电网数字及时间同步系统的应用

梁景棠

摘要：电网数字及时间同步系统在电力系统中具有重要的应用，主要用于确保电力系统的稳定运行和安全性。电网数字及时间同步系统在电力系统中的应用涵盖了广泛的领域，包括设备协调、频率控制、数据采集、事件记录、通信系统同步以及电力市场和负荷管理。这些应用有助于提高电力系统的稳定性、可靠性和效率，从而确保电力供应的质量和可持续性，本文对此加以探讨。

关键词：时间同步系统；数字同步网；电网；应用

电网对时间同步的要求越来越高，但现有的规范存在一些不足之处。针对这些问题，电网数字及时间同步系统的应用可通过修订北斗卫星导航系统的应用方式，以提高时间同步系统在天基授时中的可靠性。通过使用北斗卫星导航系统作为时间源，可以有效避免由于其他时间源的不可靠性而引起的时间误差。同时规范系统在时间源选择、跟随等状态下的运行机制。这样可以确保系统选择合适的时间源，并避免错误的时间信号和时间跳变。由此，时间同步系统将能更好地满足电网对时间同步的要求，提高系统的可靠性和功能，并确保电网的正常运行。

一、数字同步网概述

（一）数字同步网的层次结构

电网电力数字同步网的结构由三级节点构成，分别是一级节点、二级节点和三级节点。

一级节点是电网数字同步网的最高级别，配置有铯钟、GPS和BDS等设备。一级节点作为全网基准钟（PRC），为整个电网提供标准的时间和频率基准。一级节点设置在南方电网总调和主干传输网的一个枢纽节点，其中总调节点为主用，另一节点为备用。它主要为下级节点及主干传输网提供同步基准源。

二级节点是电网数字同步网的第二级别，也配置有铷钟、GPS和BDS等设备。二级节点作为省基准钟（LPR），为本省区域提供标准的时间和频率基准。二级节点设置在各省中调和省传输网的一个枢纽节点，其中中调节点为主用，另一节点为备用。它主要为下级节点及本省传输网提供同步基准源。

三级节点是电网数字同步网的最底层，同样配置有铷钟、GPS和BDS等设备。三级节点为本地区提供标准的时间和频率基准，并为地区通信网提供频率基准。它设置在各地调和地区传输网的一个枢纽节点，其中地调节点为主用，另一节点为备用。它主要为本地传输网提供同步基准源。

通过这样的层次结构，电网数字同步网能够逐级提供时间和频率基准，并确保整个电网内各节点之间的同步运行，从而提高了电网运行的效率和稳定性。

（二）同步定时链路的组织

同步节点的输入基准对于二级节点和三级节点来说是不同的。

对于二级节点（省级区域基准钟LPR），它应该有4路输入基准。其中包括两路卫星信号，用于获取全球卫星导航系统（如GPS、BDS）的时间信号；还有两路来自主干传输网定时平台的直接源自不同PRC（全网基准钟）的信号。

对于三级节点（地区级区域基准钟LPR），它也应该有4路输入基准。同样包括两路卫星信号，以获取卫星导航系统的时间信号；同时还有两路来自省传输网定时平台的直接源自不同二级节点的信号。

基于SDH传送网组建的同步网的主体架构是分层定时平台的结构。主干定时平台由PRC给主干传输网接入同步源构成；省定时平台由省级LPR给本省传输网接入同步源构成；本地定时平台由地区级LPR给本地区传输网接入同步源构成。各级通信网络的SSU设备和通信业务节点（如交换中心、传输节点等）从相应的定时平台上获取同步信号。

通过这样的同步基准分配架构，可以保证整个同步节点之间的准确时间同步，从而提高电网的信号传输效率和运行稳定性。

二、时间同步系统概述

（一）时间同步系统组成

时间同步系统有多种组成方式，其中典型的形式包括基本式、主从式和主备式三种。

1.基本式时间同步系统：由一台主时钟和信号传输介质组成。主时钟可以接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号，以提供精确的时间同步。这种形式适用于基本的时间同步需求，主要用于单一设备或系统对时。

2.主从式时间同步系统：由一台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成。主时钟为被授时设备或系统提供精确的时间信号，从时钟通过信号传输介质与主时钟同步。主时钟可以接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号，以提供更高精度的时间同步。这种形式适用于多个设备或系统需要统一时钟的场景，如局域网、数据中心等。

