授时系统，电力系统的时钟同步

2016年，国家电网公司发布《关于全面推进智能计量系统建设的意见》。其中，在提高采集效率方面，重要事件、时钟同步、文件同步、设备状态的监控要满足一分钟采集对负荷管理、有序供电管理、有序用能管理的要求。

为了满足即插即用的要求，未来的仪表终端只要接入系统，就要在一分钟内完成时钟同步、文件同步和重要参数同步。在控制方面，无论是数量控制、成本控制还是重要参数的分配，都需要达到5秒的时间响应。这些都对时钟同步提出了更高的要求。

近年来，电力系统自动化技术发展迅速，发电厂自动化控制系统、变电站综合自动化系统、调度自动化系统、PMU、故障录波装置、微机继电保护装置的广泛应用也离不开时间记录和统一时间基准。通过时钟同步技术馈入各系统的正确时钟信号，结合自动运行设备的实时测量功能，实现线路故障检测、相量和功角动态监测，提高电网事故中故障分析判断的准确性，提高电网运行中控制单元和电网参数校验的准确性。

电力系统对时间同步的要求是继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制系统、能量管理系统和生产信息管理系统应基于统一的时间基准运行。这样可以满足同步采样、系统稳定性判断、线路故障和逆行的具体位置、故障录波、故障分析和故障反转时间一致性的要求，从而提高电网系统运行效率。
电力系统时间同步及其原理

目前电力系统的时间同步主要依靠确定变电站内GPS和北斗卫星授时系统的统一状态，以及为一些较老的变电站配置时间同步。

在电力系统的应用中，时间同步是最基础的应用，技术和工艺也在不断更新。但在GPS和北斗卫星授时系统中，由于设备品牌不同，站内和站间时间无法统一。在运行过程中，时间接收系统不能相互通用，这将导致内部操作无法准确备份，整个系统的可靠性难以保证。因此，电力系统的设备更新应逐步扩展到发电厂、变电站控制中心、调度中心等。，并加强时间同步技术，基于不同的时间服务源建立时间同步，互为热备。

现代时钟同步的原理是在电力系统中安装监控装置、PMU、故障录波器、微机保护装置、分时电能表等。这些自动化设备中有实时时钟，但这些电子钟可能出现的误差有:设备初始值不够准确；应时晶体振荡频率误差及其温度漂移和老化漂移:电路中电容的变化等。所以需要对这些电子钟进行校准，其原理和我们日常生活中的手表是一样的，要定时设置时间基准信号。目前主要利用GPS和北斗卫星授时系统获取时间参考信号，转换成各种自动化装置需要的时间信号，从而实现所有自动化装置的时间统一。

电力系统对时间同步的需求

电力自动化设备对时间同步有不同的精度要求，授时精度大致可分为四种:

时间同步精度不超过1μs；

包括线路行波故障定位装置、同步相量装置、雷电定位系统装置、电子式互感器合并单元等相关装置。

时间同步精度不大于1 ms

包括故障录波器、SOE装置、电气测控单元、PMU、功角测量系统、保护测控一体化装置、事件顺序记录装置等一系列装置。

时间同步精度不大于10ms；

包括微机保护装置、安全自动化装置、馈线终端装置、变压器终端装置、配电网自动化系统等。

时间同步精度不超过1s；

其中包括:电能量采集装置、负荷、用电监测终端装置、电气设备在线状态检测终端装置或自动记录、控制和调度中心的数显时钟、火电厂、水电厂和变电站的计算机监控系统、监测和采集数据、EMS、电能计费系统、继电保护和保障信息管理系统主站、电力市场技术支持系统等。，以及负荷监控、用电管理系统主站、配电网自动化、电力市场技术支持系统。

电力系统中的时间同步技术

时钟同步技术可以使电力系统中的智能电子设备获得统一的时间基准，因此该技术对于电网的实时监控、并网管理和安全防护具有重要意义。常见的电力系统时间同步技术有:

脉冲对

脉冲计时也叫硬计时，其原理是利用脉冲的导通时间边沿，即上升沿或下降沿来校准计时设备。脉冲计时的优点是计时精度高，使用中无源点适应性强；缺点是只能校准到秒，其他数据需要手动预置。其中，常用的脉冲对信号有1PPS、1PPH等。

串行消息时序

这种定时也称为软定时。它使用一组按照一定格式的时间数据，在串行通信的接口上发送给被授时设备，被授时设备将使用这组数据预置内部时钟。串口消息定时的优点是:数据全面，不需要任何手动预置；缺点是计时精度比较低，消息的格式需要计时设备和被计时设备双方同意。其中，常用的串行通信接口有RS-232、RS-422或RS-485。

时间编码模式计时

这种时钟同步技术主要是解决两种时间同步方式之间的矛盾。通常采用脉冲和串口结合的方法，但在传输过程中，需要同时传输两个信号，造成信号的矛盾。因此，为了解决这一矛盾，目前采用国际通用的时间格式代码。其原理是将脉冲对的准时边沿与串口报文对的数据结合起来，形成一个脉冲串，最终传输时间信息。因此，定时设备可以通过这个脉冲序列来分析定时边沿和一组时间数据。这种码被称为IRIG-B码。研究表明，时间编码法的优点是数据全面，时间同步精度高，不需要人工预设。但是它的结构比较复杂，很可能会带来一些麻烦。

网络模式同步

网络模式同步主要基于时间协议NTP和精确时间协议PTP。目前，相对简单的网络时间协议SNTP被广泛使用。网络时钟传输是一条用户数据协议消息，时间戳为1990年1月1日0: 00: 00。PTP具有双重优势来满足时间精度的要求。PTP系统是支持PTP时钟同步协议的网络。PTP系统通常包括PTP时钟同步设备和各种常见的设备和终端。网络时间服务模式可以为连接到网络的任何系统提供时间同步。

影响时钟同步准确性的因素有两个:时间戳数据的准确性和路径延迟的对称性。

GPS与北斗卫星授时系统时钟同步技术在电力系统中的作用

电力系统中时钟同步技术的作用是测量相位。电力系统中的电压和电流波形基本上经过正弦波、频率、幅值和相角正弦波等。在电力系统中，频率相同，幅值相对容易测量，其中相角测量是一个难题。对于故障定位，在电力系统中，输电线路经常出现各种故障，线路长，地形复杂。而GPS和北斗卫星授时系统应用于输电线路时，故障点会在线路两端产生光速的行波。如果两端第一次接收到的行波时间能够记录在同一个时基上，就很容易确定故障点的位置，这就是行波定位的原理。雷电监测系统是当闪电产生的电磁波在空间向四面八方传播时，各基站测量接收到电磁波的时间和幅度，可同时传输到中心站，从而测量出闪电位置和雷电流；继电保护、GPS和北斗卫星授时系统继电保护有线路保护和联调差保护。

在电力系统中使用GPS和北斗卫星同步时钟技术，可以有效地减轻维护和运行人员的工作量，使变电站内的运行设备得到统一、标准的时间基准，方便设备的运行，提高电力系统的自动化水平。