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地面链路高精度时间传递系

作者:admin  时间:2018-08-18 02:09  人气: ℃

地面链路高精度时间传递系统

一、技术领域:

本实用新型涉及一种电网时间同步系统,主要应用于电力系统中各厂站、各调度中心之间的全网系统时间同步。

二、背景技术:

随着电网规模的扩大和自动化水平的提高,不仅作为电网基本组成单元的变电站、发电厂和调度中心内部众多与时间有密切关系的自动化设备和数字化控制系统对统一、精确授时的依赖程度越来越高,而且电网内对发生事件的记录,如电网故障时刻的确认、事件记录和告警时间的准确统一、系统运行状况、性能分析等对时间精度的要求越来越高。

从时间上来看,电力系统时间同步发展经历了由相对时间到绝对时间、由区域同步到全网同步的发展过程。现阶段,我国电力系统局部对时已经由采用远动串行通信的相对时发展到采用GPS、北斗等卫星系统的单装置、单系统绝对时间对时,而全网的天地时间同步系统网的建设还处在初期,特别是在电力数据网上实现全网全站绝对时间的统一,极大提高电网时间同步性上还存在很大缺口,解决方案都不尽完善。

建设统一的时间同步网,固然是解决全电网时间问题的好方法。但就能否精确补偿时间信号传输时延、如何建设高可靠性高时间精度的时间同步网及其投资代价等方面的综合性问题,一直给电网建设安全可靠的时间同步网络带来很多障碍。

三、技术创新内容:

本技术创新主要目的是统一分布在电力系统中的各发电厂、变电站、调度中心的自动化设备和系统的时间一致性,保证各设备采集数据、响应事件、分析计算都处在同一条时间线上同步运行。

本技术创新基于SDH的时间同步系统。以电力系统中最为成熟的SDH网络作为时间同步系统的媒介,采用时隙校准时间同步(TSA)算法进行时间校准,在不需要改变现有网络及硬件结构的基础上,可以实现系统高精度同步。在TSA算法中,主从设备在E1的某个时隙blt位发送时间信息后开始计时,主设备在收到从设备发送的时间后,停止计时,并将计时信息再次发送给从设备,从设备根据计时差,调整发送时隙,以校准从设备的时间信息,实现时间同步,最后给出整体设计方案。通过理论分析,可以得出系统的时间同步精度达到250 ns的数量级,远高于其他几种全网时间同步方案。

SDH的基本单元为E1,E1的时隙分配如图所示。

                                                  E1时隙图

由于任何通讯系统中网络延时总是存在的,对于全网同步的SDH网络同样成立,因此网络中物理结构或者拓扑等的变化,均会对网络延时造成一定的影响,对于要求精确时钟对时的系统来说,微小的延时变化都会造成对时误差,从而影响系统性能。考虑到点对点网络延时的统计平均相等特性,可以通过周期延时补偿技术予以解决。因此,提出时隙校准时间同步(TSA)算法,该算法以E1时隙的bit位作为基本传输单元,算法具体步骤如下:

1、首次启动后主设备接收外部时钟秒脉冲,通过SDH的E1中的某个时隙传送给从设备;从设备接收主设备的秒脉冲信息,以这个秒脉冲作为基准时钟;

2、主从设备同时按照各自系统的秒脉冲信息,通过SDH的E1中的某个时隙传送给对方设备,并且主从设备开始计时;其中主设备接收外部标准时钟源时钟信息,从设备以上次接收到的秒脉冲,使用高精度晶振计数得到下次秒脉冲;

3、主设备收到对方传输的秒脉信息后停止计时,将计时信息通过E1通道输给从设备,从设备根据主从设备计时数差,调整秒脉冲发送的SDH的E1中的时隙bit位。

4、重复步骤2到步骤4,直到从设备接收到的主从设备的计数差小于某一门限值,得到精确的秒脉冲,系统精确同步。

5、每隔一段时间,重复步骤2到步骤4,以防止由于拓扑结构变化等造成的系统延时变化或时钟漂移。

计数差门限值由SDH系统的E1的时隙分辨率确定,TSA算法通过调整从设备发送秒脉冲的时隙bit位来调整计数差,E1的频率为2.048 MHz,因此每一bit位约为500 ns时长,因此当计数差大约250 ns时,根据差值的正负直接调节从设备发送的时隙bit位,当小于250 ns时,无论如何调整时隙bit位,计数差只会增加而不会减少,因此,计数差门限值为250 ns,系统的时钟同步精度为250 ns。

