CN105071535A - 一种电网系统的时间同步管理系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网系统的时间同步管理系统及实现方法，该电网系统的时间同步管理系统包括调控主站、厂站端，所述厂站端包括时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统及基于信息流传输的网络设备。该时间同步管理系统通过嵌入式Vxworks远动系统对变电站的间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据的辨识和分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步管理，并且根据与调控主站的时间往复对时，从而实现电网系统与变电站端的时钟同步的闭环管理和时间在线监测。

Description

一种电网系统的时间同步管理系统及实现方法

技术领域

本发明涉及电网调度、变电站自动化工程应用及时钟同步在线监测技术领域，特别是涉及到一种电网系统的时间同步管理系统及实现方法。

背景技术

在能源互联和智能电网快速发展的背景下，智能变电站实现全站自动化系统和调度主站的时间同步管理已是基本要求，实现起来已经不存在技术壁垒。但是，对于大量正在运行的常规变电站，特别是500kV电压等级的综合自动化变电站该如何实现间隔层各节点、站控层各系统、以及电网调度之间的时间闭环管理呢？不能简单地仅仅依靠智能化的改造来实现，因为系统改造的工程量大、效率低、以及运行负荷量大，这些条件都会导致改造困难，较难实现。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种电网系统的时间同步管理系统及实现方法，利用现有的系统配置和系统结构完成嵌入式Vxworks远动系统对间隔层设备各节点、站控层设备各系统、以及电网调度的调控主站之间的时间同步闭环管理，并对时间同步进行数据的辨识和分析，从而实现电网调度和变电站的厂站端的时钟同步闭环管理和在线监测。

为了实现本发明的目的，本发明公开了一种电网系统的时间同步管理系统。该电网系统的时间同步管理系统包括调控主站、厂站端，所述厂站端包括时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统及基于信息流传输的网络设备；其中，

所述调控主站为电网系统的调度端，用于跟厂站端的嵌入式Vxworks远动系统完成时间往复，实现调控主站对厂站端的时间同步的闭环管理；所述时钟源设备用于对所述间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步；所述嵌入式Vxworks远动系统为厂站端的通讯管理机，接收并响应时钟源的对时信号，且用于对间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步监测管理；所述站控层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统的时间同步监测管理，并监测管理间隔层设备的时间同步状态；所述间隔层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统和站控层设备的时间同步监测管理；所述网络设备用于时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统之间的信息流的传输。

本发明的电网系统的时间同步管理系统包括调控主站和由嵌入式Vxworks远动系统、站控层设备、间隔层设备、时钟源等组成的厂站端。在现有的系统配置和系统结构基础上，利用一种基于Vxworks系统的嵌入式远动系统实现对间隔层设备各节点、站控层设备各系统、以及电网调度之间的时间同步闭环管理，并对时间数据进行数据的辨识和分析，从而实现电网调度和变电站端时钟同步管理和在线监测。

对应的，本发明还提出了一种电网系统的时间同步管理系统的实现方法：

利用时钟源设备对间隔层设备，站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步；

利用嵌入式Vxworks远动系统接收并响应时钟源的对时信号，且对间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步监测管理，同时跟电网系统的调控主站的进行往复对时，从而实现电网系统的调控主站对厂站端的时间同步的闭环管理；

利用站控层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统的时间同步监测管理信号，并监测管理间隔层设备的时间同步状态；

利用间隔层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统和站控层设备的时间同步监测管理信号。

本发明的电网系统的时间同步管理系统的实现方法是一种基于嵌入式Vxworks远动系统的时间同步管理方法，通过嵌入式Vxworks远动系统即可实现对变电站厂站端的间隔层设备和站控层设备等时间管理对象进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据的辨识和分析处理，基于网络设备传输和电网常用的“乒乓对时”原理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步管理，并且实现跟调控主站的时间往复对时，从而实现电网调度和变电站端时钟同步的闭环管理和在线监测。

