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摘 要：基于泛在电力物联网新兴业务的发展，时间基准对主站端电网调度自动化和变电站端综合自动化系统、智能变电站系统中信号告警、事故反演排查及智能专家告警等故障诊断显得愈发必需而重要。时间同步技术就是一种基于主子站一体化的时间同步系统为基准进行数据采集和数据挖掘技术。本文介绍了一种基于变电站端内部、主站端内部及变电站与主站间为研究视角的主子站一体化时间同步系统的整体设计方案与实现，从而解决了时间同步系统的分散性和不完整性，并在吉林省电网中得到实际应用和推广。
关键词：时间同步技术;主子站一体;故障诊断;通讯规约
1 引言
随着泛在电力物联网的快速发展，当前电网系统中时间同步存在诸多亟待解决的技术问题。变电站端存在多套时钟源的问题，有些变电站端存在脉冲对时、网络103对时等低精度对时方式问题，调度主站端无法对授时与被授时设备进行在线监测和状态评估。当电网出现异常时，时间不准给事故分析和原因判断造成了极大困扰，甚至因时间跳变对负荷的控制给出了错误的指令。电网调度自动化和变电站自动化对时间同步系统的实现目前更多基于局部或区域性，智能电网的综合应用需要一种基于变电站和主站一体化的时间同步系统为基准进行数据采集和数据挖掘。为解决上述问题，本文从智能电网调控一体化的功能区域划分，介绍了一种基于变电站端内部、主站端内部及变电站与主站间为研究视角的主子站一体化时间同步系统的整体设计方案，从而解决了时间同步系统的分散性和不完整性[1]。
2 主子站一体化方案
2.1方案内容
按照主子站一体化时间同步系统的功能区域划分，研究了变电站端内部、调度主站端内部、调度主站端与变电站端之间三部分技术方案实现。如下图1和图2示意。
2.2乒乓原理
本文应用乒乓原理，来实现时间同步的闭环管理。所谓时间同步闭环管理是指时间同步体系由授时端和被授时端组成，时间同步状态在线监测的对象包括授时端和被授时端。将时钟、被对时设备构成闭环，使对时状态可监测，且监测结果可上送，从而将时间同步系统纳入自动化监控系统管理。
乒乓原理典型分为四时标和三时标[2]，△t为钟差（超前为正，滞后为负）。四时标计算方式为：△t=[（T3–T2）+（T0–T1）]/2 。其中T0为主站发送“测量时钟请求”的时标;T1为变电站收到“测量时钟请求”的时标;T2为变电站发送“测量时钟请求的结果”的时标;T3为主站收到“测量时钟请求的结果”的时标。三时标计算方式为：△t=[（T2+T0）/2]-T1。其中：T0为主站发送“测量时钟请求”的时标;T1为变电站收到“测量时钟请求”的时标;T2为主站收到“测量时钟请求的结果”的时标。
2.3通讯原理
时间同步监测中，NTP采用客户/服务器模式[3]。该模式中，时间管理服务器为客户端，被监测设备为服务端。时间管理服务器定期向被监测设备发送报文。时间管理服务器依照被监测设备返回的时钟报文计算时钟偏差，但不会修改被监测设备的时钟。
3 一体化方案实现
3.1变电站端内部
变电站端内部通过采用“四时标法”，解决了站内时间同步的管理问题。本环节方案主要有四部分内容：一是全站统一使用一套变电站端时钟源设备。二是站控层监控主机实现对间隔设备的时间同步管理。三是站控层监控主机通过间隔层测控装置间接完成跟过程层设备的时间同步管理。四是站控层监控主机跟处于站控层同一网络的其它站控层设备进行时间同步管理。变电站内部各个环节的时间同步性能应优于2ms。变电站端内部层次结构自上而下分为：站控层、间隔层、过程层。时钟源设备是指时间同步装置。
3.2主站端内部
调度主站端内部通过采用“四时标法”，解决了主站内时间同步的管理问题。其实现过程是先由调度主站端时间同步装置通过网络NTP完成调度主站端内部设备的授时，然后由D5000系统前置网关机再通过NTP方式，运用“四时标法”，完成对被授时设备的时间同步管理。其时间同步性能应优于2ms。调度主站端内部设备主要指D5000系统前置网关机、各服务器工作站、工程师站等。
