電力系統(tǒng)是時間相關系統(tǒng),無論電壓、電流、相角、功角變化,都是基于時間軸的波形。近年來,超臨界、超超臨界機組相繼并網(wǎng)運行,大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián),特高壓輸電技術得到
發(fā)展。電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行對電力自動化設備提出了新的要求,特別是對時間同步,要求繼電保護裝置、自動化裝置、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)等基于統(tǒng)一的時間基準運行,以滿足同步采樣、系統(tǒng)穩(wěn)定性判別、線路故障定位、故障錄波、故障分析與事故反演時間一致性要求。確保線路故障測距、相量和功角動態(tài)監(jiān)測、機組和電網(wǎng)參數(shù)校驗的準確性,以及電網(wǎng)事故分析和穩(wěn)定控制水平,提高運行效率及其可靠性。未來數(shù)字電力技術的推廣應用,對時間同步的要求會更高。
1 電力系統(tǒng)時間同步概況
目前,電力系統(tǒng)中的時間同步處于變電站內(nèi)GPS統(tǒng)一的狀態(tài),甚至有很多老舊變電站還沒有實現(xiàn)GPS統(tǒng)一,需要對時的每套設備都配置一套獨立的時鐘系統(tǒng)。由于GPS設備品牌不同,性能不統(tǒng)一,造成站內(nèi)、站與站之間時間不統(tǒng)一。這些時間接收系統(tǒng)相互間不通用。無法互為備份,使得整個系統(tǒng)的可靠性無法保證。為了逐步實現(xiàn)全電網(wǎng)的同一時間,有必要在發(fā)電廠、變電站、控制中心、調度中心建立集中和統(tǒng)一的電力系統(tǒng)時間同步系統(tǒng),而且該系統(tǒng)應能基于不同的授時源建立時間同步并互為熱備用。
2 電力系統(tǒng)對時間同步的需求
電力自動化設備對時間同步精度有不同的要求。一般而言,電力系統(tǒng)授時精度大致分為4類:
(1)時間同步準確度不大于1μs:包括線路行波故障測距裝置、同步相量測量裝置、雷電定位系統(tǒng)、
電子式互感器的合并單元等。
(2)時間同步準確度不大于1ms:包括故障錄波器、SOE裝置、電氣測控單元、RTU、功角測量系統(tǒng)(40μs)、保護測控一體化裝置、事件順序記錄裝置等。
(3)時間同步準確度不大于10ms:包括微機保護裝置、安全自動裝置、饋線終端裝置(FTU)、變壓器終端裝置(TTU)、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)等。
(4)時間同步準確度不大于1s:包括電能量采集裝置、負荷,用電監(jiān)控終端裝置、電氣設備在線狀態(tài)檢測終端裝置或自動記錄儀、控制,調度中心數(shù)字顯示時鐘、火電廠和水電廠以及變電站
計算機監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(sCADA),EMS、電能量計費系統(tǒng)(PBS)、繼電保護及保障信息管理系統(tǒng)主站、電力市場技術支持系統(tǒng)等主站、負荷監(jiān)控,用電管理系統(tǒng)主站、配電網(wǎng)自動化,管理系統(tǒng)主站、調度管理信息系統(tǒng)(DMlS)、
企業(yè)管理信息系統(tǒng)(MlS)等。
3 目前電力系統(tǒng)內(nèi)時間同步技術
電力系統(tǒng)設備常用的對時方式有以下4種:
(1)脈沖對時
也稱硬對時,是利用脈沖的準時沿(上升沿或下降沿)來校準被授時設備。常用的脈沖對時信號有1PPS和分脈沖(1PPM),有些情況下也會用時脈沖(1PPH),其中1PPM和1PPH也可以通過累計1PPS得到。
脈沖對時的優(yōu)點是授時精度高,使用被動點時,適應性強;缺點是只能校準到秒(用1PPS),其余數(shù)據(jù)需要人工預置。
(2)串口報文對時
也稱軟對時,是利用一組時間數(shù)據(jù)(年、月、日、時、分、秒)按一定的格式(速率和順序等),通過串行通信接口發(fā)送給被授時裝置,被授時裝置利用這組數(shù)據(jù)預置其內(nèi)部時鐘。常用的串行通信接口為RS-232和RS-422/RS-485。
串口報文對時的優(yōu)點是數(shù)據(jù)全面,不需要人工預置;缺點是授時精度低,報文的格式需要授時和被授時裝置雙方約定。
目前,很多場合采用以上2種方式的組合方式,從而可以充分利用兩者的優(yōu)點,克服兩者的缺點。
(3)時間編碼方式對時
為了解決前2種對時方式的矛盾,在實際應用中常采取2種對時方式結合的方法,即串口+脈沖。這種方式的缺點是需要傳送2個信號。為了更好地解決這個矛盾,采用國際通用時間格式碼,將脈沖對時的準時沿和串口報文對時的那組時間數(shù)據(jù)結合在一起,構成一個脈沖串,來傳輸時間信息。被授時設備可以從這個脈沖串中解析出準時沿和一組時間數(shù)據(jù)