附图说明

图1为本发明电网系统的时间同步管理系统的信息流图。

图2为本发明电网系统的时间同步管理系统的嵌入式Vxworks远动系统时间同步的数据采集处理流程图。

图3a为本发明电网系统的时间同步管理系统的调控主站与嵌入式Vxworks远动系统之间的链路复位流程图。

图3b为本发明电网系统的时间同步管理系统的调控主站与嵌入式Vxworks远动系统之间的召唤终端时间流程图。

图3c为本发明电网系统的时间同步管理系统的调控主站与嵌入式Vxworks远动系统之间的同步终端时间流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1所示，一种电网系统的时间同步管理系统，包括调控主站、厂站端，其中，厂站端包括时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统及基于信息流传输的网络设备；调控主站为电网系统的调度端，用于跟厂站端的嵌入式Vxworks远动系统完成时间往复，实现调控主站对厂站端的时间同步的闭环管理；时钟源设备用于对所述间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步；嵌入式Vxworks远动系统为厂站端的通讯管理机，接收并响应时钟源的对时信号，且用于对间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步监测管理；站控层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统的时间同步监测管理，并监测管理间隔层设备的时间同步状态；间隔层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统和站控层设备的时间同步监测管理；网络设备用于时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统之间的信息流的传输。

其中，间隔层设备主要包括测控装置、保护装置、故障录波系统、保信系统、PMU设备等节点；站控层设备主要包括告警直传图形浏览主机系统或后台监控系统；网络设备主要包括间隔层网络和站控层网络；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串口输出或是IRIG-B(DC/AC)输出或是脉冲有源/无源输出或网络方式对其他设备定时对时，实现电网系统的时间与标准时钟同步。其中，时间同步的方式包括IRIG-B、脉冲、SNTP、IEEE1588等方式。

在本发明中，变电站的厂站端采用嵌入式Vxworks远动系统完成对站控层设备和间隔层设备的时间同步状态的在线监测和管理，Vxworks系统的系统复杂度相对简单、调试难度小，实时性能和安全性能高，可在电网系统的现有的系统配置和系统结构的基础中，直接将嵌入式Vxworks远动系统应用到变电站的厂站端，作为厂站端的通信管理机，可以实现同时对站控层设备、间隔层设备的时间同步管理。同时本发明的嵌入式Vxworks远动系统既可应用到常规变电站中，也可应用到智能变电站中，优选地，本发明将其应用到常规变电站中。

本发明的电网系统的时间同步管理系统，通过厂站端的嵌入式Vxworks远动系统跟电网系统应用的“乒乓对时”原理，完成跟电网系统的调控主站的往复对时，以及完成对间隔层设备的各节点以及站控层设备的各系统的时间同步监测管理和数据的辨识、分析，从而实现调控主站对厂站端的时间同步管理和在线监测。

本发明还提出了一种电网系统的时间同步管理系统的实现方法：

利用时钟源设备对间隔层设备，站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步；

利用嵌入式Vxworks远动系统接收并响应时钟源的对时信号，且对间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步监测管理，同时跟电网系统的调控主站的进行往复对时，从而实现电网系统的调控主站对厂站端的时间同步的闭环管理；

利用站控层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统的时间同步监测管理信号，并监测管理间隔层设备的时间同步状态；

利用间隔层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统和站控层设备的时间同步监测管理信号。

表1为电网系统的时间同步管理系统的在线监测和时钟同步管理配置信息表，更为详细地阐述了时间同步管理实施的具体方式和方法，详细描述了站控层设备各系统和间隔层设备各节点进行时间在线监测的具体设备、通讯规约、以及各设备监测数据信息描述，表1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电网系统的时间同步管理系统的在线监测和时钟同步管理配置信息表

请参阅图2所示，本发明的电网系统的时间同步管理系统的实现方法中，利用嵌入式Vxworks远动系统对间隔层设备和站控层设备进行时间同步的数据采集处理流程包括以下步骤：

第一步，同步任务开始，进入到判断是否到数据采集时间，如是，则进入到远动系统初始化参数，如否，则进入到判断是否到校时时间，如校时时间到，则进入到系统校时，系统校时完成后，进入到同步任务结束；如未到校时时间，则直接进入同步任务结束；

第二步，进入到远动系统初始化参数后，进入到判断是否采集成功，如采集成功，进入到修改数据采集帧标志，如采集未成功，则重新采集，再次进入到判断是否采集成，如再次未成功，则再次重新采集，重复上述判断是否采集成功，直至采集成功；

第三步，采集成功后，进入到修改数据采集帧标志步骤，判断全部数据采集是否完成，如果完成，则进入到同步数据辨识，如未完成，则再次采集，再次进入到判断是否采集成功，如此重复，直至全部数据采集完成；

第四步，进入到同步数据辨识，辨识完成后，进入到同步数据分析处理，处理完成后，进入到采集结果统计、事件记录，统计、记录完成后，同步任务结束。

本发明的嵌入式Vxworks远动系统对站控层设备和间隔层设备的时间同步的数据采集处理流程，嵌入式Vxworks远动系统与调控主站之间的数据帧类型及功能控制流程，嵌入式Vxworks远动系统对站控层设备和间隔层设备的时间采集、数据分析处理的方法都保证了嵌入式Vxworks远动系统对电网系统的时间同步管理和时间同步状态监测上的完备性，请参阅图3a-3c所示，其中：