3.3主站端与变电站端之间
调度主站端与变电站端之间通过采用“三时标法”，解决了站内时间同步的管理问题。本环节方案主要是D5000系统前置网关机实现对变电站端数据网关机的时间同步管理，并通过变电站端告警直传远程图形浏览网关机调取变电站端的时间同步管理功能。该环节的时间同步性能应精确到毫秒级。D5000系统前置网关机采用基于DL/T634.5 104网络通讯协议[4]，运用“三时标法”，完成对变电站端数据网关机的时间同步管理，并且通过基于DL476网络通讯协议完成对变电站端时间同步信息的远程调取和在线监视等功能。调度主站端设备是指D5000系统前置网关机，变电站端设备则是变电站端数据网关机。
4 一体化功能应用
主子站一体化时间同步系统典型应用主要体现在授时质量自动判别、动态可视化展示、分层管理、告警检索和历史查询、状态在线评估和故障区域定位五种功能。其中状态在线评估和故障区域定位功能是一体化时间同步系统进行数据采集和数据挖掘的突出特征。调度端和变电站端都具备自动弹窗告警和智能分析时间同步信息，依据该信息来源，调用横向对比、纵向排查的纵横对查算法，时间同步系统按照软件专家系统自动评估电网设备时间同步的运行状况和故障区域定位。
5 结语
通过对吉林省电网所辖吉林东500kV智能变电站、龙嘉500kV常规变电站一体化时间同步系统的应用实施。该系统利用现有设备的软硬件平台，将时间同步管理的通用模型嵌入到调度主站D5000系统，并移植至变电站端监控主机。变电站端時间同步装置和被授时设备经过软硬件升级，应用“乒乓原理”技术，实现了调度主站端对变电站端的时间同步管理。运用纵横对查算法，不仅实现了在智能调度技术支持系统下各设备时间同步的运行状况评估和故障区域定位，而且完整实现了调度端、智能站、常规站，多层级、立体式时间同步管理。前景将结合试点变电站的运行经验，配合综合能源网的发展，可在更大范围内推广应用。
参考文献
关键词：时间同步技术;主子站一体;故障诊断;通讯规约
1 引言
随着泛在电力物联网的快速发展，当前电网系统中时间同步存在诸多亟待解决的技术问题。变电站端存在多套时钟源的问题，有些变电站端存在脉冲对时、网络103对时等低精度对时方式问题，调度主站端无法对授时与被授时设备进行在线监测和状态评估。当电网出现异常时，时间不准给事故分析和原因判断造成了极大困扰，甚至因时间跳变对负荷的控制给出了错误的指令。电网调度自动化和变电站自动化对时间同步系统的实现目前更多基于局部或区域性，智能电网的综合应用需要一种基于变电站和主站一体化的时间同步系统为基准进行数据采集和数据挖掘。为解决上述问题，本文从智能电网调控一体化的功能区域划分，介绍了一种基于变电站端内部、主站端内部及变电站与主站间为研究视角的主子站一体化时间同步系统的整体设计方案，从而解决了时间同步系统的分散性和不完整性[1]。
2 主子站一体化方案
2.1方案内容
按照主子站一体化时间同步系统的功能区域划分，研究了变电站端内部、调度主站端内部、调度主站端与变电站端之间三部分技术方案实现。如下图1和图2示意。
2.2乒乓原理
本文应用乒乓原理，来实现时间同步的闭环管理。所谓时间同步闭环管理是指时间同步体系由授时端和被授时端组成，时间同步状态在线监测的对象包括授时端和被授时端。将时钟、被对时设备构成闭环，使对时状态可监测，且监测结果可上送，从而将时间同步系统纳入自动化监控系统管理。
乒乓原理典型分为四时标和三时标[2]，△t为钟差（超前为正，滞后为负）。四时标计算方式为：△t=[（T3–T2）+（T0–T1）]/2 。其中T0为主站发送“测量时钟请求”的时标;T1为变电站收到“测量时钟请求”的时标;T2为变电站发送“测量时钟请求的结果”的时标;T3为主站收到“测量时钟请求的结果”的时标。三时标计算方式为：△t=[（T2+T0）/2]-T1。其中：T0为主站发送“测量时钟请求”的时标;T1为变电站收到“测量时钟请求”的时标;T2为主站收到“测量时钟请求的结果”的时标。
