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嵌入式远动系统在时间同步在线监测技术中的应用分析
2017-01-05 14:15:26  作者:杨松 张俊伟 张道农  来源:中国设计师网  
  •   本文分析了在能源互联和智能电网快速发展的背景下,时间同步在线监测和时钟同步管理的必要性、可行性。重点阐述了实现时间同步在线监测的重要环节嵌入式Vxworks远动系统所构建的组网架构、配置信息流、以及该嵌入式Vxworks远动系统在电网时钟管理系统中所进行的时间同步信息采集、数据辨识、分析处理的功能实现和技术方案。

    本文相关专题:WAMS及时间同步

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杨松
  1 引言
  本文介绍了一种嵌入式Vxworks远动系统时间同步管理的实现方法。分析了在能源互联[1]和智能电网快速发展的背景下,对于变电站综合自动化系统在国家电网在时间同步新要求下,实现电网自动化的时间同步在线监测和时钟同步管理的必要性、可行性。重点阐述了实现时间同步在线监测的重要环节嵌入式Vxworks远动系统所构建的组网架构、配置信息流、以及该嵌入式Vxworks远动系统在电网时钟管理系统中所进行的时间同步信息采集、数据辨识、分析处理的功能实现和技术方案。
  2 时间同步在线监测技术简介
  2.1 技术原则
  电网调度端时间同步在线监测及时钟管理是以调度主站前置网关机作为时钟同步监测管理者为前提,通过NTPD工具实现对其它的服务器和设备的时间同步监测。
  变电站端时间同步在线监测及时钟管理是以变电站侧的监控后台主机作为站控层时间同步在线监测管理者为前提,以NTP乒乓对时为原理,对时源设备、测控装置、故障录波设备、一体化电源设备、保信系统等进行时间同步在线监测。其中,测控装置是间隔层时间同步在线监测的管理端,它是基于四时标NTP乒乓原理,通过GOOSE实现对合并单元、智能终端等设备时间同步的在线监测。
  电网调度端与变电站端之间的时间同步监测管理是以调度主站前置网关机作为管理者为前提,基于三时标乒乓原理,通过DL/T476或DL/T634.5104实现对变电站端通信网关机的时间同步在线监测管理。[2]
  2.2 乒乓原理
  电网调度时间同步在线监测系统针对时钟同步监测功能的功能实现主要涉及前置应用,前置应用部颁IEC104或DL476规约与变电站自动化系进行过乒乓原理对时,根据对时结果来检测各变电站时钟对时的准确性,从而保证全网时钟同步的准确性。具体原理及对时流程如图1所示。
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  图1 乒乓对时流程图
  图1中,T0 、T1 、T2 、T3 为四个时间点的时标。 △t 为钟差,计算公式为:
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  其中:
  T——调度端发送“测量时钟请求”的时标;
  T1——为厂站收到“测量时钟请求”的时标;
  T2——厂站端发送“测量时钟请求的结果”的时标;
  T3——调度端收到“测量时钟请求的结果”的时标[3];
  调度端前置系统定期向变电站自动化监控系统发送“测量时钟请求”命令。在完成一个“测量时钟请求”的过程后,根据T、T1 、T2 、T3计算出主站与变电站间的时钟差△t ,若果时钟差超过系统预设的误差阀值则进行告警处理。调度端前置应用同时对本调度中心的时钟同步装置进行检测,按照时钟同步装置定义的数据传输规约及告警格式,接收时钟同步装置的告警信息,并进行告警处理。同时按照上述的乒乓对时原理,前置应用也对本调度中心内的时间同步装置进行对时偏差计算,当时钟差△t超过作系统预设的误差阀值时,同样发出告警[4]。调度端系统通过部颁IEC 104或DL476接收变电站全站状态数据分析结果,从而在调度端侧可以实时监视变电站各系统和设备的对时状态信息[5]。
  2.3 数据帧及功能控制流程
  电网调度时间同步在线监测系统跟变电站端嵌入式Vxworks远动系统进行通讯规约匹配,其报文的交互流程和帧格式如图2所示。
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  图2 时间同步帧格式流程图
