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地面鏈路高精度時間傳遞系

作者:admin  時間:2017-11-10 02:09  人氣:

地面鏈路高精度時間傳遞系統

一、技術領域:

本實用新型涉及一種電網時間同步系統,主要應用于電力系統中各廠站、各調度中心之間的全網系統時間同步。

二、背景技術:

隨著電網規模的擴大和自動化水平的提高,不僅作為電網基本組成單元的變電站、發電廠和調度中心內部眾多與時間有密切關系的自動化設備和數字化控制系統對統一、精確授時的依賴程度越來越高,而且電網內對發生事件的記錄,如電網故障時刻的確認、事件記錄和告警時間的準確統一、系統運行狀況、性能分析等對時間精度的要求越來越高。

從時間上來看,電力系統時間同步發展經歷了由相對時間到絕對時間、由區域同步到全網同步的發展過程。現階段,我國電力系統局部對時已經由采用遠動串行通信的相對時發展到采用GPS、北斗等衛星系統的單裝置、單系統絕對時間對時,而全網的天地時間同步系統網的建設還處在初期,特別是在電力數據網上實現全網全站絕對時間的統一,極大提高電網時間同步性上還存在很大缺口,解決方案都不盡完善。

建設統一的時間同步網,固然是解決全電網時間問題的好方法。但就能否精確補償時間信號傳輸時延、如何建設高可靠性高時間精度的時間同步網及其投資代價等方面的綜合性問題,一直給電網建設安全可靠的時間同步網絡帶來很多障礙。

三、技術創新內容:

本技術創新主要目的是統一分布在電力系統中的各發電廠、變電站、調度中心的自動化設備和系統的時間一致性,保證各設備采集數據、響應事件、分析計算都處在同一條時間線上同步運行。

本技術創新基于SDH的時間同步系統。以電力系統中最為成熟的SDH網絡作為時間同步系統的媒介,采用時隙校準時間同步(TSA)算法進行時間校準,在不需要改變現有網絡及硬件結構的基礎上,可以實現系統高精度同步。在TSA算法中,主從設備在E1的某個時隙blt位發送時間信息后開始計時,主設備在收到從設備發送的時間后,停止計時,并將計時信息再次發送給從設備,從設備根據計時差,調整發送時隙,以校準從設備的時間信息,實現時間同步,最后給出整體設計方案。通過理論分析,可以得出系統的時間同步精度達到250 ns的數量級,遠高于其他幾種全網時間同步方案。

SDH的基本單元為E1,E1的時隙分配如圖所示。

                                                  E1時隙圖

由于任何通訊系統中網絡延時總是存在的,對于全網同步的SDH網絡同樣成立,因此網絡中物理結構或者拓撲等的變化,均會對網絡延時造成一定的影響,對于要求精確時鐘對時的系統來說,微小的延時變化都會造成對時誤差,從而影響系統性能。考慮到點對點網絡延時的統計平均相等特性,可以通過周期延時補償技術予以解決。因此,提出時隙校準時間同步(TSA)算法,該算法以E1時隙的bit位作為基本傳輸單元,算法具體步驟如下:

北京赛车pk10开奖结果 1、首次啟動后主設備接收外部時鐘秒脈沖,通過SDH的E1中的某個時隙傳送給從設備;從設備接收主設備的秒脈沖信息,以這個秒脈沖作為基準時鐘;

2、主從設備同時按照各自系統的秒脈沖信息,通過SDH的E1中的某個時隙傳送給對方設備,并且主從設備開始計時;其中主設備接收外部標準時鐘源時鐘信息,從設備以上次接收到的秒脈沖,使用高精度晶振計數得到下次秒脈沖;

3、主設備收到對方傳輸的秒脈信息后停止計時,將計時信息通過E1通道輸給從設備,從設備根據主從設備計時數差,調整秒脈沖發送的SDH的E1中的時隙bit位。

北京赛车pk10开奖结果 4、重復步驟2到步驟4,直到從設備接收到的主從設備的計數差小于某一門限值,得到精確的秒脈沖,系統精確同步。

北京赛车pk10开奖结果 5、每隔一段時間,重復步驟2到步驟4,以防止由于拓撲結構變化等造成的系統延時變化或時鐘漂移。

北京赛车pk10开奖结果 計數差門限值由SDH系統的E1的時隙分辨率確定,TSA算法通過調整從設備發送秒脈沖的時隙bit位來調整計數差,E1的頻率為2.048 MHz,因此每一bit位約為500 ns時長,因此當計數差大約250 ns時,根據差值的正負直接調節從設備發送的時隙bit位,當小于250 ns時,無論如何調整時隙bit位,計數差只會增加而不會減少,因此,計數差門限值為250 ns,系統的時鐘同步精度為250 ns。

