CN103513569A - 一种智能变电站冗余时间同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能变电站冗余时间同步方法，智能变电站冗余时间同步系统采用双主时钟以及两套扩展时钟的冗余配置，双主时钟接收并同步双时间源信号，扩展时钟接收并同步双主时钟时间源信号，被授时设备接收并同步来自扩展时钟的时间源信号，对时间同步性和精度要求较高的被授时设备采用IRIG-B和IEC61588传输时间源信号，在双主时钟与双时间源同步、扩展时钟与双主时钟同步以及授时设备与扩展时钟同步之前均对时间源信号进行有效性判断，并采取固定步长逐步调整的方式同步上时间源信号，本发明满足了智能变电站时间同步可靠性、稳定性、高精度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域，尤其涉及一种智能变电站冗余时间同步方法。
背景技术
随着国家电网公司智能电网发展建设的提出，智能变电站的发展建设成为变电站的发展目标，其智能化水平集中体现在基于全站数据共享的高级应用上，且提高智能变电站自动化系统集成度的关键在于发挥网络优势，简化设备联系，推广网络采样技术。时间同步系统是智能变电站内必不可少的一部分，其为站内各种电力系统二次设备提供时间信息及同步信息，如：调度自动化系统、微机继电保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网、雷电定位系统、智能电子设备IED等。若时间同步系统出现异常，可能导致网络采样值数据无效，致使部分二次设备无法正常工作。因此，提高时间同步系统可靠性是智能变电站发展的必然要求，而提高时间同步系统的可靠性则是确保其可靠性的一条有效途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定、可靠、精确的时间同步方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能变电站冗余时间同步方法，包括以下步骤：
(1)双主时钟接收双时间源信号；
(2)双主时钟对双时间源信号有效性进行判断；
(3)双主时钟同步双时间源信号；
(4)两套扩展时钟接收来自双主时钟的时间源信号；
(5)两套扩展时钟对来自双主时钟的时间源信号进行有效性判断；
(6)扩展时钟同步来自双主时钟的时间源信号；
(7) 被授时设备接收来自扩展时钟的时间源信号，被授时设备通过单通道和双通道接收来自扩展时钟的时间源信号，其中通过双通道接收来自扩展时钟的时间源信号的被授时设备对时间同步性和精度的要求比通过单通道接收来自扩展时钟的时间源信号的被授时设备对时间同步性和精度的要求高；
(8)被授时设备对来自扩展时钟的时间源信号进行有效性判断；
(9)被授时设备同步来自扩展时钟的时间源信号。
优选地，步骤（2）、（5）、（8）所述的时间源信号有效性判断包括：对时间源信号进行鉴相、滤波处理以及时间连续性判断，若时间源信号的1PPS精度超出引入范围或者时间源信号的跳变超过1秒，则将该时间源信号置为不可用源，并根据优先级选择其它源。
优选地，步骤（3）、（6）、（9）中：若所述时间源信号为有效，则采取固定步长逐步调整输出1PPS，直到同步上时间源信号。
优选地，所述双主时钟、扩展时钟、被授时设备内部均设有时钟装置，所采用的时间均以内部时钟装置为准。
优选地，所述时钟装置具有延迟补偿功能模块，双主时钟的时钟装置延迟补偿功能模块用于补偿天线与双主时钟之间的传输延迟，扩展时钟的时钟装置延迟补偿功能模块用于补偿主时钟与扩展时钟之间的传输延迟，被授时设备的时钟装置延迟补偿能模块用于补偿扩展时钟与被授时设备之间的传输延迟。
优选地，所述双主时钟、扩展时钟、被授时设备均设置有自守时功能模块，用于在外部时间源信号均失效的情况下能够稳定自身的时间输出。
优选地，所述的双主时钟与两套扩展时钟的工作电源均分别来自两套独立的直流电源系统。
优选地，所述双时间源信号为GPS时间源信号与北斗时间源信号。
优选地，所述双主时钟包括主用主时钟与备用主时钟，两者之间采用IRIG-B互备。
优选地，所述单通道为IEC61588通道，所述双通道为IEC61588通道和IRIG-B通道。
本发明所达到的有益效果是：本发明一种智能变电站冗余时间同步方法用于将智能变电站中被授时设备的时间与时间源同步，系统方案主要特点有：采用双时间源信号输入、双主时钟以及两套扩展时钟的冗余配置，双主时钟包括主用主时钟与备用主时钟，两者之间采取互备，对时间同步性和精度要求不高的被授时设备采用IEC61588接收来自扩展时钟的时间源信号，对时间同步性和精度要求相对前者要求较高的被授时设备采用IEC61588和IRIG-B接收来自扩展时钟的时间源信号，双主时钟与两套扩展时钟的工作电源分别来自两套独立的直流电源，以上措施保证系统的稳定性；双主时钟、扩展时钟以及被授时设备在同步时间源信号之前对时间源信号进行鉴相、滤波处理以及连续性判断以完成时间源信号有效性判断，在同步时间源信号时采用固定步长逐步调整输出1PPS，直到同步上时间源信号，并且双主时钟、扩展时钟以及被授时设备内部均设有时钟装置，所输出的时间均以内部时钟装置为准，时钟装置还具有延迟补偿功能算法，双主时钟的时钟装置可以补偿天线到双主时钟的传输延迟，扩展时钟可以补偿主时钟与扩展时钟之间的传输延迟，该时钟装置还具有自守时功能，在外部时间源信号均失效的情况下能够稳定自身的时间输出，以上措施保证了时间同步方法的可靠性。
