一種用於電力設備時間同步的精度監測系統的製作方法

2023-07-14 23:16:26

本發明涉及電力領域，特別涉及一種用於電力設備時間同步的精度監測系統。

背景技術：

電力是重要的二次能源，其運營調度情況，已經與國計民生息息相關，電力電網行業的持續發展，必須以客戶為立足之本，這樣，也就決定了優質的服務，才是電力地區承擔責任的保證和經濟持續發展的重要途徑。電力各種不同等級的變電站中存在大量的需要時間同步裝置精確授時的設備，例如安全自動裝置、電能量採集裝置、線路行波故障測距裝置、同步相量時間測量裝置、故障錄波器等。因此，時間同步裝置對於變電站及電網的正常、可靠運行具有重要意義。然而，時間同步裝置長時間運行後，由於器件的老化、程序的穩定性等因素，時間同步裝置會出現不同步的現象，影響裝置的正常工作，從而出現授時不準確或者設備故障等問題。

為了能夠保證時間同步裝置的時間源的同步性，需要對時間同步裝置的時間源的同步性進行檢測，一般都是定時或者不定時地人工採用示波器或者時間測試儀現場測量時間同步裝置的輸出，以確定偏差的大小。不僅極大地浪費人力，對測試儀器本身的精度要求很高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明所解決的技術問題在於提供在一種用於電力設備時間同步的精度監測系統，其可以對各種不同的時間同步裝置的同步精度進行監測，能夠及時掌握時間同步裝置的運行狀態，有益於對故障的及時處理。

為解決上述技術問題，本發明實施例採用以下技術方案：

一種用於電力設備時間同步的精度監測系統，包括由中心控制系統和網管系統組成的監測中心和設置於變電站內的時間測量裝置，所述時間測量裝置設置在變電站內，與所在變電站內的主時鐘模塊、擴展時鐘模塊、被授時模塊連接；

所述時間測量裝置獲取所在變電站內的主時鐘模塊的時間信號、該變電站內的擴展時鐘模塊的時間信號、該變電站內的被授時模塊的時間信號；

所述時間測量裝置將所述主時鐘模塊的時間信號轉換為PTP報文後，通過站間同步數字體系傳輸給所述中心控制系統，所述中心控制系統根據所述PTP報文進行還原，獲得變電站主時鐘時間，並將該變電站主時鐘時間與該中心控制系統自身的當前時間進行比較，獲得第一時間差值，並將該第一時間差值傳輸給所述網管系統；

所述時間測量裝置在變電站內確定所述主時鐘模塊的時間與所述擴展時鐘模塊、被授時模塊的時間之間的第二時間差值，並將該第二時間差值傳輸給所述網管系統。

優選地，所述時間測量裝置包括測量接口、PTP通信接口、時間比對單元；

所述時間測量裝置通過所述測量接口獲取所在變電站內的主時鐘模塊的時間信號、該變電站內的被授時模塊和擴展時鐘模塊的被測時間信號，將所述主時鐘模塊的時間信號轉換為用E1封裝的PTP報文後，通過所述PTP通信接口經由站間同步數字體系E1通道傳輸給所述中心控制系統，並通過時間比對單元確定獲取所述主時鐘模塊的時間信號與被測時間信號的第二時間差值，將該第二時間差值傳輸給所述網管系統。

優選地，所述時間測量裝置還包括電力專用數據網通信接口，所述時間測量裝置將所述第二時間差值通過所述電力專用數據網通信接口經由電力專用數據網傳輸給所述網管系統。

優選地，所述被授時模塊包括安全自動裝置、電能量採集裝置、線路行波故障測距裝置、同步相量時間測量裝置、故障錄波器中的任意一種或者任意組合。

優選地，所述測量接口包括光B碼、電B碼、NTP口、串口中的任意一項或者任意組合。

優選地，所述監測中心設置於設置在電力調度中心，該精度監測系統還包括工作站、乙太網交換機。

優選地，所述中心控制系統通過中心站區域網將所述第一時間差值傳輸給所述網管系統。

優選地，所述時間測量裝置包括一個或者兩個以上，分別設置在各變電站內。

根據如上所述的本發明實施例的方案，其是在變電站內設置監測裝置，可 以實時地對變電站內的各種時間信號進行監測，並且在進行站間測量時，是通過PTP的方式將主時鐘模塊的時鐘信號傳輸至中心控制系統，實現了對主時鐘模塊授時精度的實時監測，而且，監測裝置還可以同時對主時鐘模塊的時鐘信號與被授時模塊的被測時間信號進行對比，能夠有效地實現對站內被授時模塊的實時監測，且向中心控制系統傳回的是對比後的第二時間差值，不存在被測量信號在傳輸中產生的延時和偏差問題，大幅度提高了測量精度，可以非常及時地監測到被授時模塊與主時鐘模塊精度的細微偏差。從而能夠及時掌握時間同步裝置的運行狀態，有益於對故障的及時處理。

