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1、第３８卷第１４期Vol．３８No．１４２０１４年７月２５日July２５,２０１４DOI:１０．７５００/AEPS２０１３１００８００２基于合并单元装置的高精度时间同步技术方案姜雷１,郑玉平２,艾淑云３,周华良１,谢黎１(１．国电南瑞科技股份有限公司,江苏省南京市２１１１０６;２．南瑞集团公司(国网电力科学研究院),江苏省南京市２１１１０６;３．中国电力科学研究院,北京市１００１９２)摘要:智能变电站的发展对合并单元的时间同步性能提出了更高的要求,研究如何实现高精度的对时和守时功能是智能变电站发展的现实需要.文中从授时源误差、晶振特性、守时算法、逻辑处理等主要因素出发,针对合并单元装置的对时及
2、守时技术需求,探讨了高精度时间同步的设计与实现方法.在此基础上,提出一种具有工程意义的合并单元时间同步技术的实现方案.该方案以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,在FPGA内部使用不同功能模块实现各个环节的逻辑设计,并通过CPU与FPGA的相互配合实现精确的时间同步及良好的守时性能.合并单元时间同步性的试验结果及其在智能变电站的实际应用表明,该技术满足了智能变电站内合并单元装置时间同步功能的要求.关键词:智能变电站;合并单元;时间同步;守时;恒温晶振;现场可编程门阵列(FPGA)０引言并单元对采样值的同步性有着非常高的具体要[７]求.目前合并单元的对时及守时性能指标均按照智能变电站二次设
3、备对时与守时性能的提高是文献[４]的要求实现,即合并单元应能接收IEC智能变电站发展的必然趋势,很多智能变电站二次６１５８８或IRIGＧB码同步对时信号.合并单元应能设备的性能甚至基本功能的实现都依赖于精确的时够实现采集器间的采样同步功能,采样的同步误差[１Ｇ３]间同步技术.以过程层设备合并单元为例,为实应不大于±１μs.在外部同步信号消失后,至少能现变电站内不同间隔模拟采样值的同步,合并单元在１０min内继续满足４μs同步精度要求.[１]使用秒脉冲信号作为采样脉冲的基准,同步情况智能变电站统一使用冗余的主、备时钟及其扩下不同合并单元的秒脉冲信号保持严格对齐,守时展装置作为全站唯一对时源,为
4、所有需要时间同步状态下各合并单元的秒脉冲的相对偏差在规定时间的智能二次设备提供对时同步信号.随着智能变电内不超出技术规范限定的范围,这样合并单元的采站技术的发展,时钟授时装置在变电站系统中的作样值才能保证同步性,且不会影响间隔层设备对一用愈加重要.目前,此类装置提供的对时精度在次设备实时状态的准确监测与控制保护功能.鉴于１μs以内的对时方式包括IRIGＧB码、秒脉冲时间同步技术在智能变电站运行中的重要作用,国(１PPS)、IEC６１５８８网络对时等方式,其中IEC家电网公司颁布的一系列智能变电站企业标准都涉[４Ｇ６]６１５８８网络对时方式是智能变电站时间同步技术发及了相关内容,其技术指标也都
5、有明确要求.展的新趋势,但其在电力系统中的应用尚处于起步本文从影响对时与守时精度的因素出发,结合[８]阶段,仍有待进一步完善;秒脉冲方式必须结合串工程应用中需解决的具体问题,阐述了合并单元时口对时报文或简单网络时间协议(SNTP)报文才能间同步系统的构成及工作原理,探讨了实现高精度获得绝对时间;IRIGＧB码方式基于实时硬脉冲信号对时与守时的设计方法.将该方法在某类型合并单实现对时,包含时间信息较为全面,是目前应用最广元上实现了应用,并进行了大量的试验测试及验证.[３]泛和成熟的方式,本文基于此方式讨论合并单元１技术需求分析时间同步技术的实现方法.在智能变电站内部,间隔层中继电保护、测控、I
6、RIGＧB码对时方式下需要对IRIGＧB码脉冲信号进行解码操作,这一操作以往是通过CPU的专录波或计量等装置的采样值均来源于合并单元,合用IO实现,IRIGＧB码信号的变化由专用IO捕获,CPU使用脉宽计数器来判断IRIGＧB码码型,完成收稿日期:２０１３Ｇ１０Ｇ０８;修回日期:２０１４Ｇ０３Ｇ０３.IRIGＧB码信号的解析功能.使用CPU实现对时功—９０—?研制与开发?姜雷,等基于合并单元装置的高精度时间同步技术方案能不仅耗费了宝贵的软件资源,增加了软件复杂度,误差是否在规定范围之内,同时此阶段统计的样本而且对时精度难以保证,因此,单纯依靠CPU无法不能作为守时依据.处于稳定工作状态后,由
7、于固实现高精度的对时守时功能.近年来,现场可编程有的老化漂移特性,恒温晶振的频率处于微小变化门阵列(FPGA)技术逐渐成熟,FPGA在数字信号的过程中.守时状态下的频率变化反映了恒温晶振处理方面所具备的实时性、并行性、灵活性使得这一的守时能力,下文将考察恒温晶振这一特性对其守技术在电力行业得到了广泛应用.使用FPGA实时能力的影响.现对时守时功能是目前智能变电站时间同步系统设-469.4961计的最优选择.
