一種網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站時鐘同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)變電站自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站時鐘同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電網(wǎng)已成為當(dāng)前世界關(guān)注的熱點，是電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。建設(shè)智能電網(wǎng)已成為世界各國電網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。智能電網(wǎng)涉及電力系統(tǒng)的各個方面，近年來以實現(xiàn)變電站全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能電子設(shè)備，自動完成站內(nèi)信息的采集、測量、控制、保護(hù)、計量等基本功能，并可以根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級應(yīng)用功能的數(shù)字化和智能化變電站已從試點研宄向規(guī)?；\用發(fā)展。截止2014年4月，國家已經(jīng)建立并投運了近7000個數(shù)字化變電站，根據(jù)國內(nèi)電網(wǎng)的數(shù)字化變電站建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，3?5年之后，我國新設(shè)計的變電站項目中將有50%以上采用數(shù)字化技術(shù)。
[0003]物理結(jié)構(gòu)上，智能變電站由三個層次構(gòu)成:過程層、間隔層、站控層。智能變電站結(jié)構(gòu)如圖1所示，每層均由相應(yīng)的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。GOOSE和SV合并組成獨立的A、B雙網(wǎng)，且GOOSE和SV采用共口方式傳輸。間隔層主變保護(hù)采用雙配置，過程層合并單元、智能終端均雙配置，分別掛在雙單網(wǎng)上；單重化設(shè)備跨雙網(wǎng)，其中合并器數(shù)據(jù)按DL/T860.92方式傳輸。在圖1組網(wǎng)模式下，采樣值從合并單元以IEC61850-9-2方式輸出，采樣率為4000Hz，其同步方式采用IEC61850-9-2報文中的SmpCnt (采樣值計數(shù))位來實現(xiàn)。當(dāng)整秒同步脈沖到達(dá)時，SmpCnt位清0，每發(fā)一個幀采樣值，SmpCnt就加1，直到3999，然后又從O開始計數(shù)。網(wǎng)絡(luò)上的IED設(shè)備，只有收到SmpCnt相同的報文時，表示同一時刻的數(shù)據(jù)。如圖2所示，以主變?nèi)齻?cè)差動為例，差動保護(hù)讀取采樣值報文中的SmpCnt位，當(dāng)三側(cè)的SmpCnt位相同時，表示這三個點為同時刻的數(shù)據(jù)，可以參與保護(hù)的重采樣處理。差動保護(hù)在接收到某一側(cè)的報文后，就需要等待其他側(cè)SmpCnt相同的報文。
[0004]目前由于國內(nèi)外制造廠家對時系統(tǒng)制造工藝、硬件元件的選擇、軟件程序及邏輯的設(shè)計，導(dǎo)致存在很多問題，主要包括GPS源和北斗源無法正常切換；對時系統(tǒng)時間跳變；對時精度差；某一時鐘擴(kuò)展板的輸出時間與其他擴(kuò)展板的輸出時間存在較大差別、長期穩(wěn)定性等問題。合并單元廠家對采樣值的處理方法是完全依賴對時系統(tǒng)，也就是當(dāng)對時系統(tǒng)時間跳變時，合并單元采樣SmpCnt位也跳變；當(dāng)某一側(cè)的時間與其他側(cè)不一致，使SmpCnt位不一致時，產(chǎn)生角差，從而導(dǎo)致差動保護(hù)誤動。
[0005]目前國內(nèi)外主流智能變電站同步方案主要采用秒脈沖(PPS)、網(wǎng)絡(luò)對時(SNTP)、IEEE 1588和IRIG-B碼方式，此外也提出了一種基于彈性分組環(huán)(RPR)雙環(huán)的智能變電站秒脈沖同步方案。時鐘同步對智能變電站極其重要，影響主變差動保護(hù)的正確動作、線路光纖差動保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)和事件順序(SOE)分辨率等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站時鐘同步方法。