(1)数据帧类型及功能控制流程如下：

a)链路复位流程

调控主站发送复位远方链路(固定帧)到嵌入式Vxworks远动系统形成复位确认帧(固定帧)；

b)召唤终端时间流程

调控主站发送数据请求帧(固定帧)到嵌入式Vxworks远动系统形成复位确认帧(单字符帧)，嵌入式Vxworks远动系统发送复位确认帧(单字符帧)到调控主站召唤数据(固定帧)，调控主站发送召唤数据(固定帧)到嵌入式Vxworks远动系统形成终端时间帧(可变帧)；

c)同步终端时间流程

调控主站发送同步时间帧(可变帧)到嵌入式Vxworks远动系统的复位确认帧(单字符帧)，嵌入式Vxworks远动系统发送复位确认帧(单字符帧)到调控主站召唤数据(固定帧)，调控主站发送召唤数据(固定帧)到嵌入式Vxworks远动系统的终端时间帧(可变帧)。

(2)时间采集、数据分析处理的方法如下：

a)时间采集

当采样点(n)不小于采样限定值时，采样数据按升序排序，踢掉最大和最小值，形成新样本集(n-2)；

b)数据分析处理

将时间同步信息转化成长整型数据类型的时间计数值，计算公式：

P＝((((M*31)+D)*24+H)*60+M)*60+S

其中，P为时间计算值，M为月份，D为天数，H为小时，S为秒，计算采样集时间同步数据相关性评估指标：

$r=\frac{{\Σ}_{i=1}^n\[(P_{Mi}-\stackrel{\‾}{P_M})*(P_{Pi}-\stackrel{\‾}{P_p})\]}{\sqrt{{\Σ}_{i=1}^n{(P_{Mi}-\stackrel{\‾}{P_M})}^2*{\Σ}_{i=1}^n{(P_{Pi}-\stackrel{\‾}{P_p})}^2}}$

其中，P_Mi为i个的嵌入式Vxworks远动系统时间计数值；

P_Pi为i个的间隔层设备时间计数值；

为整个样本嵌入式Vxworks远动系统时间计数值的平均值；

为整个样本间隔层设备时间计数值的平均值；

n为采集样本个数，

当时间同步采样集数据相关性评估指标大于门槛值时，重新进行数据滤波预处理，直到样本集数据相关性评估指标小于门槛值或样本点数小于样本点门槛值，其中“门槛值”是远动系统中可自定义设置的一个时间同步参数。

本发明电网系统的时间同步管理系统的实现方法，利用嵌入式Vxworks远动系统作为一种具有“承上启下”功能的时间同步管理节点或系统，通过对变电站间隔层设备的各节点和站控层设备的各系统进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及时间数据分析处理，一方面完成跟电网调度的调控主站的往复对时，实现了调控主站对厂站端的时间同步管理；另一方面完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步管理和时间同步状态的在线监测，将时钟源设备、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，从而实现电网系统和变电站之间时钟同步管理和在线监测。

Claims (8)

1.一种电网系统的时间同步管理系统，包括调控主站、厂站端，其特征在于：所述厂站端包括时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统及基于信息流传输的网络设备；其中，

所述调控主站为电网系统的调度端，用于跟厂站端的嵌入式Vxworks远动系统完成时间往复，实现调控主站对厂站端的时间同步的闭环管理；

所述时钟源设备用于对所述间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步；

所述嵌入式Vxworks远动系统为厂站端的通讯管理机，接收并响应时钟源的对时信号，且用于对间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步监测管理；

所述站控层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统的时间同步监测管理，并监测管理间隔层设备的时间同步状态；

所述间隔层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统和站控层设备的时间同步监测管理；

所述网络设备用于时钟源设备、间隔层设备、站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统之间的信息流的传输。

2.如权利要求1所述的电网系统的时间同步管理系统，其特征在于：所述间隔层设备包括测控装置、保护装置、故障录波系统、保信系统、PMU设备。

3.如权利要求1所述的电网系统的时间同步管理系统，其特征在于：所述站控层设备包括告警直传图形浏览主机系统或后台监控系统。

4.如权利要求1所述的电网系统的时间同步管理系统，其特征在于：所述网络设备包括间隔层网络和站控层网络。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电网系统的时间同步管理系统的实现方法，其特征在于：

