GPS北斗雙衛星授時服務為電力系統保駕護航-京準電鐘

GPS北斗雙衛星授時服務為電力系統保駕護航-京準電鐘
1.概述
在現代電網中，統一的時間系統對于電力系統的故障分析、監視控制及運行管理具有重要意義。變電站的對時是指站內的保護、測量、監控設備為了統一時間的需要，采用相應的對時方法，實現與標準時鐘源時間保護同步的過程，從而確保電力系統實時數據采集的一致性，為系統故障分析和處理提供了準確的時間依據，提高電網運行效率和可靠性，提高電網事故分析和穩定控制的水平，提高線路故障測距、相量和功角動態監測、機組和電網參數校驗的準確性。
傳統變電站采用常規互感器，一、二次電氣量的傳變延時很小可以忽略，只要根據繼電保護等自動化裝置自身的采樣脈沖在某一時刻對相關TA、TV的二次電氣量進行采樣，就能保證數據的同時性。智能變電站繼電保護等自動化設備的數據采集模塊前移至合并單元，互感器一次電氣量需要經前端模塊采集再由合并單元處理。由于各間隔互感器的采集處理環節相互獨立，沒有統一協調，且一、二次電氣量的傳變附加了延時環節，導致各間隔電子式互感器的輸出數據不具有同時性，無法直接用于對數據同步性要求高的保護計算。

由此可見，時鐘同步是保證網絡采樣同步的基礎。電力系統中合并單元、同步相量測量裝置、故障錄波器、電氣測控單元、遠方終端、保護測控一體化裝置、微機保護裝置、安全自動裝置、電能量采集裝置、計算機監控系統主站、配電網終端裝置和配電網自動化系統均需要進行對時，這些設備對時間同步準確度的要求

1.1 時間的基本概念
時間是物理學的一個基本參量，也是物質存在的基本形式之一，是所謂空間坐標的第四維。時間表示物質運動的連續性和事件發生的次序和久暫，其最大特點是不可能保持恒定不變。
下面介紹幾個不同的計時方式：
1、世界時：UT/UT0/UT1/UT2
天文學界將在英國格林尼治天文臺觀測得到的由平子夜起算的平太陽時稱作世界時，記為UT，并一直沿用至今。
通過觀測恒星直接得到的世界時稱為UT0。
地球的自轉軸不是固定不變的，因此需對UT0進行極移修正，并將經過極移修正得到的世界時記為UT1，則UT1=UT0+Δλ。
地球的自轉速率有不規則的變化，自轉速率正在變慢，再對UT1進行地球自轉速率周期變化的改正，就得到UT2。即UT2=UT1+ΔTs=UT0+Δλ+ΔTs。
2、原子時/國際原子時：TA/TAI
原子物理學和量子物理學研究告訴人們，原子核外圍電子會產生能級躍遷，以原子由高能級向低能級躍遷時輻射出的頻率作為頻率標準，即所謂的原子頻率標準（原子頻標）。以原子頻標為基準的時間計量系統稱為原子時，簡稱TA。
國際時間局建立的原子時被國際計量大會指定為國際原子時，命名為TAI。
3、協調世界時：UTC
我國電力系統主要使用協調世界時（UTC），它代表了國際原子時TAI和世界時UT1這兩種時間尺度的結合。UTC的定義為
UTC(t)—TAI(t)=N秒（N為整數）
|UTC(t)—UT1(t)|＜0.9s
UTC的具體實施辦法是取消頻偏調整，使UTC秒長嚴格等于TAI秒長，在時刻上又使UTC接近于UT1。這樣由地球自轉速率不均勻性造成的UT1與TAI的差值采用在UTC時刻中加1s或減1s的閏秒（即跳秒）措施來補償。閏秒的時間定在6月30日或12月31日，也就是說使UTC在6月30日或12月31日這兩個日期的最后一分鐘為61s或者59s。由于地球自轉速度的不均勻性，近20年來，世界時每年比原子時大約慢1s，二者間的差逐年累積，到2013年已達35s。
1.2 常用授時系統
時鐘源用于提供標準時鐘信號，授時系統主要包括無線授時和有線授時兩類。無線授時系統包括美國GPS（Global Positioning System）導航系統、歐洲伽利略（Galileo）導航系統、中國北斗導航系統和俄羅斯全球導航衛星系統（GLINASS）等；有線授時系統以網絡或專線作為載體，例如通信網絡授時系統。目前變電站中主要應用的時鐘源為GPS衛星授時和北斗授時技術。
（1）GPS衛星授時
GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是美國從20世紀70年代開始研制的。GPS系統由專門的接收器接收衛星發射的信號，可以獲得位置、時間和其他相關信息。GPS系統每秒發送一次信號，其時間精度在100ns以內。其時間信息包含年、月、日、時、分、秒以及1PPS（標準秒）信號，因而具有很高的頻率精度和時間精度。在綜自變電站中采用GPS衛星同步時鐘可以實現全站各系統在統一時間基準下的運行監控和事故后的故障分析。