[0007]本發(fā)明采用雙主時鐘冗余備份，雙主時鐘由主時鐘A和主時鐘B組成；擴(kuò)展時鐘由從時鐘I至從時鐘η組成，所有擴(kuò)展時鐘統(tǒng)一選擇主時鐘A為默認(rèn)時間源，當(dāng)主時鐘A失效后再統(tǒng)一切換到備用主時鐘B，保證全站所有的時間同步信號使用同一個時間源；北斗時間源作為主時鐘A，GPS時間源作為主時鐘B ;同時可根據(jù)實際需要調(diào)整GPS時間源、北斗時間源、B碼時間源的優(yōu)先級；B碼時間源為主時鐘和備用時鐘聯(lián)系的時間信號，通過的①和②傳輸。本發(fā)明采用的優(yōu)先級設(shè)置為:北斗時間源〉B碼時間源〉GPS時間源，這樣可以避免當(dāng)兩臺主時鐘A和主時鐘B因為特殊原因存在較大偏差時引起裝置不同步的問題。即所有的擴(kuò)展時鐘在同一時間只與一臺主時鐘同步，保證被授時設(shè)備接收時間信息的統(tǒng)一性。
[0008]所有的擴(kuò)展時鐘(從時鐘I至從時鐘η)內(nèi)部都安裝銣原子鐘。當(dāng)確認(rèn)外部時間源正確且穩(wěn)定后，控制內(nèi)部銣原子鐘，使內(nèi)部銣原子鐘與外部時間源同步，從而達(dá)到輸出的時間同步信號與外部時間源同步的目的。如果外部時間源丟失或不穩(wěn)定，所有的擴(kuò)展時鐘能夠以內(nèi)部銣原子鐘進(jìn)行高精度守時，保證輸出穩(wěn)定。在時間源切換時，如果兩個時間源主時鐘A和主時鐘B之間存在較大偏差，裝置以一定步長，該步長最大值可設(shè)置，優(yōu)選步長400ns，調(diào)整內(nèi)部銣原子鐘與外部時間源同步，保證輸出時間同步信號跳變不會超過這個步長。
[0009]本發(fā)明采用北斗時間源作為主用主時鐘A，GPS時間源作為備用主時鐘B，優(yōu)先級設(shè)置為北斗時間源>B碼時間源>GPS時間源，兩主時鐘互連B碼作為互備源，即①和②為鏈路。針對現(xiàn)場不同情況，采用不同對時鏈路和策略，具體步驟如下:
[0010]⑴無異常時
[0011]在無異常情況下，所有擴(kuò)展時鐘都以主時鐘A輸出的時間為時間源，即圖中的③和⑤。
[0012](2)北斗丟星或北斗出現(xiàn)異常
[0013]北斗異常時，主時鐘A會將時間源切換為主時鐘B，即以②為時間源，系統(tǒng)的其它時間與無異常時的情況一樣。所有擴(kuò)展時鐘的輸入時間源都切換到主時鐘B，即圖中的④和⑥，同時系統(tǒng)以一定步長保證源切換時間不跳變。
[0014](3) GPS丟星或GPS出現(xiàn)異常
[0015]GPS異常時，主時鐘B會以①為時間源，將系統(tǒng)的時間源切換為主時鐘A。系統(tǒng)的其它時間與無異常時的情況一樣。
[0016](4) GPS和北斗都丟星或出現(xiàn)異常
[0017]此時主時鐘A和主時鐘B都進(jìn)入自守時狀態(tài)，以銣原子鐘保證輸出信號的精度。但主時鐘A和主時鐘B在系統(tǒng)中的作用并不改變，所有的擴(kuò)展時鐘仍然以之前的主時鐘A為時間源，保證所有擴(kuò)展時鐘與一臺處于自守時狀態(tài)的主用主時鐘同步，即圖中的③和⑤。
[0018](5)主時鐘與擴(kuò)展時鐘之間的通路出現(xiàn)故障
[0019](a)只有一條通路出現(xiàn)故障
[0020]以從時鐘I為例子，如鏈路③或④中的一條通路故障，如果出現(xiàn)故障的是擴(kuò)展時鐘與備用主時鐘B的通路，則擴(kuò)展時鐘繼續(xù)與主用主時鐘同步并輸出(即鏈路③)。
[0021]如果出現(xiàn)故障的是與主時鐘A之間的通路，則擴(kuò)展時鐘將輸入時間源切換到備用主時鐘B (即鏈路④)，此時備用主時鐘B仍然是與主時鐘A保持同步，即該擴(kuò)展裝置根本不會出現(xiàn)時間信號的跳變。
[0022](b)兩條通路出現(xiàn)故障
[0023]如鏈路③和④都出現(xiàn)故障，此時擴(kuò)展時鐘告警并進(jìn)入自守時狀態(tài)，在較長時間內(nèi)擴(kuò)展時鐘內(nèi)部的恒溫晶振仍然能保證輸出的時間信號具有很高準(zhǔn)確度。
