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智能電網(wǎng)時(shí)間同步解決方案

智能電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)間同步現(xiàn)狀

通常，電力不會(huì)在實(shí)際需要的地方產(chǎn)生，而是從發(fā)電廠運(yùn)輸?shù)接脩?hù)，因此，電力經(jīng)常在整個(gè)電網(wǎng)中進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，其中包括中壓電力線、變電站、柱上變壓器和低壓線路。這種電力網(wǎng)絡(luò)需要廣泛的控制技術(shù)，如監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集 (SCADA) 系統(tǒng)以及各種智能電子設(shè)備 (IED)，如保護(hù)繼電器、間隔控制器單元等。

電網(wǎng)系統(tǒng)頻率隨著負(fù)載和發(fā)電量的變化而變化。因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)頻率的變化以防止重大中斷非常重要，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是為了能夠正確、快速檢測(cè)、識(shí)別和了解整個(gè)電網(wǎng)問(wèn)題的位置和時(shí)間，電網(wǎng)系統(tǒng)的 IT 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間一定要同步。然而傳統(tǒng)變電站中，電子設(shè)備的時(shí)間同步是通過(guò)專(zhuān)用總線來(lái)實(shí)現(xiàn)GPS或IRIG-B信號(hào)分發(fā)。盡管GPS是日前習(xí)以為常的時(shí)間同步解決方案，但GPS非常容易受信號(hào)干擾與欺騙，在衛(wèi)星信號(hào)不良的地方（比如室內(nèi)、隧道、高樓林立的城市街區(qū)等）很難搜到信號(hào)。

智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、以通信信息平臺(tái)為重大支撐的電力網(wǎng)絡(luò)，兼具信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特質(zhì)，涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，可實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度的現(xiàn)代電網(wǎng)。精度和可靠性對(duì)于智能電網(wǎng)應(yīng)用中使用的電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間和頻率同步至關(guān)重要。準(zhǔn)確的同步有助于加速?gòu)V泛的智能電網(wǎng)操作，例如故障檢測(cè)和網(wǎng)絡(luò)、同步相量測(cè)量以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、事件序列時(shí)間戳、數(shù)據(jù)采集、需求側(cè)管理 (DSM)、差動(dòng)保護(hù)、頻率偏差測(cè)量 ( FDM )、智能計(jì)量同步和許多其他應(yīng)用。

時(shí)間同步解決方案

酷鯊科技授時(shí)系統(tǒng)旨在滿(mǎn)足現(xiàn)代電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的同步要求。模塊化方法允許配置為 IED 和 SCADA 系統(tǒng)等不同設(shè)備提供所需的同步輸出組合。能夠選擇某些變電站組件所需的 IRIG 時(shí)間碼輸出、脈沖和頻率的組合，并且能夠添加 NTP/SNTP 以及 PTP 網(wǎng)絡(luò)同步接口，使得 IMS 平臺(tái)（智能模塊化同步）成為變電站自動(dòng)化的選擇和智能電網(wǎng)應(yīng)用，如同步相量和事件記錄。

根據(jù)其配置和模塊選擇，酷鯊科技授時(shí)系統(tǒng)可以發(fā)揮不同的作用。通過(guò)支持 Meinberg 的 IRSA（智能參考切換算法）技術(shù)，時(shí)間服務(wù)器可以使用北斗、GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou、1PPS 或 IRIG-B 時(shí)間碼作為其同步源，也可以接受 PTP 甚至 NTP 。

PTP 實(shí)施支持 PTP 默認(rèn)配置文件 (IEEE 1588-Annex J) 以及多個(gè)電源配置文件版本，包括 IEEE C37.238-2017，還支持在 IEC 62439-3 附錄 B 中標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)用程序配置文件。如果需要，可以使用 TSU 模塊通過(guò)廣域網(wǎng)鏈接將 LANTIME 與遠(yuǎn)程 Telecom Profile Grandmaster 同步。當(dāng)作為電源配置文件或?qū)嵱贸绦蚺渲梦募鲿r(shí)鐘運(yùn)行時(shí)，PTP 模塊的性能允許數(shù)百個(gè) IED 或其他 PTP 從機(jī)同步。

IRIG-B和 1PPS 信號(hào)通常用于間隔和過(guò)程級(jí)別的時(shí)間同步，需要單獨(dú)的、昂貴的同軸電纜；酷鯊PTP主時(shí)鐘使同步在現(xiàn)有的局域網(wǎng)IEEE 1588兼容的PTPv2開(kāi)關(guān)，提供具有準(zhǔn)確度的低成本的解決方案，即使在PRP網(wǎng)絡(luò)。

地面時(shí)間同步授時(shí)系統(tǒng)

酷鯊科技使用多種時(shí)間和頻率同步設(shè)備產(chǎn)品系列來(lái)滿(mǎn)足電網(wǎng)苛刻的同步要求。酷鯊科技提供靈活和準(zhǔn)確的時(shí)間同步解決方案，符合 IEEE 1588 PTPv2、IEEE C.37.238-2011、IEEE C.37.238-2017 Power 和 IEC/IEEE 61850-9-3 Power Utility Profile 以及 IEC 61850 電廠、變電站和用戶(hù)標(biāo)準(zhǔn)，讓整個(gè)智能電網(wǎng)總指揮能夠可靠地、準(zhǔn)確監(jiān)控整個(gè)電力系統(tǒng)。

