間信號。同時，采用高精度監測技術，對各自所在站點的時鐘設備、保護設備、服務器等裝置的時間信號進行監測，并將監測數據通過綜合數據網統一上傳至數據服務器。在變電站內設備時間同步精度出現異常時，快速、準確告警，為電力系統安全、穩定、可靠的運行提供有力保障。
1.支持北斗/GPS衛星共視功能，可配置成主或從站；
2.支持北斗/GPS授時功能；
3.支持DL/T 634.5104-2002 或IEC61850協議；
4.內部可根據需要配置原子鐘或晶振；
5.具備時間信號監測功能，可將選擇本機時間或外部參考IRIG-B（DC）碼作為基準，對輸入的時間信號進行監測，并通過網口上傳站測量結果。監測通道配置如下：
6.可靈活配置輸入信號的種類及路數
7.支持獨立直流雙電源供電方式。
8.具有獨立以太網信息通信接口，且在網絡運行工況流量沖擊下，裝置正常工作，不影響穩定性。
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