基于GPS和IEEE1588的电力系统时钟同步网研究.docxVIP

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基于GPS和IEEE1588的电力系统时钟同步网研究

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摘要：科学合理地搭建时钟同步网，是保障电网可靠、经济、高效运行的重要前提，是促进电力通信网高速发展的内在源动力，也是建设智能电网并真正实现电网智能化的有力保障。本文就GPS和IEEE1588的电力系统时钟同步网进行研究。

关键词：时钟同步，GPS，IEEE1588

1电力系统对同步时钟精度的要求

由于电力系统中存在各种各样的时钟需求设备，而这些设备由于工作原理不同，也就对同步时钟的精度要求各有不同。结合目前应用的实际要求，本文从以下六个方面介绍不同应用情况下，在保证测量或测试合理时，对同步时钟的最低精度要求。

状态估计：电力系统状态估计是电力监控系统中能量管理系统（EMS）的核心功能之一，其功能是根据电力系统的各种量测信息，估计出电力系统当前的运行状态。电力系统状态估计可以说是大部分在线应用的高级软件的基础，现代电网的安全经济运行依赖于能量管理系统（EMS）。

稳定监测和控制：即电力系统稳定运行时，监控系统需要监测系统的各个参数或为控制提供依据的数据，比如电力系统调峰，如果可以实时的了解到各个地区的电压变化，就可以根据这些数据推断出哪些地方需要进行调峰操作，也可以判断出哪些地区可以保持目前状态不做任何动作。

相角测量：就是针对电力系统中的电压或者电流的相位进行测量。目前用的最多的是电压相角测量，为各种保护装置提供数据支持，例如测量到同一条线路上的不同节点出现相角不一致的状况，这样相角测量装置就会发出警报或者信号，由后续装置或者人员采取相应措施。

故障定位：就是在电力系统发生故障时，精确的定位故障出现的位置，为及时排除故障提供精准的定位支持，可以节省大量的人力和物力，也可以大幅度较少故障排除时间，尽早恢复设备运行。

自适应保护：是一种自我保护的过程，它是自我分析、自我恢复的一种故障处理方法，一般不需要人的参与，系统的自动化程度很好，它需要各种测量、保护等装置配合运转，是未来电力系统自动化的发展方向。

上述功能在实际运行过程中均离不开同步时钟，表1列举了以上六种情况下对同步时钟的精度要求。

应用种类

相位同步精度

时间同步精度

状态估计（静态）

0.5°

25μs

状态估计（动态）

1°

55μs

稳定检测和控制

1°

55μs

相角测量

0.1°

5μs

故障定位

300m

0.5μs

自适应保护

0.1°

5μs

表1电网各种状况下对时钟精度的要求

2基于GPS和IEEE1588的电力系统时钟同步网研究

2.1基于GPS电力系统时钟同步

（1）基于GPS电力系统时钟同步方法

当前变电站广泛采样GPS授时系统为变电站的网络时钟来源，其可靠性与自主性无法获得保障。所以，本文介绍了一种智能变电站卫星时钟同步统一系统模型，这个模型把各个智能变电站作为一个时间的节点，各个节点有其独立的卫星同步的时钟源，担负着本节点中全部电力设备的时间同步，且经过通信网和其它厂站端或上级的调度机构互相监测时间的同步性，若某个时间节点的同步时钟失效后，则借助通信网里的同步时间信息保持同步。智能变电站的卫星同步时钟能够同时接受GPS卫星时钟与北斗卫星时钟作为站中的时间基准源。智能变电站的卫星同步时钟依据卫星时钟无累计的误差与晶振时钟无随机误差的特征，应用GPS卫星时钟、北斗卫星时钟以及晶振时钟比较法进行分析，产生了高精度的同步时钟源，提升了智能变电站同步时钟源的精度与可靠性能。

（2）基于GPS电力系统时钟同步实行过程中的要点

首先，在变电站电力自动化运行中，要尽可能的确保GPS时钟同步技术安全稳定运行，并且它的运行功能、效率以及精确度等方面都要与相关要求标准相一致，这就需要定期对GPS时钟同步技术进行检查检测，对其走时的精确性进行测试。

对于负责维护同步时钟设备的工作人员来说，首先要根据其实际应用状况制定一个科学合理的检修维护方案，对检查的周期要合理设置，在开始检查时首先要对显示面板上的天线信号进行检查，再对显示面板中锁定的卫星数量进行检查核对，确保数量完整后，根据显示面板上显示的时间来对各个设备显示的时间进行对时处理，这样可以保证参与对时系统的各个设备都可以保持正常良好的工作运行状态，减少了走时误差的产生。另外，定期的对GPS时钟同步系统进行检查，还可以促进同步系统自身运行可靠性和稳定性的提高，这对于当前变电站电力自动化技术的应用来说是非常有利的。

其次，设置相关的监视监控设备。GPS时钟同步技术在实际运行过程中还需要在GPS屏中安装相应的监视装置，工作人员就可以实时对GPS时钟同步系统进行监控，从而实时掌握其运行的状态，一旦出现电源消失、装置自检异常以及IRIG—B信号异常等状况时，可以在第一时间发出信号警