利用时钟源设备对间隔层设备，站控层设备、嵌入式Vxworks远动系统定时对时，实现电网系统的时钟与标准时间同步；

利用嵌入式Vxworks远动系统接收并响应时钟源的对时信号，且对间隔层设备和站控层设备进行时间采集、时间同步、时钟监测、失步守时及数据分析处理，完成对间隔层设备和站控层设备的时间同步监测管理，同时跟电网系统的调控主站的进行往复对时，从而实现电网系统的调控主站对厂站端的时间同步的闭环管理；

利用站控层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统的时间同步监测管理信号，并监测管理间隔层设备的时间同步状态；

利用间隔层设备接收并响应时钟源的对时信号，接收并响应嵌入式Vxworks远动系统和站控层设备的时间同步监测管理信号。

6.如权利要求5所述的电网系统的时间同步管理系统的实现方法，其特征在于：利用嵌入式Vxworks远动系统对间隔层设备和站控层设备进行时间同步的数据采集处理流程包括以下步骤：

第一步，同步任务开始，进入到判断是否到数据采集时间，如是，则进入到远动系统初始化参数，如否，则进入到判断是否到校时时间，如校时时间到，则进入到系统校时，系统校时完成后，进入到同步任务结束；如未到校时时间，则直接进入同步任务结束；

第二步，进入到远动系统初始化参数后，进入到判断是否采集成功，如采集成功，进入到修改数据采集帧标志，如采集未成功，则重新采集，再次进入到判断是否采集成功，如再次未成功，则再次重新采集，重复上述判断是否采集成功，直至采集成功；

第三步，采集成功后，进入到修改数据采集帧标志步骤，判断全部数据采集是否完成，如果完成，则进入到同步数据辨识，如未完成，则再次采集，再次进入到判断是否采集成功，如此重复，直至全部数据采集完成；

第四步，进入到同步数据辨识，辨识完成后，进入到同步数据分析处理，处理完成后，进入到采集结果统计、事件记录，统计、记录完成后，同步任务结束。

7.如权利要求5所述的电网系统的时间同步管理系统的实现方法，其特征在于：嵌入式Vxworks远动系统和调控主站之间的时间同步管理的数据帧类型及功能控制流程如下：

a)链路复位流程

调控主站发送复位远方链路到嵌入式Vxworks远动系统形成复位确认帧；

b)召唤终端时间流程

调控主站发送数据请求帧到嵌入式Vxworks远动系统形成复位确认帧，嵌入式Vxworks远动系统发送复位确认帧到调控主站召唤数据，调控主站发送召唤数据到嵌入式Vxworks远动系统形成终端时间帧；

c)同步终端时间流程

调控主站发送同步时间帧到嵌入式Vxworks远动系统形成复位确认帧，嵌入式Vxworks远动系统发送复位确认帧到调控主站召唤数据，调控主站发送召唤数据到嵌入式Vxworks远动系统形成终端时间帧。

8.如权利要求5所述的电网系统的时间同步管理系统的实现方法，其特征在于：嵌入式Vxworks远动系统对间隔层设备和站控层设备的时间采集和数据分析处理的方法为：

a)时间采集

当采样点n不小于采样限定值时，采样数据按升序排序，踢掉最大和最小值，形成新样本集n-2；

b)数据分析处理

将时间同步信息转化成长整型数据类型的时间计数值，计算公式：

P＝((((M*31)+D)*24+H)*60+M)*60+S

其中，P为时间计算值，M为月份，D为天数，H为小时，S为秒，

计算采样集时间同步数据相关性评估指标：

$r=\frac{{\Σ}_{i=1}^n\[(P_{Mi}-\stackrel{\‾}{P_M})*(P_{Pi}-\stackrel{\‾}{P_p})\]}{\sqrt{{\Σ}_{i=1}^n{(P_{Mi}-\stackrel{\‾}{P_M})}^2*{\Σ}_{i=1}^n{(P_{Pi}-\stackrel{\‾}{P_p})}^2}}$

其中，P_Mi为i个的嵌入式Vxworks远动系统时间计数值；

P_Pi为i个的间隔层设备时间计数值；

为整个样本嵌入式Vxworks远动系统时间计数值的平均值；

为整个样本间隔层设备时间计数值的平均值；

n为采集样本个数，

当时间同步采样集数据相关性评估指标大于门槛值时，重新进行数据滤波预处理，直到样本集数据相关性评估指标小于门槛值或样本点数小于样本点门槛值，其中“门槛值”是远动系统中可自定义设置的一个时间同步参数。