2.3通讯原理
时间同步监测中，NTP采用客户/服务器模式[3]。该模式中，时间管理服务器为客户端，被监测设备为服务端。时间管理服务器定期向被监测设备发送报文。时间管理服务器依照被监测设备返回的时钟报文计算时钟偏差，但不会修改被监测设备的时钟。
3 一体化方案实现
3.1变电站端内部
变电站端内部通过采用“四时标法”，解决了站内时间同步的管理问题。本环节方案主要有四部分内容：一是全站统一使用一套变电站端时钟源设备。二是站控层监控主机实现对间隔设备的时间同步管理。三是站控层监控主机通过间隔层测控装置间接完成跟过程层设备的时间同步管理。四是站控层监控主机跟处于站控层同一网络的其它站控层设备进行时间同步管理。变电站内部各个环节的时间同步性能应优于2ms。变电站端内部层次结构自上而下分为：站控层、间隔层、过程层。时钟源设备是指时间同步装置。
3.2主站端内部
调度主站端内部通过采用“四时标法”，解决了主站内时间同步的管理问题。其实现过程是先由调度主站端时间同步装置通过网络NTP完成调度主站端内部设备的授时，然后由D5000系统前置网关机再通过NTP方式，运用“四时标法”，完成对被授时设备的时间同步管理。其时间同步性能应优于2ms。调度主站端内部设备主要指D5000系统前置网关机、各服务器工作站、工程师站等。
3.3主站端与变电站端之间
调度主站端与变电站端之间通过采用“三时标法”，解决了站内时间同步的管理问题。本环节方案主要是D5000系统前置网关机实现对变电站端数据网关机的时间同步管理，并通过变电站端告警直传远程图形浏览网关机调取变电站端的时间同步管理功能。该环节的时间同步性能应精确到毫秒级。D5000系统前置网关机采用基于DL/T634.5 104网络通讯协议[4]，运用“三时标法”，完成对变电站端数据网关机的时间同步管理，并且通过基于DL476网络通讯协议完成对变电站端时间同步信息的远程调取和在线监视等功能。调度主站端设备是指D5000系统前置网关机，变电站端设备则是变电站端数据网关机。
4 一体化功能应用
主子站一体化时间同步系统典型应用主要体现在授时质量自动判别、动态可视化展示、分层管理、告警检索和历史查询、状态在线评估和故障区域定位五种功能。其中状态在线评估和故障区域定位功能是一体化时间同步系统进行数据采集和数据挖掘的突出特征。调度端和变电站端都具备自动弹窗告警和智能分析时间同步信息，依据该信息来源，调用横向对比、纵向排查的纵横对查算法，时间同步系统按照软件专家系统自动评估电网设备时间同步的运行状况和故障区域定位。
5 结语
通过对吉林省电网所辖吉林东500kV智能变电站、龙嘉500kV常规变电站一体化时间同步系统的应用实施。该系统利用现有设备的软硬件平台，将时间同步管理的通用模型嵌入到调度主站D5000系统，并移植至变电站端监控主机。变电站端時间同步装置和被授时设备经过软硬件升级，应用“乒乓原理”技术，实现了调度主站端对变电站端的时间同步管理。运用纵横对查算法，不仅实现了在智能调度技术支持系统下各设备时间同步的运行状况评估和故障区域定位，而且完整实现了调度端、智能站、常规站，多层级、立体式时间同步管理。前景将结合试点变电站的运行经验，配合综合能源网的发展，可在更大范围内推广应用。
参考文献
国调中心关于强化电力系统时间同步监测管理工作的通知（调自〔2014〕53号）.
张继国、李育发等.嵌入式远动系统在时间同步在线监测技术中的应用[J].吉林电力，2015，43（6）：1-3.
辛耀中.电力系统数据通信协议体系[J].电力系统自动化，1999，23（1）：40-44.
张俊伟，关峰等.电力系统IEC60870-5-104规约典型报文应用解析[J].电子测试，2016（12）：18-36.
作者简介：
杨杉：（1967-），男，助理工程师，从事风电场建设前期管理工作.
刘自洋（1987-），男，工学学士，初级工程师，从事电力系统自动化工程调试及应用.
杨丹琳：（1987-），女，双学士，工程师，从事电力自动化系统技术支持工作.