附圖說明

圖1是本發明實施例的用於電力設備時間同步的精度監測系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述:

為使本發明所解決的技術問題、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明的保護範圍。

圖1中示出了本發明實施例的用於電力設備時間同步的精度監測系統的結構示意圖。如圖1所示，本實施例中的系統包括：中心控制系統201、網管系統202、時間測量裝置104，其中，時間測量裝置104設置在變電站100內，與所在變電站100內的主時鐘模塊101、被授時模塊102連接。其中，該被授時模塊102可以包括安全自動裝置、電能量採集裝置、線路行波故障測距裝置、同步相量時間測量裝置、故障錄波器等設備中的任意一種或者任意組合。在一個實施例中，該時間測量裝置104還與所在變電站內的擴展時鐘模塊103連接，以實現對變電站內的擴展時鐘模塊103的時間精度的監測。

工作時，時間測量裝置104獲取所在變電站100內的主時鐘模塊101的時間信號、該變電站100內的被授時模塊102、擴展時鐘模塊103的被測時間信號。

然後，時間測量裝置104將所述主時鐘模塊的時間信號轉換為PTP(PTP:PrecisionTime Protocol，精確時鐘同步協議)報文後，通過站間同步數字體系SDH(Synchronous DigitalHierarchy，同步數字體系)通道傳輸給 中心控制系統201。在一個具體示例中，時間測量裝置104可以是將主時鐘模塊的時間信號轉換為用E1(歐洲的30路脈碼調製PCM的簡稱，速率為2.048Mbit/s)封裝的PTP報文後，通過站間同步數字體系的E1通道傳輸該中心控制系統201。中心控制系統201根據所述PTP報文進行還原，獲得變電站主時鐘時間，並將該變電站主時鐘時間與該中心控制系統201自身的當前時間進行比較，獲得第一時間差值，並將該第一時間差值傳輸給網管系統202。

另一方面，時間測量裝置104確定所述主時鐘模塊的時間與所述被測時間信號之間的第二時間差值，並將該第二時間差值傳輸給網管系統202。在一個實施例中，時間測量裝置104可以通過電力專用數據網該第二時間差值傳輸給網管系統202。

根據如上所述的本發明實施例的方案，其是在變電站內設置監測裝置，可以實時地對變電站內的各種時間信號進行監測，並且在進行站間測量時，是通過PTP over E1的方式將主時鐘模塊的時間信號傳輸至中心控制系統，實現了對主時鐘模塊授時精度的實時監測，而且，監測裝置還可以同時對主時鐘模塊的時間信號與被授時模塊、擴展時鐘模塊的被測時間信號進行對比，能夠有效地實現對站內被授時模塊、擴展時鐘模塊的實時監測，且向中心控制系統傳回的是對比後的第二時間差值，不存在被測量信號在傳輸中產生的延時和偏差問題，大幅度提高了測量精度，可以非常及時地監測被授時模塊、擴展時鐘模塊與主時鐘模塊精度的細微偏差。從而能夠及時掌握時間同步裝置的運行狀態，有益於對故障的及時處理。

結合圖1所示，上述中心控制系統201、網管系統202可設置在電力調度中心，此外，還可以設置有工作站、乙太網交換機等。網管系統202可以將監測到的數據進行統計、分析和展示，是本發明系統最直觀、最全面、最有效的監測管理平臺。對電力系統工作人員來說，可以通過網管系統202的終端全面地掌握所有變電站的時鐘運行狀況，可以徹底查詢和分析出被授時模塊發生故障的順序，及時了解時鐘設備精度偏離值的重要信息，且可以對時間測量裝置等監測單元進行必要的設置和管理。

上述時間測量裝置104可以有多個，分別設置在各變電站。即，可以在各變電站分別設置一套時間測量裝置104。結合上述內容，時間測量裝置104可以完成兩種工作狀態的測量：站間測量和站內測量。

站間測量時，變電站內的時間測量裝置104的邏輯角色為PTP時間傳遞的發起端，中心站的中心控制系統201為PTP時間傳遞的接受端。變電站的監測裝置103將變電站內主時鐘模塊的時間信號轉換為用E1封裝的PTP報文，通過站間的同步數字體系E1通道進行時間報文交換。中心站監測系統101接收到PTP時間報文後，對變電站的時間信號進行高精度還原，獲得變電站主時鐘時間，該變電站主時鐘時間是考慮了主時鐘模塊輸出的時間信號以及PTP傳輸延時的時間，由於是通過PTP over E1方式將主時鐘模塊的時間信息傳回至中心控制系統201，而PTP算法採用雙向比對的方法，同步數字體系通道倒換後，會自動重新計算傳輸延遲，因此中心控制系統201可以基於PTP算法對時間信號進行高精度還原，同時由於E1通道本身具備可靠性高、線路專用、時延小的特點，從而實現了對主時鐘授時精度的實時監測，監測精度達到us(微秒)級別，因此，獲得的變電站時鐘信號可以代表主時鐘模塊的時鐘信號的精確時間。中心控制系統201將該變電站主時鐘時間與該中心控制系統201自身的當前時間進行比較，獲得與變電站的主時鐘模塊之間的時間差值(為便於與站內測量時的時間差值相區分，本發明實施例中稱為第一時間差值)，並將該第一時間差值通過中心站區域網傳到監測中心的網管系統202。