附图说明
图1是本发明方案的总体架构图；
图2是本发明提供的冗余时间同步系统正常运行的示意图；
图3是本发明提供的主用主时钟GPS时间源异常时冗余时间同步系统的示意图；
图4是本发明提供的主用主时钟GPS、北斗时间源异常时冗余时间同步系统的示意图；
图5是本发明提供的双主时钟GPS、北斗时间源异常时冗余对时系统的示意图；
图6是本发明提供的扩展时钟与主用主时钟间通道异常时冗余对时系统的示意图；
图7是本发明提供的某台扩展时钟切换至备用主时钟后，备用主时钟GPS时间源发生异常时冗余系统的示意图；
图8是本发明提供的被授时设备的可靠性同步方案架构图；
图9是本发明提供的被授时设备主授时源异常时采用备用授时源的示意图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
参照图1，本发明一种智能变电站冗余时间同步系统，包括主用主时钟、备用主时钟、两套扩展时钟、交换机以及若干被授时设备。双主时钟采用GPS/北斗双时间源冗余输入，双主时钟之间还采用IRIG-B互备提供了冗余的时间源，双主时钟不直接输出时间源信号给被授时设备，所有的对时信号都从扩展时钟上给出，并且所有扩展时钟统一选择主用主时钟为默认时间源，当主用主时钟失效或者品质降低后再统一切换到备用主时钟，扩展时钟采用双主钟时间源冗余输入，扩展时钟采用双时间源冗余输入的目的在于防止扩展时钟与主用主时钟或者备用主时钟之间的通道故障导致扩展时钟所授时的设备丢失时钟，所述主用主时钟与备用主时钟的工作电源来自两套独立的直流电源系统，两套扩展时钟的工作电源也来自两套独立的直流电源系统，以此保证系统设备的稳定性。图中合并单元1、合并单元2、智能终端、保护测控IED均为被授时设备，其中合并单元1与合并单元2为对时间同步性和精度要求较高的被授时设备，智能终端与保护测控IED为对时间同步性和精度要求相对较低的被授时设备。
参照图1至图7对于双主时钟采用GPS时间源优先于北斗时间源，北斗时间源优先于互备IRIG-B时间源的优先选择策略，参照图2，当冗余时间同步系统正常运行时，主用主时钟和备用主时钟均采用独立的GPS时间源，系统所有的扩展时钟采用主用主时钟作为时间源，整个系统授时源来源于主用主时钟的GPS时间源。
参照图3，当主用主时钟GPS出现异常时，则切换至北斗时间源，此时系统所有扩展时钟依然采用主用主时钟作为时间源，整个系统的授时来源于主用主时钟的北斗时间源。
参照图4，当主用主时钟GPS和北斗时间源均异常的情况下，主用主时钟切换为IRIG-B互备时间源并降低输出的时间品质，系统中所有扩展时钟将统一切换至备用主时钟，整个系统的授时来源于备用主时钟的GPS时间源。
参照图5，当GPS和北斗时间源均异常的情况下，此时双主时钟都进入自守时状态，以内部高精度铷钟或恒温晶振保证输出信号的精度，但双主时钟在系统中的作用并不改变，系统中所有扩展时钟仍然以之前的主用主时钟为时间源，保证所有扩展时钟与自守时状态的主用主时钟同步。
参照图6，当某台扩展时钟与主用主时钟之间的通道发生异常时，则将其切换至备用主时钟，此时整个系统的授时仍来源于GPS时间源。
参照图7，当某台扩展时钟切换至备用主时钟后，备用主时钟GPS时间源发生异常时，则本台扩展时钟授时来源于北斗时间源，而其他扩展时钟授时仍来源于GPS时间源。为了保证双主时钟的时间同步性，避免当两台主时钟因为特殊原因存在较大偏差时引起系统中被授设备时间不同步问题将采用如下技术方案：
系统中的双主时钟、扩展时钟以及被授时设备内部均设有时钟装置，系统中所有的时钟装置输出的时间都以装置内部时钟（高精度铷钟或恒温晶振）为准，不依赖于外部时间源，在同步所接收到的时间源之前该时钟装置会对输入的时间源（如GPS时间源/北斗时间源/IRIG-B码时间源）作鉴相和滤波处理，当输入时间源1PPS的精度超出引入范围，则将其置为不可用源，设备不再跟踪此源，并根据源的优先级重新选择其它源，这就确保了多时间源双主时钟之间的时间同步性，若输入时间源1PPS精度在引入范围内，则该时钟装置将以固定步长逐步调整输出1PPS，直到同步上输入时间源，而不会引起输出1PPS跳变，当某输入时间源出现大跳变时，例如北斗卫星时间跳变大于1秒，此时该时钟装置还可以对时间的连续性进行判别，对报文进行分析，将该时间源置为不可用源，重新选择有效的时间源，从而达到时钟防误的效果，该装置具备自守时功能，当外部时间源都失效时，以该时钟装置自身时间作为输出时间，此外该时钟装置还具有延迟补偿功能模块，双主时钟的时钟装置的延迟补偿功能模块能够补偿天线到双主时钟的传输延迟，扩展时钟的时钟装置延迟补偿功能模块能够补偿主时钟与扩展时钟之间的传输延迟，被授时设备的时钟装置延迟补偿功能模块能够补偿扩展时钟与被授时设备之间的传输延迟，以此保证每一步时间传输的同步性。
