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电力系统为什么需要时间同步 如何实现高精度授时

时间:2021-05-11浏览:3877

卫星同步时钟可以统一调度自动化系统、变电站自动化系统、故障录波装置和继电保护、安全自动装置等电力系统二次设备的时间,避免提供的事件记录数造成时间错位。时间同步可以准确描述电力系统的事件顺序和发展过程,给电网事故分析提供有效的分析依据。因此安装同步时钟系统是保证电力系统安全运行,提高运行水平的一个重要措施。


      电力系统如何进行时间同步?


      要做到全电网时钟时间基准的统一,必须要有一个能够对全网不同地点、不同变电站的所有二次设备以及装置进行授时的时间同步系统,一般选用的时间同步方式有以下5种:


     1. 脉冲对时


      脉冲对时也称硬对时,是利用脉冲的准时沿(上升沿或下降沿)来校准被授时设备。常用的脉冲对时信号有秒脉冲(1PPS)和分脉冲(1PPM)。


      脉冲对时的有点是授时精度高、使用无源接点时,适应性强;缺点是只能校准到秒,其余数据需要人工预置。


     2. 串口报文对时


      串口报文对时也称软对时,是利用一组时间数据(年、月、日、时、分、秒)按一定的格式,通过串行通信接口发送给授时设备,被授时设备利用这组数据预置其内部时钟。常用的串行通信接口为RS-232和RS-422/RS-485。


      串口报文对时的优点是数据全面、不需要人工预置;缺点是授时精度低、报文的格式需要授时和被授时设备双方约定。


     3. 时间编码方式对时


      目前为了解决前2中对时的矛盾,在实际应用中采取2种对时方式结合的方法,即串口+脉冲。目前常用的是IRIG-B码,简称B码。
时间编码方式对时的优点是数据全面、对时精度高、不需要人工预置;缺点是编码相对复杂。


     4. 网络方式对时


       网络方式对是基于网络事件协议(NTP)、精确时间协议(PTP)。目前,简单网络时间协议(SNTP)应用较多。网络时钟传输的是以1900年1月1日0时0分0秒算起时间戳的用户数据协议报文。网络中报文往返时间是可以估算的,因而采用补偿算法可以达到精确对时的目的。网络方式对时的有点是基于现有网络、物理实现方便;缺点是高精度补偿算法复杂。


5. 卫星授时

提供导航定位服务的卫星系统,我们称之为 GNSS 系统(全球导航卫星系统)。

大名鼎鼎的 GPS,是美国的 GNSS 系统,也是全球最早的 GNSS 系统。而现在名声大噪的北斗,则是我们中国自主研发和建设的 GNSS 系统。

同样具备全球覆盖能力的 GNSS 系统,还包括俄罗斯的 GLONASS(格洛纳斯)和欧洲的 Galileo(伽利略)。

电力系统为什么需要时间同步 如何实现高精度授时

除了全球性的卫星系统之外,GNSS 还包括一些区域性的系统以及增强系统。

很多人并不知道,GNSS 系统除了定位和导航之外,还有一个非常重要的功能,那就是——授时。

GNSS 三大核心能力,通常简称为 PVT,也就是 Position(位置)、Velocity(速度)和 Time(时间)。

那么,GNSS 是如何实现授时的呢?

在每一颗 GNSS 卫星上,都配备有原子钟。这就使得发送的卫星信号中包含有精确的时间数据。通过专用接收机或者 GNSS 授时模组,可以对这些信号加以解码,就能快速地将设备与原子钟进行时间同步。

相比于前面所说的长波、短波、网络等授时技术,GNSS 卫星授时拥有明显的技术优势。

首先,GNSS授时的精度更高。

以北斗为例。北斗卫星导航系统的时间,叫做 BDT。BDT 属原子时,可以溯源到我国国家授时中心的协调世界时 UTC,与 UTC 的时差控制准确度小于 100ns。

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▲ 各授时方式的授时精度对比

除了精度之外,GNSS 卫星授时还有先天的覆盖优势。

长波、短波地基授时,都有物理传播距离的限制。如果遇到高山等环境阻隔,传播距离将进一步缩小。

而 GNSS 卫星授时在覆盖能力上明显要强得多。尤其是针对远洋航海及航空航天场景,GNSS 卫星授时更是优势明显。



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