在经过E1发送时隙调整后,通过在E1可用时隙中添加利用高精度晶振计时的延时信息,得到高精度延时差,可以更进一步提高系统的时间同步精度,从而真正达到nS级的对时精度。

基于SDH的时间同步系统由时钟主设备、从设备以及SDH网络组成,其具体结构如图2所示。主时钟设备接收外部传输过来的标准时钟信息,按照E1的格式将秒脉冲经过E1线路以及SDH设备传输给从设备,从设备经TSA算法校准时间后,完成精确对时,输出标准时钟信息,达到时间精确同步的目的。

四、附图说明

图1为本实用新型实施例的分站构架图

图2本实用新型实施例的全网整体构架图

图3本实用新型基于SDH的时间同步系统说明图

图4本实用新型时钟主从设备结构图

五、具体实施方式

为保证建设的统一时间同步系统的适应性,依托电力系统内的SDH网络作为时间承载传输信道,本技术创新方案为全网的各端站提供地面同步时间基准,实现时间设备的基准源天地互备,为电网事故分析等建立可靠的时间基础。采用“多信号源互备、无线与有线共存、集中监视管理”的技术方案,结合技术特性,采用稳妥的系统建设方案。

厂(站)同步系统的建设比较复杂,需要分多种情况考虑。

由于站内已有的线路行波故障测距装置、功角测量系统等一般自身都已配置了GPS,在良好的运行状态下,建议不变动其GPS装置,以免影响其正常运行。

对于某些建设年份较长、频率同步网没有覆盖的厂站,同时建设好时间同步系统和SDH同步系统;而对频率同步网已覆盖的厂站,可以采取站内同步系统一体化改造或独立建设站内时间同步系统等方式建设。

由于当前站内已经建设的时间同步系统基本老化陈旧,功能上也跟不上新时期电网的发展步伐,所以建议全站全部更换为新的时钟系统,包含大部分的接口需求。主时钟的时间基准均作“1+1”即“GPS+BD”方式,站内主时钟均作“1+1”即两台互备形式的建设,在通信室建设1套TM6000网络时间服务器系统,提供一路IRIG—B的备用时间信号给主控室原有的时间同步系统,并对通信室内设备做NTP或PTP授时,同时接受上游的SDH同步时间信号,作为全网时间同步的终端。

厂站端采用T5000主时钟搭配TM6000实现厂站授时与SDH同步一体化,同时接收GPS+北斗是时间信息,亦从调度端获取准确地SDH同步信息实现同步。各信号源之间可根据优先级相互切换。

省调及地调端采用TM6000实现与上下游的SDH同步时间信息通信。

用TM6000时间同步服务器系统替换原有的时间同步系统,除满足原有时间同步系统接口外,根据调度端特征,也可增配PTP接口适应新系统发展。每台时间同步服务器,均配有应用于全网时间同步的SDH接口,方便进行组网。因为采用单线结构,所以只须对时间同步设备进行更换,与其他设备连接的信号链路一般无须做大的变动,应用原有的链路即可。应用全网时间同步须调度端开辟多路SDH通道用于与下游时间同步服务器通信。

建设的整体思路是为保证全网时间同步与监测的整合一体化,功能的整合节省了大量多余的重复建设,现场的整体布局与线路走势将更加明晰。为今后的智能化发展也预留有相当充分的扩展空间,保证了系统在未来发展中的适用性。

具体设备内部采用硬件可编程逻辑器件FPGA来实现TSA算法。在本方案中,主从设备均采用相同逻辑构架。作为主设备时,FPGA实现接收输入时钟,并将接收到的时钟信息通过FPGA转换成E1标准接口,输出到E1接口芯片,经电平变换后输出给SDH设备;FPGA还需要完成接收从设备发送来的时间信息,并将计时信息发送给从设备等功能。作为从设备时,FPGA需要接收主设备发送来的时间信息,并实现TSA算法的功能,将精确同步后的时间信息输出给系统其他设备。

图1

 

图2

 

 

 

图3

 

图4

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