GPS卫星时钟在综合自动化变电站中的应用.doc

1、GPS 卫星时钟在综合自动化变电站中的应用摘要：在变电站综合自动化系统中，为全面、准确地监测电力系统运行状，需要依靠精确统一的时间为基准。本文就 GPS 卫星时钟在综合自动化变电站中的应用作了详细的阐述。 关键词：GPS；综自系统；精确统一 Abstract: In the substation automation system, comprehensive, accurate monitoring of the operation state of power system, need to rely on accurate uniform time standard. This pape

2、r introduced the application of GPS satellite clock in the substation automation system. Key words: GPS; integrated automation system; precision unity 中图分类号：TU994 引言 随着电网、变电站自动化技术的发展和设备运行水平的提高，用户对供电可靠性的要求不断的提高，对于电力系统的安全运行也提出了更高的要求，各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置得到了广泛的应用，如调度自动化系统、继电保护及故障信息系统、时间顺序记录装置、变电站自动化监控

3、系统、故障录波装置、微机继电保护装置、安全自动装置等。其运行实行分层控制，由于实现了变电站无人值守后，设备的运行往往依靠数百公里外的调度员指挥,这些需要有统一的时间作为基准来判别。精确统一的时间，既可实现全站各系统在 GPS 时间基准下的运行控制，也可以通过事故后各开关动作、调整的先后顺序及准确时间分析事故的原因及过程。 一、GPS 简介 GPS 同步时钟是应用全球定位系统（Global Positioning System,GPS）技术的标准时间显示和发送装置。GPS 是全球卫星导航系统，由 24 颗在空间运行的 GPS 卫星和地面控制站组成，在地球表面任一地点、任一时刻 GPS 卫星信号接

4、收器都可接收到足够多数量的 GPS 卫星信号，精确计算接收器所在的当前空间位置和时间，其时间精确度可达纳秒级。(1) 标准型：用于大多数情况。标准时钟由 19 吋 2U 或 19 吋 4U 标准机箱，配以 1 个 GPS 天线（30100 米）和 612 个输出模块构成。具有 50100 路校时信号输出，时钟与需对时的设备距离在 200 米以内。 (2) 高可靠型：用于对可靠性要求高的场合（BSS-3H 型） ，即互备型GPS 同步时钟。该系统的两台时钟其 GPS 信息共享，互为热备用，当有一台出现问题时会自动切换，保证对时信号正常输出。同时有报警输出。并可用电缆或光缆拖带一台或几台二级时钟构

5、成一个可靠的、大规模的时间同步系统。 (3) 远程中继型：同步时钟安装地点与天线安装地点的距离大于 100米，这时可以采用远程中继型时钟（BSS-3Y） 。它由 GPS 信息发送和接收两部分组成，发送部分使用 30 米标准天线接收卫星信号并将 GPS 信息通过电缆或光缆发送到接收部分，接收部分为一台二级时钟，使用远程中继时钟相当于将天线长度延伸几百米至 2 千米。 (4) 多通道型：需对钟的设备多，一台标准同步时钟不能满足要求时，可采用 4U 机箱将输出通道扩展一倍或加装一台二级同步时钟进行信号扩展。能够加装二级钟的同步时钟称为“主时钟” ， “主时钟”除具备标准时钟的所有功能外，另有扩展 G

6、PS 信息、输出、输入接口和 B 码信息输出接口。主时钟可以拖带二级时钟构成扩展系统，二级时钟接收主时钟的 GPS 扩展信息或 B 码扩展信息，不能独立工作，其输出能力与标准时钟相同。 二、实时时钟的建立 在变电站综合自动化系统中，重要的状态量变化均需时标信息的标注，因此，必须建立实时时钟，并且这个时钟的分辨率应达到毫秒级。电网内实时时钟的核心问题是要求统一，即要求各变电站与调度中心之间的实时时钟高度统一。为了实现系统时间的统一性，要求各厂站测控装置和保护装置能接受统一授时的时钟源信号，为实现这一目标，需要建立一个可靠安全的时钟源对综自系统中的所有装置进行统一对时，因此，GPS 时钟由于精度高