在經過E1發送時隙調整后,通過在E1可用時隙中添加利用高精度晶振計時的延時信息,得到高精度延時差,可以更進一步提高系統的時間同步精度,從而真正達到nS級的對時精度。

北京赛车pk10开奖结果 基于SDH的時間同步系統由時鐘主設備、從設備以及SDH網絡組成,其具體結構如圖2所示。主時鐘設備接收外部傳輸過來的標準時鐘信息,按照E1的格式將秒脈沖經過E1線路以及SDH設備傳輸給從設備,從設備經TSA算法校準時間后,完成精確對時,輸出標準時鐘信息,達到時間精確同步的目的。

四、附圖說明

圖1為本實用新型實施例的分站構架圖

圖2本實用新型實施例的全網整體構架圖

北京赛车pk10开奖结果 圖3本實用新型基于SDH的時間同步系統說明圖

圖4本實用新型時鐘主從設備結構圖

五、具體實施方式

為保證建設的統一時間同步系統的適應性,依托電力系統內的SDH網絡作為時間承載傳輸信道,本技術創新方案為全網的各端站提供地面同步時間基準,實現時間設備的基準源天地互備,為電網事故分析等建立可靠的時間基礎。采用“多信號源互備、無線與有線共存、集中監視管理”的技術方案,結合技術特性,采用穩妥的系統建設方案。

廠(站)同步系統的建設比較復雜,需要分多種情況考慮。

由于站內已有的線路行波故障測距裝置、功角測量系統等一般自身都已配置了GPS,在良好的運行狀態下,建議不變動其GPS裝置,以免影響其正常運行。

對于某些建設年份較長、頻率同步網沒有覆蓋的廠站,同時建設好時間同步系統和SDH同步系統;而對頻率同步網已覆蓋的廠站,可以采取站內同步系統一體化改造或獨立建設站內時間同步系統等方式建設。

由于當前站內已經建設的時間同步系統基本老化陳舊,功能上也跟不上新時期電網的發展步伐,所以建議全站全部更換為新的時鐘系統,包含大部分的接口需求。主時鐘的時間基準均作“1+1”即“GPS+BD”方式,站內主時鐘均作“1+1”即兩臺互備形式的建設,在通信室建設1套TM6000網絡時間服務器系統,提供一路IRIG—B的備用時間信號給主控室原有的時間同步系統,并對通信室內設備做NTP或PTP授時,同時接受上游的SDH同步時間信號,作為全網時間同步的終端。

廠站端采用T5000主時鐘搭配TM6000實現廠站授時與SDH同步一體化,同時接收GPS+北斗是時間信息,亦從調度端獲取準確地SDH同步信息實現同步。各信號源之間可根據優先級相互切換。

北京赛车pk10开奖结果 省調及地調端采用TM6000實現與上下游的SDH同步時間信息通信。

用TM6000時間同步服務器系統替換原有的時間同步系統,除滿足原有時間同步系統接口外,根據調度端特征,也可增配PTP接口適應新系統發展。每臺時間同步服務器,均配有應用于全網時間同步的SDH接口,方便進行組網。因為采用單線結構,所以只須對時間同步設備進行更換,與其他設備連接的信號鏈路一般無須做大的變動,應用原有的鏈路即可。應用全網時間同步須調度端開辟多路SDH通道用于與下游時間同步服務器通信。

建設的整體思路是為保證全網時間同步與監測的整合一體化,功能的整合節省了大量多余的重復建設,現場的整體布局與線路走勢將更加明晰。為今后的智能化發展也預留有相當充分的擴展空間,保證了系統在未來發展中的適用性。

具體設備內部采用硬件可編程邏輯器件FPGA來實現TSA算法。在本方案中,主從設備均采用相同邏輯構架。作為主設備時,FPGA實現接收輸入時鐘,并將接收到的時鐘信息通過FPGA轉換成E1標準接口,輸出到E1接口芯片,經電平變換后輸出給SDH設備;FPGA還需要完成接收從設備發送來的時間信息,并將計時信息發送給從設備等功能。作為從設備時,FPGA需要接收主設備發送來的時間信息,并實現TSA算法的功能,將精確同步后的時間信息輸出給系統其他設備。

圖1

 

圖2

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圖3

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圖4

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