[0024]目前，國內(nèi)外主流的時鐘源在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的方式是采用直接跳變的方式，即當(dāng)收到的衛(wèi)星數(shù)達(dá)到計算時間所需的衛(wèi)星數(shù)后，時鐘源的輸出的時間立即跳變?yōu)镚PS衛(wèi)星時間。采用這種方式容易導(dǎo)致時間的跳變，特別是在擾動情況下。針對網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站，本發(fā)明為保證主時鐘A和主時鐘B時間的精確性，提出一種逐步逼近的方式跟蹤北斗衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星時間，步驟框圖如圖4所示。在對時系統(tǒng)時鐘穩(wěn)定后采用，防止擾動情況下的時間跳變。在調(diào)試和對時裝置重啟時，為了避免長時間無法跟蹤到新時間，可以采取直接跳變的方式。
[0025]當(dāng)北斗衛(wèi)星信號不滿足時間提取的計算要求時，判斷GPS衛(wèi)星信號是否滿足時間提取計算要求，若不滿足判斷雙時鐘源守時時間是否在門檻值之內(nèi)，如果在門檻值之內(nèi)，則輸出時間信號，否則閉鎖告警。
[0026]本發(fā)明大大優(yōu)化了的現(xiàn)有技術(shù)智能變電站對時異常故障樹結(jié)構(gòu)，為GPS源模塊故障、北斗源模塊故障、守時源模塊故障與門關(guān)系，再與對時插件故障或門關(guān)系輸出對時異?！，F(xiàn)有技術(shù)智能變電站對時異常故障樹每個基本事件的概率為0.01，對時異常的概率為0.08，本文發(fā)明的對時異常的概率為0.01，很大程度上提高了對時可靠性和穩(wěn)定性。
[0027]本發(fā)明大大優(yōu)化了的現(xiàn)有技術(shù)智能變電站對時異常導(dǎo)致保護(hù)誤動故障樹結(jié)構(gòu)，為合并單元閉鎖故障、對時光纖斷鏈與門關(guān)系，與合并單元采樣跳變或門關(guān)系輸出各側(cè)合并單元采樣計數(shù)不一致，再與差動在各側(cè)對時不一致未閉鎖與門關(guān)系輸出對時異常導(dǎo)致保護(hù)誤動?，F(xiàn)有技術(shù)智能變電站對時異常導(dǎo)致保護(hù)誤動故障樹每個基本事件的概率為0.01，保護(hù)誤動的概率為0.0501，本發(fā)明的對時異常導(dǎo)致保護(hù)誤動的概率為1.0lX 10_4，整個系統(tǒng)因同步誤動的概率降低了兩個數(shù)量級，可靠性和精確性明顯提高。
[0028]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明解決了智能變電站同步系統(tǒng)存在的問題，對網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站的時鐘同步系統(tǒng)提出全面解決方案，提出智能變電站對時系統(tǒng)時鐘源的組合方式；針對時間跳變等問題，發(fā)明了一種可靠的時間同步系統(tǒng)方案，可完全滿足智能變電站對時系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步及穩(wěn)定性。并發(fā)明了跟蹤衛(wèi)星時間的方式及GPS時間源和北斗時間源的無縫切換策略，大大優(yōu)化了智能變電站對時異常故障樹結(jié)構(gòu)和對時異常導(dǎo)致保護(hù)誤動故障樹結(jié)構(gòu)，能有效提尚智能變電站同步對時系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0029]圖1為智能變電站的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站差動保護(hù)采樣同步示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明所述網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站時鐘同步方法步驟圖；
[0032]圖4為本發(fā)明逐步逼近衛(wèi)星時間流程圖；
[0033]圖5為本發(fā)明對時無縫切換策略流程圖；
[0034]圖6為現(xiàn)有技術(shù)的對時異常故障樹；
[0035]圖7為本發(fā)明優(yōu)化的對時異常故障樹；
[0036]圖8為現(xiàn)有技術(shù)的時間異常導(dǎo)致保護(hù)誤動故障樹；
[0037]圖9為本發(fā)明優(yōu)化的時間異常導(dǎo)致保護(hù)誤動故障樹。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]如圖3所示，一種網(wǎng)絡(luò)采樣的智能變電站時鐘同步方法，本發(fā)明采用雙主時鐘冗余備份，雙主時鐘由主時鐘A和主時鐘B組成；擴(kuò)展時