“地基”（地面時(shí)間同步授時(shí)系統(tǒng)），相較于“天基”（依靠空中衛(wèi)星授時(shí)）而言，具有以下天然優(yōu)勢(shì)：

首先，地面授時(shí)抗干擾能力強(qiáng)，安全性高！

其次，地面授時(shí)比空中北斗授時(shí)精度更高，現(xiàn)階段普通北斗接收機(jī)的授時(shí)精度在100納秒水平，而酷鯊科技地面授時(shí)現(xiàn)已成功可達(dá)到1納秒授時(shí)精度；

第三，地面授時(shí)區(qū)域時(shí)間一致性會(huì)更好，即便主時(shí)鐘丟了衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)生了時(shí)間偏移，從時(shí)鐘時(shí)間也會(huì)緊跟主時(shí)鐘，能有效確保在當(dāng)前主時(shí)鐘下的整體區(qū)域時(shí)間是一致的。GPS授時(shí)因?yàn)槎几櫟氖切l(wèi)星，各GPS授時(shí)點(diǎn)之間一旦沒(méi)了衛(wèi)星信號(hào)，時(shí)間各自偏移，那相互之間的偏差就無(wú)法確定，整個(gè)區(qū)域內(nèi)時(shí)間也就千差萬(wàn)別，不一致；

第四，地面授時(shí)系統(tǒng)，比起衛(wèi)星授時(shí)而言，適用于更多應(yīng)用場(chǎng)景，比如山洞、礦井、室內(nèi)等。眾所周知，這些區(qū)域是沒(méi)有辦法通過(guò)衛(wèi)星接收機(jī)來(lái)獲取時(shí)間的。由此，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地面時(shí)間同步來(lái)實(shí)現(xiàn)授時(shí)在當(dāng)先顯得尤為緊迫。眾所周知，這些區(qū)域是沒(méi)有辦法通過(guò)衛(wèi)星接收機(jī)來(lái)獲取時(shí)間的，電網(wǎng)室內(nèi)設(shè)備需要授時(shí)時(shí)，衛(wèi)星饋線安裝過(guò)程難于控制，高昂的安裝成本更是令眾多企業(yè)望而卻步，此時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的地面時(shí)間同步來(lái)進(jìn)行授時(shí)就大有用武之地。IRIG-B協(xié)議可提供100微秒的精度，這對(duì)于記錄事件和故障波形的時(shí)間序列而言綽綽有余，然而，對(duì)于新標(biāo)準(zhǔn)的IEC 61850處理總線或同步相關(guān)應(yīng)用而言，卻無(wú)法達(dá)到亞微秒級(jí)的精度。此外，IRIG-B需要借助專(zhuān)用電纜來(lái)傳輸時(shí)間信號(hào)，該做法不僅成本很高，而且還無(wú)法提供冗余機(jī)制。

智能電網(wǎng)時(shí)間同步涉及者

能源供應(yīng)商：發(fā)電機(jī)、可再生能源和優(yōu)化的存儲(chǔ)選項(xiàng)了經(jīng)濟(jì)的能源形式。

未來(lái)所有率的參與者：有效使用可再生能源可減少化石燃料的消耗和核廢料的產(chǎn)生。智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)過(guò)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

自動(dòng)化變電站：監(jiān)測(cè)和控制資源，以確保能源的持續(xù)供應(yīng)。

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)：電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商從電網(wǎng)社區(qū)內(nèi)的來(lái)源接收通信，并將定價(jià)和費(fèi)率信號(hào)等數(shù)據(jù)發(fā)送回所有參與者。

終端消費(fèi)者：配電變電站將電力從傳輸電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓，用于本地配電到家庭和企業(yè)。

消費(fèi)類(lèi)設(shè)備：接收公用事業(yè)定價(jià)和費(fèi)率信號(hào)以指導(dǎo)智能能源使用決策。

同步的電力公司：作為智能電網(wǎng)中重要的節(jié)點(diǎn)之一，變電站管理網(wǎng)絡(luò)中電力的優(yōu)化調(diào)節(jié)，包括現(xiàn)有發(fā)電廠、分布式可再生能源和終端消費(fèi)者。隨著智能雙向電網(wǎng)功能齊全，準(zhǔn)確的時(shí)間同步將發(fā)揮更重要的作用。

自動(dòng)化變電站：變電站自動(dòng)化中的準(zhǔn)確時(shí)間同步必須滿(mǎn)足電站、間隔和過(guò)程級(jí)別的不同要求。站點(diǎn)級(jí)別的監(jiān)控系統(tǒng)、PC 和遠(yuǎn)程設(shè)備需要毫秒范圍內(nèi)的精度，這可以通過(guò)現(xiàn)有 LAN 網(wǎng)絡(luò)上的 NTP 或 SNTP 時(shí)間協(xié)議提供。間隔和過(guò)程級(jí)別的 IED（智能電子設(shè)備）和 MU（合并單元）需要 1μs 的精度，基于 IEEE 1588 PTPv2 協(xié)議實(shí)現(xiàn)，并從過(guò)程級(jí)別應(yīng)用 PTP 兼容開(kāi)關(guān)。