（2）北斗授時技術
北斗衛星導航系統是中國獨立開發的全球衛星導航系統，類似于美國的GPS和歐洲的伽利略定位系統，它提供海、陸、空全方位的全球導航定位服務，目前已經發展至第二代，授時精度可以達到20ns。目前已將13顆北斗導航系統組網衛星順利送入太空預定轉移軌道，預計在2020年建成由30多顆衛星組成的，覆蓋全球的“北斗”衛星導航定位系統。北斗時間系統，簡稱北斗時（BDT），是一個連續的時間系統，秒長取國際單位制SI秒，起始歷元為2006年1月1日0時0分0秒協調世界時（UTC）。BDT與UTC的偏差保持在100ns以內。
1.3 智能變電站授時技術和時間同步系統
變電站GPS時間同步系統由主時鐘、擴展時鐘和時間同步信號傳輸通道組成，主時鐘和擴展時鐘均由時間信號接收單元、時間保持單元和時間同步信號輸出單元組成。
因智能變電站對時間同步采集需求較高，為保證實時數據采集時間的一致性，智能變電站應配置一套全站公用的時間同步系統，主時鐘應雙重化配置。時鐘同步精度和守時精度滿足站內所有設備的對時精度要求，異常時鐘信息的防誤、主從時鐘的傳輸延時補償等滿足智能化變電站同步采樣要求。
智能變電站宜采用主備式時間同步系統，由兩臺主時鐘、多臺從時鐘和信號傳輸介質組成，為被授時設備/系統對時。
主時鐘采用雙重化配置，支持北斗授時系統和GPS標準授時信號，優先采用北斗授時系統。主時鐘對從時鐘授時，從時鐘為被授時設備/系統對時。時間同步精度和守時精度滿足站內所有設備的對時精度要求。站控層設備宜采用SNTP對時方式，間隔層和過程層設備宜采用直流IRIG-B碼對時方式，條件具備時也可采用IEEE 1588網絡對時。根據需要和技術要求，主時鐘可留有接口，用來接收上一級時間同步系統下發的有線時間基準信號。
在智能變電站中，時間裝置的技術特點及主要指標如下：
（1）多時鐘信號源輸入無縫切換功能。具備信號輸入仲裁機制，在信號切換時1PPS輸出穩定在0.2μs以內。
（2）異常輸入信息防誤功能。在外界輸入信號受到干擾時，仍然能準確輸出時間信息。
（3）高精度授時、守時性能。時間同步準確度優于1μs，秒脈沖抖動小于0.1μs，守時性能優于1μs/h。
（4）從時鐘延時補償功能。彌補傳輸介質對秒脈沖的延遲影響。
（5）提供高精度可靠地IEEE 1588時鐘源。
（6）支持DL/T860建模及MMS組網。
（7）豐富的對時方式，配置靈活。支持RS232、RS485、空觸點、光纖、網絡等多種對時方式。