[发明专利]一种网络采样的智能变电站时钟同步方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统变电站自动化技术领域，尤其涉及一种网络采样的智能变电站时钟同步方法。

背景技术

智能电网已成为当前世界关注的热点，是电网未来发展的方向。建设智能电网已成为世界各国电网发展的目标。智能电网涉及电力系统的各个方面，近年来以实现变电站全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基础上，采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能电子设备，自动完成站内信息的采集、测量、控制、保护、计量等基本功能，并可以根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能的数字化和智能化变电站已从试点研究向规模化运用发展。截止2014年4月，国家已经建立并投运了近7000个数字化变电站，根据国内电网的数字化变电站建设发展规划，3～5年之后，我国新设计的变电站项目中将有50％以上采用数字化技术。

物理结构上，智能变电站由三个层次构成：过程层、间隔层、站控层。智能变电站结构如图1所示，每层均由相应的设备及网络设备构成。GOOSE和SV合并组成独立的A、B双网，且GOOSE和SV采用共口方式传输。间隔层主变保护采用双配置，过程层合并单元、智能终端均双配置，分别挂在双单网上；单重化设备跨双网，其中合并器数据按DL/T860.92方式传输。在图1组网模式下，采样值从合并单元以IEC61850-9-2方式输出，采样率为4000Hz，其同步方式采用IEC61850-9-2报文中的SmpCnt(采样值计数)位来实现。当整秒同步脉冲到达时，SmpCnt位清0，每发一个帧采样值，SmpCnt就加1，直到3999，然后又从0开始计数。网络上的IED设备，只有收到SmpCnt相同的报文时，表示同一时刻的数据。如图2所示，以主变三侧差动为例，差动保护读取采样值报文中的SmpCnt位，当三侧的SmpCnt位相同时，表示这三个点为同时刻的数据，可以参与保护的重采样处理。差动保护在接收到某一侧的报文后，就需要等待其他侧SmpCnt相同的报文。

目前由于国内外制造厂家对时系统制造工艺、硬件元件的选择、软件程序及逻辑的设计，导致存在很多问题，主要包括GPS源和北斗源无法正常切换；对时系统时间跳变；对时精度差；某一时钟扩展板的输出时间与其他扩展板的输出时间存在较大差别、长期稳定性等问题。合并单元厂家对采样值的处理方法是完全依赖对时系统，也就是当对时系统时间跳变时，合并单元采样SmpCnt位也跳变；当某一侧的时间与其他侧不一致，使SmpCnt位不一致时，产生角差，从而导致差动保护误动。

目前国内外主流智能变电站同步方案主要采用秒脉冲(PPS)、网络对时(SNTP)、IEEE 1588和IRIG-B码方式，此外也提出了一种基于弹性分组环(RPR)双环的智能变电站秒脉冲同步方案。时钟同步对智能变电站极其重要，影响主变差动保护的正确动作、线路光纤差动保护、监控系统和事件顺序(SOE)分辨率等。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术问题，提供一种网络采样的智能变电站时钟同步方法。

本发明采用双主时钟冗余备份，双主时钟由主时钟A和主时钟B组成；扩展时钟由从时钟1至从时钟n组成，所有扩展时钟统一选择主时钟A为默认时间源，当主时钟A失效后再统一切换到备用主时钟B，保证全站所有的时间同步信号使用同一个时间源；北斗时间源作为主时钟A，GPS时间源作为主时钟B；同时可根据实际需要调整GPS时间源、北斗时间源、B码时间源的优先级；B码时间源为主时钟和备用时钟联系的时间信号，通过的①和②传输。本发明采用的优先级设置为：北斗时间源>B码时间源>GPS时间源，这样可以避免当两台主时钟A和主时钟B因为特殊原因存在较大偏差时引起装置不同步的问题。即所有的扩展时钟在同一时间只与一台主时钟同步，保证被授时设备接收时间信息的统一性。

所有的扩展时钟(从时钟1至从时钟n)内部都安装铷原子钟。当确认外部时间源正确且稳定后，控制内部铷原子钟，使内部铷原子钟与外部时间源同步，从而达到输出的时间同步信号与外部时间源同步的目的。如果外部时间源丢失或不稳定，所有的扩展时钟能够以内部铷原子钟进行高精度守时，保证输出稳定。在时间源切换时，如果两个时间源主时钟A和主时钟B之间存在较大偏差，装置以一定步长，该步长最大值可设置，优选步长400ns，调整内部铷原子钟与外部时间源同步，保证输出时间同步信号跳变不会超过这个步长。