参照图8和图9，对于时间同步性和精度要求不高的IED设备设置IEC61588一种通道授时，采用IEC61588通道传输时可以较大利用现有网络，实施较为方便，对于时间同步性和精度要求较高的合并单元设置IRIG-B和IEC61588两种通道授时，将IRIG-B设置为主授时通道，IEC61588设置为备授时通道，采用通道冗余使授时更加可靠，采用备授时通道时，扩展时钟通过IEC61588输出授时信号到IEC61588过程层交换机，交换机对来自不同扩展时钟的时间源采用BMC最优时钟算法选择某一扩展时钟最为授时源，合并单元通过网络接收IEC61588传来的授时信号作为备用授时源。
当合并单元通过IRIG-B接收到的授时信号异常时，根据源有效性策略选择当前的参考授时源（如IEC61588授时源），如系统当前并无可靠的有效源，则被授时设备进入自守时状态并告警（图9）。在源切换的过程中，被授时设备实时对比所有接入时间源，过滤存在与该设备时间偏差过大和输出跳变较大的无效时间源，切换时，若该设备时间与时间源存在一定的时间偏差，则该设备按照固定的步长逐步对偏差进行校正，实现时间源的无缝切换。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)双主时钟接收双时间源信号；
(2)双主时钟对双时间源信号有效性进行判断；
(3)双主时钟同步双时间源信号；
(4)两套扩展时钟接收来自双主时钟的时间源信号；
(5)两套扩展时钟对来自双主时钟的时间源信号进行有效性判断；
(6)扩展时钟同步来自双主时钟的时间源信号；
(7)被授时设备接收来自扩展时钟的时间源信号，被授时设备通过单通道和双通道接收来自扩展时钟的时间源信号，其中通过双通道接收来自扩展时钟的时间源信号的被授时设备对时间同步性和精度的要求比通过单通道接收来自扩展时钟的时间源信号的被授时设备对时间同步性和精度的要求高；
(8)被授时设备对来自扩展时钟的时间源信号进行有效性判断；
(9)被授时设备同步来自扩展时钟的时间源信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，步骤（2）、（5）、（8）所述的时间源信号有效性判断包括：对时间源信号进行鉴相、滤波处理以及时间连续性判断，若时间源信号的1PPS精度超出引入范围或者时间源信号的跳变超过1秒，则将该时间源信号置为不可用源，并根据优先级选择其它源。
3.根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，步骤（3）、（6）、（9）中：若所述时间源信号为有效，则采取固定步长逐步调整输出1PPS，直到同步上时间源信号。
4.根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述双主时钟、扩展时钟、被授时设备内部均设有时钟装置，所采用的时间均以内部时钟装置为准。
5.根据权利要求4所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述时钟装置具有延迟补偿功能模块，双主时钟的时钟装置延迟补偿功能模块用于补偿天线与双主时钟之间的传输延迟，扩展时钟的时钟装置延迟补偿功能模块用于补偿主时钟与扩展时钟之间的传输延迟，被授时设备的时钟装置延迟补偿能模块用于补偿扩展时钟与被授时设备之间的传输延迟。
6.根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述双主时钟、扩展时钟、被授时设备均设置有自守时功能模块，用于在外部时间源信号均失效的情况下能够稳定自身的时间输出。
7.根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述的双主时钟与两套扩展时钟的工作电源均分别来自两套独立的直流电源系统。
8. 根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述双时间源信号为GPS时间源信号与北斗时间源信号。
9. 根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述双主时钟包括主用主时钟与备用主时钟，两者之间采用IRIG-B互备。
10.根据权利要求1所述的一种智能变电站冗余时间同步方法，其特征在于，所述单通道为IEC61588通道，所述双通道为IEC61588通道和IRIG-B通道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140115 |