站內測量時，變電站內的時間測量裝置104的邏輯角色為測量系統，時間測量裝置104的基準時間源為變電站內主時鐘模塊的時間信號，被測信號為變電站內的其他各類設備，包括擴展時鐘模塊、被授時模塊的各種時間信號。這裡的被授時模塊可以包括安全自動裝置、電能量採集裝置、線路行波故障測距裝置、同步相量時間測量裝置、故障錄波器等設備。時間測量裝置104獲取變電站主時鐘模塊與擴展時鐘模塊、被授時模塊間的時間差值(為與上述站間測量時的時間差值相區分，本發明實施例中稱為第二時間差值)，並將第二時間差值通過電力專用數據網回傳到監測中心的網管系統202。網管系統202會將測量數據存儲在與其連接的伺服器上，並針對這些測量數據做進一步的數據分析。在進行站內測量時，信息傳送通道是用來將現場的時間測量裝置104得到的測量數據送回網管系統202，由後臺進行統計匯總和分析，因此，信息傳送通道上的時延對後臺的計算分析不產生任何影響，因此，在一個實施例中，通過電力專用數據網通道就可以實現。此外，由於傳輸到網管系統202的是比對後的測量數據(第二時間差值)，不存在被測量信號在傳輸中產生的延時和偏差問題， 大幅度提高測量精度，可以非常及時的發現擴展時鐘、被授時模塊與主時鐘模塊精度的細微偏差。

其中一個實施例中，上述時間測量裝置104可以包括測量接口、PTP通信接口、電力專用數據網通信接口、時間比對單元。

工作時，時間測量裝置104通過測量接口獲取所在變電站內的主時鐘模塊的時間信號、該變電站內的被授時模塊、擴展時鐘模塊的被測時間信號，將所述時鐘信號轉換為用E1封裝的PTP報文後，通過所述PTP通信接口經由站間同步數字體系E1通道傳輸給所述中心控制系統201，並通過時間比對單元確定獲取所述主時鐘模塊的時間信號與被測時間信號的第二時間差值，將該第二時間差值通過所述電力專用數據網通信接口經由電力專用數據網傳輸給所述網管系統202。

從而，放置在變電站內的監測裝置103具有類型豐富的接口，可以實時監測變電站內的各種時間信號，實現全類型(包括新建的時間同步裝置或已有的時間同步裝置)監測。

基於如上所述的本發明實施例的方案，可以得知，本發明實施例方案可以根據目前電力系統在線運行的時間同步裝置輸出時間信號的特性，對各類時間同步裝置所輸出的時間信號進行微秒級精度測量，滿足了對變電站不同類型的時間同步裝置(主時鐘模塊、擴展時鐘模塊等)的授時精度的實時監測和管理的需求，提高了變電站時間同步裝置的運行可靠性和可管理性。

綜合上述內容，可以得知，本發明實施例的方案具有以下優點：

其是在變電站內設置監測裝置，可以實時地對變電站內的各種時間信號進行監測，並且在進行站間測量時，是通過PTP的方式將主時鐘模塊的時鐘信號傳輸至中心控制系統，實現了對主時鐘模塊授時精度的實時監測，而且，監測裝置還可以同時對主時鐘模塊的時鐘信號與被授時模塊的被測時間信號進行對比，能夠有效地實現對站內被授時模塊的實時監測，且向中心控制系統傳回的是對比後的第二時間差值，不存在被測量信號在傳輸中產生的延時和偏差問題，大幅度提高了測量精度，可以非常及時地監測到被授時模塊與主時鐘模塊精度的細微偏差。從而能夠及時掌握時間同步裝置的運行狀態，有益於對故障的及時處理。本發明的方案支持各類變電站內不同時間同步裝置(包括主時鐘模塊、擴展時鐘模塊、被授時設備)的時間精度實時監測；在站間測量時，主時鐘模 塊的授時監測精度達到微秒級別；站內除主時鐘模塊以外的設備授時監測精度達到納秒級別；通道可靠性高，不受同步數字體系自愈倒換的影響；系統可靠性高，監測基於地面鏈路實現，在GPS(Global Positioning System，全球定位系統)、北鬥等衛星系統失效時，可以繼續監測。

以上所揭露的僅為本發明幾種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。