  3 嵌入式远动系统的时钟管理方案实现
  3.1 系统架构
  系统整体组网架构包括时钟源设备和具有时间采集模块、时间同步模块、时钟监测模块、失步守时模块及时间数据信息处理模块的间隔层设备,还有基于信息流传输的网络设备,以及具备“承上启下”功能的时钟同步管理节点或系统。如图3所示。
  图3 时间同步系统架构图
  该时钟同步管理节点或系统专指嵌入式Vxworks远动系统。间隔层设备主要包括测控装置、保护装置、故障录波装置、保信子站系统、PMU等节点。时钟源设备则是以北斗二代定位系统或全球定位系统(GPS)为时间基准,通过RS232/RS485/RS422串口输出/、IRIG-B(DC/AC)输出、脉冲有源(无源)输出或网络方式对其他设备定时对时,实现电网系统的时钟与标准时间同步。时间同步的方式有IRIG-B、脉冲、SNTP、IEEE 1588。
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图3 时间同步系统架构图
  3.2 数据流配置
  电网调度时间同步状态在线监测系统或模块通过厂站端嵌入式Vxworks远动系统完成跟调度主站的乒乓对时,实现了调度主站对厂站端的时间同步管理;厂站端站控层则采用最新的告警直传图形浏览主机系统或远动系统完成对间隔层设备实现时间同步状态的在线监测和管理,特别是还对站控层远动双机系统完成了时间同步的状态监测。电网时间同步在线监测和时钟同步管理配置信息表如表1所示。表中第二和第三列指明了时间管理的信息交互主子节点,第四列则指出了时间同步管理信息交互的通讯协议和途径,最后一列说明了时间同步管理交互的具体信息描述。
  表1 时间同步数据流配置表
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  3.3 数据采集与处理
  对于嵌入式Vxworks远动系统,对上跟主站调度“打乒乓”,对下负责管理间隔层设备或节点。如图4所示,描述了电网时间同步在线监测和时钟同步管理的数据信息采集和处理的过程,为嵌入式远动系统的工程应用提供了具体的实施方法。
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  图4 时间同步数据采集和处理
  4 结语
  按照上述既定的技术方案和工程实施细则,顺利完成了长春龙嘉500kV变电站应用嵌入式Vxworks远动系统实现时间同步在线监测和时钟同步管理的全站改造。该工程的实际应用,对吉林电网后期加快推进厂站时钟同步在线监测的工程进度,提供了很好的实践基础。同时,也为吉林省电力公司管理单位制定《吉林电网调度自动化系统时钟同步系统运行管理细则》[6]提供了依据。
  参考文献
  [1] 刘振亚.全球能源互联网[M].北京:中国电力出版社,2015:1-8.
  [2] 辛耀中.电力系统数据通信协议体系[J].电力系统自动化,1999(1):40 -44.
  [3] 彭志强,霍雪松,曾飞,吴海伟.电力系统时间同步状态在线监测技术应用分析[J].华东电力,2014(10):13-16.
  [4] 李澄,陈颢,宁艳.二次设备时间同步状态在线监测系统研究[J].江苏电机工程,2012(01):25-26.
  [5] 谈苏伟,赵大方,葛云鹏,薛蕾.一种按名通信数据接口方案的实现[J].江苏电机工程,2008,27(6):59-62.
  [6] 赵振宇,赵克明,张铁平.东北电网时间同步系统联网的研究与探讨[J].电力系统通信,2009(03):19-23.
  作者简介
  杨松(1959- ),男,正高级工程师,长期从事电力系统自动化应用研究及管理。
  张俊伟(1982- ),男,学士、工程师,长期从事变电站综合自动化系统的工程应用。
  张道农(1961- ),男,教授级高级工程师/设计总工程师,全国时间频率计量技术委员会委员、中国电工技术学会电力系统控制与保护专业委员会委员、全国电力系统管理及其信息交换标准化委员会委员、WAMS及时间同步工作组组长,主要从事继电保护及安全自动装置的设计与研究,以及大型工程项目的项目管理工作。
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