3.主备式时间同步系统：由两台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成。其中一台主时钟为主用，另一台为备用，可实现冗余备份。主时钟可以接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号，以提供高可靠性的时间同步。这种形式适用于对时间同步要求较高的关键设备或系统，如电力系统、航空管制等。

不同的时间同步系统组成方式适用于不同的应用场景和需求。选取合适的组成方式可以提供准确、可靠的时间同步，提高系统的稳定性和可用性。

（二）时间同步系统的配置

时间同步系统在满足调度、生产控制、用电和计量等方面对时间信息的需求时，可以采用天基授时为主、地基授时为辅的模式。

天基授时应以中国北斗卫星导航系统（BDS）为主，美国全球定位系统（GPS）为辅，采用单向方式来获取时间信号。这样可以确保系统能够在天空视野良好的区域获取到高质量的卫星时间信号，以提供准确的时间同步。同时，地基授时也是重要的补充手段，可以利用现有通信系统的频率和设备资源，实现对时间信号的接收和分发。主时钟和从时钟宜采用模块化配置方式，输出的信号必须满足被授时设备的要求。

为了实现统一的时间同步，主时钟和从时钟应采用统一的信息接口和数据模型。这有助于满足站端时间同步状态监测的需求，可以对时间同步系统的运行状态进行监测和管理。同时，各级调度机构和各电压等级的变电站的时间同步系统应进行统一配置，站内各业务系统也应使用统一的时间同步系统。这样能够确保全网各个环节的时间同步一致，提高电网的运行效率和稳定性。

（三）时间同步系统的组网

时间同步系统有两种运行方式：独立运行和组网运行。独立运行方式是指各个调度机构或变电站的时间同步系统独立运行，相互之间通过准同步来保持时间一致。即每个调度机构或变电站拥有自己的主时钟和从时钟，通过内部的同步机制确保时间的准确性。这种方式适用于一些较小规模或独立运行的电网子系统。

组网运行方式是指时间同步系统通过接入时间同步网实现时间同步，除了接收卫星时间基准信号外，还可以通过有线时间基准信号接收上一级时间同步系统的时间基准。时间同步网由各级电网的调度机构、变电站等组成，各个时间同步系统相互连接，通过通信网络进行时间同步。这种方式适用于大型电网系统，可以实现全网范围内设备的时间同步。

在组网运行方式下，时间同步系统可以通过有线时间基准信号接收上一级时间同步系统发出的时间基准，同时也可以向下一级时间同步系统提供时间基准信号，以实现全网范围内设备的时间同步。通过独立运行或组网运行的方式，时间同步系统可以确保电网中各个节点设备的时间一致性，为调度、控制、保护和计量等各个方面提供准确的时间信息，提高电网的运行效率和稳定性。时间同步网络的组成如图1。

图1时间同步网络的组成

三、时间同步装置技术要求

（一）时间同步装置组成

时间同步装置主要由接收单元、时钟单元和输出单元三部分组成，如图2。

图2时间同步装置的基本组成

（二）电网频率测量

时间同步装置在电网频率测量功能方面的具体要求如下：测量对象为电网电压，通常为220VAC。测量有效范围为45.000Hz到55.000Hz，采用五位科学记数法，小数点后三位。即频率的可测量范围为45.000Hz至55.000Hz。测量分辨率为0.001Hz，即能够以0.001Hz的精度进行频率测量。这样的分辨率可以满足EMS（能源管理系统）发电自动控制和频率按秒考核等应用需求。测量周期为1秒，即每隔1秒对电网频率进行一次测量。这样的测量周期可以保证对频率变化的准确监测和及时响应。通过实时测量电网频率，时间同步装置可以提供准确的电网频率信息，为电力系统的自动控制和运行监测等方面提供依据，确保电网的稳定运行。

四、结束语

综上所述，电网数字及时间同步系统是一种用于实现电网设备之间的数据和时间同步的技术系统。它通过精确的时间同步，使得电网的各个设备能够同步工作，从而提高了电网的运行效率和稳定性。电网数字及时间同步系统可以提高电网设备之间的协同工作效率。总之，电网数字及时间同步系统的应用可以提高电网数据的准确性，提高设备之间的协同工作效率，并提供时间标准服务。通过这些应用效果，电网的运行效率和稳定性得到了显著提升。
参考文献：

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“南方电网公司科技项目资助：【项目编号031300KZ23040045】”