7、、接收方便，在综自系统中得到广泛的应用。 三、GPS 系统时间的接收 GPS 系统由空间卫星、地面测控站和用户设备三大部分组成。 GPS 系统空间导航卫星部分由 24 颗空间卫星和 3 个备用卫星组成。一旦某个导航卫星出故障，备用卫星可立即根据地面测控站的命令飞赴指定轨道进入工作状态。在地面测控站的测控下，GPS 传递的时间能与国际标准时保持高度同步，误差仅为 110ns，可直接用来电力系统的控制、保护、监控、SOE 等服务。 为了获得这个准确的授时信号，已有民用定时型的 GPS 接收器可供选择使用。这种接受器由接受模块和天线构成，其内部硬件回路和处理软件通过对接收到的信号进行解码和处理，从中

8、提取并输出两种时间信号：一是间隔为 1S 的脉冲信号 1PPS，其脉冲前沿与国际标准的时间的同步误差不超过 1us；二是经 RS-232 串行口输出的与 1PPS 脉冲前沿对应的国际标准时间和日期代码（时、分、秒、年、月、日） ，如下图所示 由于 GPS 接收器提供的同步脉冲和串行接口标准不一定满足微机保护装置在对时上的接口需要，串行口输出的国际标准也不同于我国时间显示的习惯，所以必须在 GPS 接收器的基础上，配置信号转换处理和显示部分，以适应实际的应用需要，如下图所示 GPS 接受器提供的 1PPS 信号时为秒为计时单位的，精确度为 1ps。由于该信号的接受无需专用通道，不受地理、气候的影

9、响，是电网统一时间的理想时钟源。 四、装置内时钟的建立 如上所述，GPS 只提供准确到微秒的秒级时间，与电网内要求的毫秒级时间差尚有差距，因此，电网系统内每一套测控或监控系统本身还需要建立毫秒级实时时钟，GPS 提供的秒为单位的准确时间信号可用来对毫秒级时钟进行对时及修正。在具有秒级对时的系统中，实时时钟分为两个部分：一部分是两字节的毫秒级时钟，由 CPU 中断累加计数；另一部分如下图所示的高 7 个字节组成的时钟，由 GPS 对时时钟发进位。毫秒级时钟只作为其毫秒级的计数，并由秒级对时脉冲清零。由这两部分的时钟，秒级部分具有极高的准确度，毫秒级部分的精度取决于微机软、硬件的配合，单在 1s

10、内积累的误差有限，因此，由此构成的实时时钟，其准确度和统一性能得到保证，满足了电网、变电站实时监控系统、综合自动化系统的要求。 五、电力系统中对时方式 电力系统中对变电站内所辖装置的对时主要分为两种方式：第一种,在变电站内，所有需要时钟对时的测控装置及保护装置使用同一实时时钟接受装置得到的实时时钟信号对每个单元进行精确对时。第二种，调度自动化主站系统与变电站通过下发报文对时命令对变电站内所有装置进行统一对时。 六、结语 随着网络时钟同步技术的不断发展，用户对供电可靠性的要求不断的提高，对于电力系统的安全运行也提出了更高的要求，由于各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置的广泛应用，对于个变电站内的设备的时钟精准度和统一性的要求也在不断提高，为提高电网设备运行水平，将 GPS 时钟技术运用于电力系统成为必然趋势，通过 GPS 对系统各时钟进行高精度的同步将变得普及，由于 GPS 对时及授时系统原理先进，结构合理，时间精度高，符合现代电网及变电站各个设备运行要求，使用前景广阔，将成为维护电网稳定运行的重要条件。 参考文献： 1、黄训成. 变电站综合自动化原理及应用.北京：中国电力出版社，2002 2、黄益庄. 变电站综合自动化技术. 北京：中国电力出版社，2000